石油化工氮封系統(tǒng)設(shè)計規(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,。儲罐氮封是一種向儲存容器與反應(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,。《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標準（2018年版）5.7.6 規(guī)定：生產(chǎn)或儲存不穩(wěn)定的烯烴,、二烯烴等物質(zhì)時應(yīng)采取防止生成過氧化物,、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)生有分解爆炸危險的聚合過氧化物,。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,，儲存時間過長,，易自聚放出熱量，造成超壓而爆破設(shè)備,。丁二烯在生產(chǎn),、儲存過程中，為防止生成過氧化物而采取的措施：嚴禁與空氣,、氧化氮和含氧的氮氣長時間接觸,，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)計成可在高于大氣壓力的條件下運行,，這樣可防止外部空氣進入容器當中,。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作用。分別從氮封系統(tǒng)適用工況,、設(shè)計原則,、供氣量計算、注意事項等方面進行了詳細闡述,，通過對氮封系統(tǒng)的合理設(shè)計,，可規(guī)避安全風(fēng)險,、降低事故概率。

二,、石油化工氮封系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范固定頂儲罐和容器的氮封

工廠有不同類型的儲罐,，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)特點決定是否氮封，內(nèi)浮頂罐有時會考慮氮封,。是固定頂罐的一種簡單氮封方式,。在這種設(shè)計中，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)定值的大小會影響氮氣的消耗量。對于常壓罐或容器,，還可以采用圖-2的方式,，通過進口（氮氣進）和出口（氣相放空）的壓力控制實現(xiàn)氮封。在罐內(nèi)總是保持一定的壓力,，最高不超過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)反饋的壓開型微壓調(diào)節(jié)閥組成,。氮氣壓力一般設(shè)為100mmH2O.通過氮封裝置控制。

產(chǎn)品特點:

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.大而靈敏的檢測膜片，保證了控制點的壓力精度,；

4.信號檢測執(zhí)行器與動力執(zhí)行機構(gòu)分開,，使整臺調(diào)壓閥減壓比可達 2000:1；

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

6.閥內(nèi)件設(shè)計壓力補償裝置，消除壓力波動對設(shè)定點精度的影響,，調(diào)節(jié)更加穩(wěn)定,；

7.整機采用無填料設(shè)計，動作迅速,；

8.壓力設(shè)定點分段范圍細且相互交錯,，選用方便；

9.壓力設(shè)定方便,，運行時可連續(xù)無干擾的進行設(shè)定,，免維護使用；

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

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

12.配用專用取壓管及接頭,，安裝更加簡捷、可靠,。

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

對于不易密閉的工藝設(shè)備或儲罐，可以采用濃度控制的方式來實現(xiàn)氮封：設(shè)置在線氧分析儀,，實時檢測設(shè)備或容器氣相部分的氧濃度,，并據(jù)此控制氮氣的流量。這種方式的優(yōu)點是節(jié)約氮氣,，可以在較短時間內(nèi)收回控制系統(tǒng)的投資成本,。

氮封閥 產(chǎn)品特點

無需外加能源，能在無電,、無氣的場合工作,，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)的條件下進行,；

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

采用無填料設(shè)計，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100:1,減壓效果好,，控制精度高；

為確保儲罐的,，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)計防火標準》（GB50160-2008）（2018年版）

6.2.2當單罐容積小于或等于5000m3的內(nèi)浮頂儲罐采用易熔材料制作的浮盤時，應(yīng)設(shè)置氮氣保護等安全措施,；

6.2.2條文解釋：對于有特殊要求的甲,、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,，選用固定頂儲罐或臥式儲罐加氮封儲存也是可行的,；

6.2.4A條款：儲存溫度超過120℃的重油固定頂罐應(yīng)設(shè)置氮氣保護。

6.2.4條文解釋：采用固定頂罐或低壓儲罐儲存甲類液體時,，為了防止油氣大量揮發(fā)和改善儲罐的安全狀況,，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.《精細化工企業(yè)工程設(shè)計防火標準》（GB 51283-2020）

5.1.5條文解釋：1）對于會產(chǎn)生高濃度有機廢氣的反應(yīng)罐,、貯罐,、過濾器等設(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,，并以正壓輸送方式輸送到廢氣總管。

6.2.2條文解釋,，對于單罐容積小于100m3或易氧化,、易聚合等有特殊要求的甲 B、乙 A類液體物料儲存,，可選用固定頂罐加氮氣或惰性氣體密封,。

4.《石油庫設(shè)計規(guī)范》（GB 50074-2014）

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

5.《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3007-2014）

從上面幾個規(guī)范來看，對各種儲罐儲存何種物料,、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),。但是沒有找到對氮氣濃度要求的具體參數(shù)要求,。

五、石油化工氮封系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范氮氣濃度如何設(shè)置,？

化工儲罐氮封,，更多考慮的是防爆，將可燃氣體的濃度惰化到遠遠低于爆炸濃度下限,。根據(jù)這個原則,，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)各種可燃氣體介質(zhì)的極限氧濃度來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氣的純度大于（1-3.0%）=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)反饋的壓開型微壓調(diào)節(jié)閥組成,，

通過氮封裝置精確控制,。當儲罐進液閥開啟，向罐內(nèi)添加物料時，液面上升,，氣相部分容積減小,，壓力升高，當罐內(nèi)壓力升至高于泄氮閥壓力設(shè)定值時,，泄氮閥打開,，向外界釋放氮氣，使罐內(nèi)壓力下降,，降至泄氮閥壓力設(shè)定點時,，自動關(guān)閉。當儲罐出液閥開啟,，用戶放料時,，液面下降，氣相部分容積增大,，罐內(nèi)壓力降低,，供氮閥開啟，向儲罐內(nèi)注入氮氣,，使罐內(nèi)壓力上升,，升至供氮閥壓力設(shè)定點，自動關(guān)閉,。

六,、石油化工氮封系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范氮封如何安裝

關(guān)于氮封安裝，分享兩種錯誤安裝場景：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,。這兩種場景均會導(dǎo)致氮氣直接排出，無法起到氮封作用,。若呼吸閥用在氮封罐上,，建議氮氣供氣管的接管位置一定要遠離呼吸閥接口，并由罐頂部插入貯罐內(nèi),，使氮氣進罐后不直接排出,，從而達到氮封目的。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《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》（SH/T3007-2014）規(guī)定,，采用氮氣保護的儲罐，其操作壓力宜為0.2Kpa～0.5Kpa,；其他設(shè)置有呼吸閥的儲罐,，其操作壓力宜為1Kpa～1.5Kpa。同時有些儲罐因介質(zhì)含有腐蝕性,，要注意定期檢查清理氮氣管線,，防止氮封失效。

七、石油化工氮封系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范氮氣的純度是多少,？

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

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

因此,，工業(yè)氮氣純度為99.2%,，純氮為99.99%。

八,、石油化工氮封系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范結(jié)論

1.不同的物料儲罐,，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,、蒸汽壓力、沸點等參數(shù)要求,，綜合考量設(shè)計相匹配的氧氣濃度范圍，也就間接的定義了氮氣濃度,。

2.用于儲罐氮封的氮氣純度,，建議不應(yīng)低于99.2%，宜大于等于99.99%,。