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石油化工氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范

氮封在工業(yè)上很常用，廣泛應(yīng)用于化工、石化、制藥和食品等領(lǐng)域。儲(chǔ)罐氮封是一種向儲(chǔ)存容器與反應(yīng)器的頂部空間填充惰性化氣體的工藝，從而改變氣相空間的氣體組分，通常用于保護(hù)內(nèi)部成分因氧氣存在而發(fā)生氧化、腐蝕、聚合、降解、形成爆炸性混合物等現(xiàn)象?！妒突て髽I(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)（2018年版）5.7.6 規(guī)定：生產(chǎn)或儲(chǔ)存不穩(wěn)定的烯烴、二烯烴等物質(zhì)時(shí)應(yīng)采取防止生成過(guò)氧化物、自聚物的措施。如丁二烯、異戊二烯、氯丁二烯等在有空氣、氧氣或其他催化劑的存在下能產(chǎn)生有分解爆炸危險(xiǎn)的聚合過(guò)氧化物。苯乙烯、丙烯等也是不穩(wěn)定的化合物，在有空氣或氧氣的存在下，儲(chǔ)存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，易自聚放出熱量，造成超壓而爆破設(shè)備。丁二烯在生產(chǎn)、儲(chǔ)存過(guò)程中，為防止生成過(guò)氧化物而采取的措施：嚴(yán)禁與空氣、氧化氮和含氧的氮?dú)忾L(zhǎng)時(shí)間接觸，一般控制丁二烯氣相中含氧量小于0.3%。

氮封系統(tǒng)通常被設(shè)計(jì)成可在高于大氣壓力的條件下運(yùn)行，這樣可防止外部空氣進(jìn)入容器當(dāng)中。由于許多工藝與應(yīng)用不希望存在空氣中的氧氣與濕氣，因此從石油化工、食品、飲料、制藥與純凈水制造等，許多行業(yè)采用氮封工藝。設(shè)定氮封系統(tǒng)中各閥(氮封閥、泄氮閥、呼吸閥)的壓力，可避免氮封失效。泄氮閥和氮封閥分別起“呼"、“吸"作用，呼吸閥僅起安全保護(hù)作用。分別從氮封系統(tǒng)適用工況、設(shè)計(jì)原則、供氣量計(jì)算、注意事項(xiàng)等方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述，通過(guò)對(duì)氮封系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，可規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)、降低事故概率。

二、石油化工氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范固定頂儲(chǔ)罐和容器的氮封

工廠有不同類(lèi)型的儲(chǔ)罐，例如固定頂罐、浮頂罐和內(nèi)浮頂罐。浮頂罐不必氮封、固定頂罐根據(jù)介質(zhì)特點(diǎn)決定是否氮封，內(nèi)浮頂罐有時(shí)會(huì)考慮氮封。是固定頂罐的一種簡(jiǎn)單氮封方式。在這種設(shè)計(jì)中，氮封閥的設(shè)定值和呼吸閥的呼及吸的設(shè)定值需合理選擇，氮封閥的設(shè)定值介于二者之間，呼吸閥設(shè)定值的大小會(huì)影響氮?dú)獾南牧?。?duì)于常壓罐或容器，還可以采用圖-2的方式，通過(guò)進(jìn)口（氮?dú)膺M(jìn)）和出口（氣相放空）的壓力控制實(shí)現(xiàn)氮封。在罐內(nèi)總是保持一定的壓力，最高不超過(guò)10KPa（表壓）。

氮封閥由供氮裝置供氮閥和泄氮裝置泄氮閥兩部分組成。供氮裝置由指揮器和主閥兩部分組成；泄氮裝置由內(nèi)反饋的壓開(kāi)型微壓調(diào)節(jié)閥組成。氮?dú)鈮毫σ话阍O(shè)為100mmH2O.通過(guò)氮封裝置控制。

產(chǎn)品特點(diǎn):

1.控制精度高比操作調(diào)壓閥高一倍。

2.壓力設(shè)定在指揮器，上因而方便、快捷、省力。

3.大而靈敏的檢測(cè)膜片，保證了控制點(diǎn)的壓力精度；

4.信號(hào)檢測(cè)執(zhí)行器與動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)分開(kāi)，使整臺(tái)調(diào)壓閥減壓比可達(dá) 2000:1；

5.增設(shè)可調(diào)節(jié)流裝置，調(diào)試簡(jiǎn)單方便；

6.閥內(nèi)件設(shè)計(jì)壓力補(bǔ)償裝置，消除壓力波動(dòng)對(duì)設(shè)定點(diǎn)精度的影響，調(diào)節(jié)更加穩(wěn)定；

