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石油化工罐區(qū)自動化供氮裝置系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范
現(xiàn)在介紹儲罐氮封裝置系統(tǒng)設(shè)計當儲罐出液閥開啟，用戶放料時，液面下降，氣相部分容積增大，罐內(nèi)氮氣壓力降低，供氮閥開啟，向儲罐注入氮氣，罐內(nèi)氮氣壓力上升，當罐內(nèi)壓力上升至供氮閥壓力設(shè)定值時，供氮閥自動關(guān)閉。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)壓力升至高于泄氮裝置壓力設(shè)定值時，泄氮裝置打開，向外界釋放氮氣，使罐內(nèi)壓力下降，降至泄氮裝置壓力設(shè)定點時，泄氮裝置自動關(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，供氮裝置開啟，向儲罐注入氮氣，使罐內(nèi)壓力上升，當罐內(nèi)壓力上升至供氮裝置自動關(guān)閉。供氮裝置（見圖1），將設(shè)在罐頂?shù)娜狐c的介質(zhì)經(jīng)導壓管引入檢測機構(gòu)(7)，介質(zhì)在檢測元件上產(chǎn)生一個作用力與與彈簧(8)、預緊力相平衡。當罐內(nèi)壓力降低至低于供氮裝置壓力設(shè)定點時，平衡破壞，使指揮器閥芯(6)，打開，使閥前氣體經(jīng)減壓閥(5)，節(jié)流閥(4)、進入主閥執(zhí)行機構(gòu)(3)上、下膜室，打開主閥閥芯(2)，向罐內(nèi)充注氮氣；當罐內(nèi)壓力升至供氮裝置壓力設(shè)定點，由于預設(shè)彈簧力，關(guān)閉指揮器閥芯(6)、由于主閥執(zhí)行機構(gòu)中的彈簧作用，關(guān)閉主閥，停止供氮。
泄氮裝置（見圖2），該裝置采用內(nèi)反饋結(jié)構(gòu)，介質(zhì)直接經(jīng)閥蓋進入檢測機構(gòu)(2)，介質(zhì)在檢測元件上產(chǎn)生一個作用力與預設(shè)彈簧(3)預緊力相平衡。當罐內(nèi)壓力升高至高于泄氮裝置壓力設(shè)定點時，平衡被破壞，使閥芯(1)上移，打開閥門，向外界泄放氮氣；當罐內(nèi)壓力降至泄氮裝置壓力設(shè)定點，由于預設(shè)彈簧力作用，關(guān)閉閥門。
說明
氮封閥一般供氮氣壓力在3×10^5-10×10^5Pa之間罐頂呼吸閥僅起安全作用，是在主閥失靈，導致罐內(nèi)壓力過高或過低時，起到安全作用，在正常情況下不工作
泄氮閥安裝在罐頂，口徑一般與進液閥口徑一我們在實際工作中發(fā)現(xiàn)的典型的、重復性的技術(shù)問題中，氮封系統(tǒng)問題占比1.74%。我們結(jié)合現(xiàn)場實例向大家分享一下危險化學品儲罐氮封系統(tǒng)問題。由控制閥門、執(zhí)行器、壓力彈簧、指揮器、脈沖管等部件組成。自力式氮封閥主要用于保持容器頂部保護氣體（一般為氮氣）的壓力恒定，以避免容器內(nèi)物料與空氣直接接觸，防止物料揮發(fā)、被氧化，以及容器的安全。 特別適用于各類大型儲罐的氣封保護系統(tǒng)。該產(chǎn)品具有節(jié)能、動作靈敏、運行可靠、操作與維修方便等特點。廣泛應用于石油、化工等行業(yè)。
二、石油化工罐區(qū)自動化供氮裝置系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范工作原理
供氮裝置（見圖1），將設(shè)在罐頂?shù)娜狐c的介質(zhì)經(jīng)導壓管引入檢測機構(gòu)(7)，介質(zhì)在檢測元件上產(chǎn)生一個作用力與與彈簧(8)、預緊力相平衡。 當罐內(nèi)壓力降低至低于供氮裝置壓力設(shè)定點時，平衡破壞，使指揮器閥芯(6)，打開，使閥前氣體經(jīng)減壓閥(5)，節(jié)流閥(4)、進入主閥執(zhí)行機構(gòu)(3)上、 下膜室，打開主閥閥芯(2)，向罐內(nèi)充注氮氣；當罐內(nèi)壓力升至供氮裝置壓力設(shè)定點，由于預設(shè)彈簧力，關(guān)閉指揮器閥芯(6)、由于主閥執(zhí)行機構(gòu)中的 彈簧作用，關(guān)閉主閥，停止供氮。
泄氮裝置（見圖2），該裝置采用內(nèi)反饋結(jié)構(gòu)，介質(zhì)直接經(jīng)閥蓋進入檢測機構(gòu)(2)，介質(zhì)在檢測元件上產(chǎn)生一個作用力與預設(shè)彈簧(3)預緊力相平 衡。當罐內(nèi)壓力升高至高于泄氮裝置壓力設(shè)定點時，平衡被破壞，使閥芯(1)上移，打開閥門，向外界泄放氮氣；當罐內(nèi)壓力降至泄氮裝置壓力設(shè)定 點，由于預設(shè)彈簧力作用，關(guān)閉閥門。
Part 1 ：氮封系統(tǒng)的作用