7.整機(jī)采用無(wú)填料設(shè)計(jì)，動(dòng)作迅速；

8.壓力設(shè)定點(diǎn)分段范圍細(xì)且相互交錯(cuò)，選用方便；

9.壓力設(shè)定方便，運(yùn)行時(shí)可連續(xù)無(wú)干擾的進(jìn)行設(shè)定，免維護(hù)使用；

10.設(shè)定點(diǎn)壓力應(yīng)盡量將常用壓力設(shè)定值選取在范圍的中間值附近；

11.閥本身是一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主閥需一定的推動(dòng)壓力，即閥前壓力不得低于 200KPa（表壓）。

12.配用專(zhuān)用取壓管及接頭，安裝更加簡(jiǎn)捷、可靠。

三、石油化工氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范工藝設(shè)備或容器的氮封

對(duì)于不易密閉的工藝設(shè)備或儲(chǔ)罐，可以采用濃度控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)氮封：設(shè)置在線氧分析儀，實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備或容器氣相部分的氧濃度，并據(jù)此控制氮?dú)獾牧髁?。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約氮?dú)?，可以在較短時(shí)間內(nèi)收回控制系統(tǒng)的投資成本。

氮封閥 產(chǎn)品特點(diǎn)

無(wú)需外加能源，能在無(wú)電、無(wú)氣的場(chǎng)合工作，既方便，又節(jié)約能源，降低成本；

氮封閥壓力設(shè)定方便，可在連續(xù)生產(chǎn)的條件下進(jìn)行；

壓力檢測(cè)膜片有效面積大，設(shè)定彈簧剛度小，動(dòng)作靈敏，裝置工作平穩(wěn)；

采用無(wú)填料設(shè)計(jì)，閥桿所受摩擦力小，反應(yīng)迅速，控制精度高；

供氮裝置采用指揮器操作，減壓比可達(dá)100:1,減壓效果好，控制精度高；

為確保儲(chǔ)罐的，需在罐頂設(shè)置呼吸閥；

呼吸閥僅起作用，避免了常規(guī)氮封裝置中啟閉頻繁易損壞的缺陷。

四、石油化工氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)規(guī)范是如何要求氮封系統(tǒng)的設(shè)置？

1.《氣封的設(shè)置》HG/T 20570.16-1995

2.《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB50160-2008）（2018年版）

6.2.2當(dāng)單罐容積小于或等于5000m3的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐采用易熔材料制作的浮盤(pán)時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)等安全措施；

6.2.2條文解釋?zhuān)簩?duì)于有特殊要求的甲、乙液體物料，如苯乙烯、加氫原料、丙烯腈等易聚合、易氧化或有毒的液體物料，選用固定頂儲(chǔ)罐或臥式儲(chǔ)罐加氮封儲(chǔ)存也是可行的；

6.2.4A條款：儲(chǔ)存溫度超過(guò)120℃的重油固定頂罐應(yīng)設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)。

6.2.4條文解釋?zhuān)翰捎霉潭敼藁虻蛪簝?chǔ)罐儲(chǔ)存甲類(lèi)液體時(shí)，為了防止油氣大量揮發(fā)和改善儲(chǔ)罐的安全狀況，應(yīng)采取減少日曬升溫的措施。其措施主要包括固定式冷卻水噴淋（霧）系統(tǒng)、氣體放空或氣體冷凝固流、加氮封或涂刷合格的隔熱涂料等。

3.《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51283-2020）

5.1.5條文解釋?zhuān)?）對(duì)于會(huì)產(chǎn)生高濃度有機(jī)廢氣的反應(yīng)罐、貯罐、過(guò)濾器等設(shè)備，為避免與氧氣形成爆炸性混合物，應(yīng)采用氮封系統(tǒng)保護(hù)，并以正壓輸送方式輸送到廢氣總管。

6.2.2條文解釋?zhuān)瑢?duì)于單罐容積小于100m3或易氧化、易聚合等有特殊要求的甲 B、乙 A類(lèi)液體物料儲(chǔ)存，可選用固定頂罐加氮?dú)饣蚨栊詺怏w密封。

4.《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50074-2014）

6.1.2及其條文解釋規(guī)定，當(dāng)選用內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐、固定頂儲(chǔ)罐儲(chǔ)存沸點(diǎn)低于45℃或在37.8℃時(shí)的飽和蒸氣壓大于88kPa的甲B類(lèi)液體時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)。當(dāng)采用容量小于或等于10000m3的固定頂儲(chǔ)罐、低壓儲(chǔ)罐或容量不大于100m3的臥式儲(chǔ)罐儲(chǔ)存沸點(diǎn)不低于45℃或在37.8℃時(shí)的飽和蒸氣壓不大于88kPa的甲B、乙A類(lèi)液體化工品和輕石腦油時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)。儲(chǔ)存Ⅰ、Ⅱ級(jí)毒性的甲B、乙A類(lèi)液體儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置氮封保護(hù)系統(tǒng)。有些甲B、乙A類(lèi)液體化工品有防聚合等特殊儲(chǔ)存需要，不適宜采用內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，可選用固定頂儲(chǔ)罐、低壓儲(chǔ)罐和容量小于或等于50m3的臥式儲(chǔ)罐，但應(yīng)采取氮封等安全保護(hù)措施，典型的易自聚不穩(wěn)定的丁二烯、苯乙烯儲(chǔ)罐，應(yīng)設(shè)置氮封系統(tǒng)，防止空氣進(jìn)入儲(chǔ)罐。

5.《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T 3007-2014）

從上面幾個(gè)規(guī)范來(lái)看，對(duì)各種儲(chǔ)罐儲(chǔ)存何種物料、蒸汽壓力、溫度情況下設(shè)置氮封有了明確的要求，甚至氮封操作壓力也有具體數(shù)據(jù)。但是沒(méi)有找到對(duì)氮?dú)鉂舛纫蟮木唧w參數(shù)要求。

五、石油化工氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范氮?dú)鉂舛热绾卧O(shè)置？

化工儲(chǔ)罐氮封，更多考慮的是防爆，將可燃?xì)怏w的濃度惰化到遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于爆炸濃度下限。根據(jù)這個(gè)原則，我們可以參考《GB/T 37241-2018 惰化防爆指南》中附錄A的內(nèi)容，理論上可以根據(jù)各種可燃?xì)怏w介質(zhì)的極限氧濃度來(lái)選擇我們氮封的濃度值，例如二硫化碳介質(zhì)，極限爆炸氧濃度為3.0%，那么我們只需要保證氮?dú)獾募兌却笥冢?-3.0%）=0.97，也就是大于97%的濃度即可。

氮封裝置由供氮閥、 泄氮閥、 呼吸閥 組成，供氮閥由指揮器和主閥兩部分組成；泄氮閥由內(nèi)反饋的壓開(kāi)型微壓調(diào)節(jié)閥組成，

通過(guò)氮封裝置精確控制。當(dāng)儲(chǔ)罐進(jìn)液閥開(kāi)啟，向罐內(nèi)添加物料時(shí)，液面上升，氣相部分容積減小，壓力升高，當(dāng)罐內(nèi)壓力升至高于泄氮閥壓力設(shè)定值時(shí)，泄氮閥打開(kāi)，向外界釋放氮?dú)猓构迌?nèi)壓力下降，降至泄氮閥壓力設(shè)定點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)儲(chǔ)罐出液閥開(kāi)啟，用戶放料時(shí)，液面下降，氣相部分容積增大，罐內(nèi)壓力降低，供氮閥開(kāi)啟，向儲(chǔ)罐內(nèi)注入氮?dú)?，使罐?nèi)壓力上升，升至供氮閥壓力設(shè)定點(diǎn)，自動(dòng)關(guān)閉。

六、石油化工氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范氮封如何安裝

關(guān)于氮封安裝，分享兩種錯(cuò)誤安裝場(chǎng)景：一種是直接安裝在呼吸閥下部短節(jié)位置，另外一種是靠近呼吸閥位置直接焊接在法蘭接管處。這兩種場(chǎng)景均會(huì)導(dǎo)致氮?dú)庵苯优懦?，無(wú)法起到氮封作用。若呼吸閥用在氮封罐上，建議氮?dú)夤夤艿慕庸芪恢靡欢ㄒh(yuǎn)離呼吸閥接口，并由罐頂部插入貯罐內(nèi)，使氮?dú)膺M(jìn)罐后不直接排出，從而達(dá)到氮封目的。大部分工廠設(shè)置氮封多采用自力調(diào)節(jié)閥或者壓力控制閥，關(guān)于操作方面可參照《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T3007-2014）規(guī)定，采用氮?dú)獗Ｗo(hù)的儲(chǔ)罐，其操作壓力宜為0.2Kpa～0.5Kpa；其他設(shè)置有呼吸閥的儲(chǔ)罐，其操作壓力宜為1Kpa～1.5Kpa。同時(shí)有些儲(chǔ)罐因介質(zhì)含有腐蝕性，要注意定期檢查清理氮?dú)夤芫€，防止氮封失效。

七、石油化工氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范氮?dú)獾募兌仁嵌嗌伲?/p>

1.《純氮、高純氮和超純氮規(guī)范》（GB/T 8979-2008） ，用作保護(hù)氣體的純氮純度是99.99%

2.《石油化工氮氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T 3106-2019 ）

因此，工業(yè)氮?dú)饧兌葹?9.2%，純氮為99.99%。

八、石油化工氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范結(jié)論

1.不同的物料儲(chǔ)罐，需要按照規(guī)定設(shè)置氮封，建議根據(jù)物料特性的爆炸極限范圍、閃點(diǎn)、蒸汽壓力、沸點(diǎn)等參數(shù)要求，綜合考量設(shè)計(jì)相匹配的氧氣濃度范圍，也就間接的定義了氮?dú)鉂舛取?/p>

2.用于儲(chǔ)罐氮封的氮?dú)饧兌龋ㄗh不應(yīng)低于99.2%，宜大于等于99.99%。