《氣封的設(shè)置》（HG/T 20570.16-95）第1.0.1.1條款：為防止儲罐內(nèi)物料因與進入的外界氣體(空氣)接觸而被污染變質(zhì)或與外界進入的氣體(空氣)發(fā)生化學和(或)生物反應，常需設(shè)置氣封系統(tǒng)。用氣封氣使儲罐內(nèi)維持一定壓力(正壓)，防止儲罐內(nèi)物料與外界氣體接觸。
Part 2 ：氮封系統(tǒng)的設(shè)置
《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標準(2018年版)》（GB 50160-2008 2018版）
第6.2.2.1條款：儲存甲B、乙A類的液體應選用金屬浮艙式的浮頂或內(nèi)浮頂罐。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，應設(shè)置氮氣保護等安全措施。
第6.2.4A條款：儲存溫度超過120℃的重油固定頂罐應設(shè)置氮氣保護。
《精細化工企業(yè)工程設(shè)計防火標準》（GB 51283-2020）
第6.2.2條款：單罐容積不小于100m3的甲B、乙A類液體儲存應選用內(nèi)浮頂罐。當采用易熔材質(zhì)制作浮盤時，應設(shè)置氮氣保護等安全措施。采用固定頂罐或低壓罐時，應采用氮氣或惰性氣體密封，并采取減少日曬升溫的措施。
《煤化工工程設(shè)計防火標準》（GB 51428-2021）
第7.2.2條款：儲存沸點低于45℃或真實蒸氣壓不小于76.6kPa的甲B類液體，應選用壓力儲罐、低壓儲罐或降溫常壓儲罐，并應符合下列規(guī)定：
1 選用壓力儲罐或低壓儲罐時，應設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)，并應密閉回收處理罐內(nèi)排出的氣體；
2 選用降溫常壓儲罐時，應控制儲存溫度低于液體閃點5℃及以下，并應設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)。
第7.2.3條款：儲存沸點不低于45℃或真實蒸氣壓小于76.6kPa的甲B、乙A類液體，應選用浮頂罐或內(nèi)浮頂罐。當甲B、乙A類液體因特殊儲存要求采用固定頂罐、低壓儲罐和容積大于50m3的臥式儲罐時,應采取下列措施之一：
1 設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)，密閉回收處理罐內(nèi)排出的氣體；
2 控制儲存溫度低于液體閃點 5℃及以下；
3 其他安全措施。
第7.2.7條款：儲存毒性為高度和極度危害的甲B、乙A類液體的內(nèi)浮頂儲罐，儲存溫度超過120℃的重油固定頂罐應設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)。
第7.2.8條款：多雷和強雷地區(qū)單罐容積大于或等于50000m3的浮頂儲罐的一次、二次密封之間應采取下列措施之一：
1 設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)；
2 向一次、二次密封之間的空間充填軟體不燃或難燃材料。
《石油庫設(shè)計規(guī)范》（GB 50074-2014）
第6.1.2條款：儲存沸點低于45℃或37.8℃的飽和蒸氣壓大于88kPa的甲B類液體，應采用壓力儲罐、低壓儲罐或低溫常壓儲罐，并應符合下列規(guī)定：
1 選用壓力儲罐或低壓儲罐時，應采取防止空氣進入罐內(nèi)的措施，并應密閉回收處理罐內(nèi)排出的氣體。
2 選用低溫常壓儲罐時，應采取下列措施之一：
1）選用內(nèi)浮頂儲罐，應設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)，并應控制儲存溫度使液體蒸氣壓不大于88kPa；
2）選用固定頂儲罐，應設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)，并應控制儲存溫度低于液體閃點5℃及以下。
第6.1.3條款：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，應采用外浮頂儲罐或內(nèi)浮頂儲罐。有特殊儲存需要時，可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,但應采取下列措施之一：
1 應設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)，并應密閉回收處理罐內(nèi)排出的氣體；
2 應設(shè)置氮氣密封保護系統(tǒng)，并應控制儲存溫度低于液體閃點5℃及以下。
第6.1.8條款：儲存I、Ⅱ級毒性的甲B、乙A類液體儲罐的單罐容量不應大于5000m3，且應設(shè)置氮封保護系統(tǒng)。
《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3007-2014）
第4.2.4條款：儲存沸點低于45℃或在37.8℃時飽和蒸氣壓大于 88kPa的甲B類液體，應采用壓力儲罐、低壓儲罐或降溫儲存的常壓儲罐，并應符合下列規(guī)定：
a）選用壓力儲罐或低壓儲罐時，應采取防止空氣進入罐內(nèi)的措施，并應密閉收集處理罐內(nèi)排出的氣體；
b）選用降溫儲存的常壓儲罐時，應采取下列措施之一：
——選用內(nèi)浮頂儲罐，設(shè)置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統(tǒng)，控制儲存溫度使液體蒸氣壓不大于 88kPa；
——選用固定頂儲罐，設(shè)置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統(tǒng)，控制儲存溫度低于液體閃點5℃及以下；
——選用固定頂儲罐，設(shè)置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統(tǒng)，控制儲存溫度使液體蒸氣壓不大于 88kPa，密閉收集處理罐內(nèi)排出的氣體。
第4.2.5條款：儲存沸點大于或等于 45℃或在 37.8℃時飽和蒸氣壓不大于 88kPa的甲B、乙A類液體，應選用浮頂儲罐或內(nèi)浮頂儲罐。其他甲B、乙A類液體化工品有特殊儲存需要時，可以選用固定頂儲罐、低壓儲罐和容量小于或等于100m3的臥式儲罐，但應采取下列措施之一：
——設(shè)置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統(tǒng)，密閉收集處理罐內(nèi)排出的氣體；
——設(shè)置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統(tǒng)，控制儲存溫度低于液體閃點5℃及以下。
綜合以上標準規(guī)范，我們可以得出以下危險化學品儲罐應設(shè)置氮封系統(tǒng)：
1、新建單罐容積大于等于 1000m3的甲B類、乙類、操作溫度大于等于120℃的丙類內(nèi)浮頂和固定頂儲罐；
2、儲存苯乙烯、丙烯腈等易聚合、易氧化的物料儲罐；
3、含油污水儲罐、酸性水儲罐、輕污油儲罐、儲存溫度超過120℃的重油固定頂儲罐；
4、設(shè)置油氣收集系統(tǒng)的儲罐；
5、儲存沸點低于45℃或真實蒸氣壓小于76.6kPa的甲B類液體的壓力儲罐、低壓儲罐或降溫常壓儲罐；
6、儲存毒性為高度和極度危害的甲B、乙A類液體的內(nèi)浮頂儲罐；
7、儲存溫度超過120℃的重油固定頂罐；
8、單罐容積不小于100m3，儲存甲B、乙A類液體的內(nèi)浮頂罐（浮盤采用易熔材料）、固定頂罐或低壓儲罐。
Part 3 ：石油化工罐區(qū)自動化供氮裝置系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范氮封系統(tǒng)的布置
《管道儀表流程圖設(shè)計規(guī)定》（HG 20559-1993）
第6.0.3.4條款：若呼吸閥用在氮封罐上時，氮氣的入罐位置應遠離呼吸閥并伸入罐內(nèi)約200mm。
▲圖1 呼吸閥與氮封的設(shè)置位置。
《石油化工罐區(qū)自動化系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3184-2017）
第4.2.1.10條款：低壓儲罐及需要氮氣等惰性氣體密封的儲罐，應在罐頂設(shè)置壓力變送器測量壓力，設(shè)置壓力表就地測量壓力。
第4.2.1.12條款：固定頂罐和內(nèi)浮頂罐等需要氮氣等惰性氣體密封時，應設(shè)置氮封閥或壓力分程控制。
第4.2.1.13條款：氮封閥氮氣入口管道應設(shè)置壓力表。
第4.2.3.11條款：球罐需要氮氣等惰性氣體密封時，應設(shè)置壓力分程控制。
第5.4.5.1條款：對固定頂罐、內(nèi)浮頂罐等存儲易揮發(fā)類液體的常壓、低壓儲罐，氮氣密封系統(tǒng)應設(shè)置氮封閥。
第5.4.5.2條款：氮封閥型式應為減壓式外取壓閥后壓力控制型。
第5.4.5.3條款：氮封閥應安裝在盡量靠近罐頂入口的氮氣管線上，外取壓管線的取源點宜設(shè)在罐頂，以便檢測罐內(nèi)的真實壓力。
《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3007-2014）
第5.1.3條款、5.1.9條款：采用氮氣或其他惰性氣體密封保護系統(tǒng)的儲罐，在儲罐通向大氣的通氣管上應設(shè)呼吸閥，呼吸閥上應安裝阻火器。
5.1.5采用氮氣或其他惰性氣體密封保護系統(tǒng)的儲罐應設(shè)事故泄壓設(shè)備，并應符合下列規(guī)定:
a）事故泄壓設(shè)備的開啟壓力應高于呼吸閥的排氣壓力并應小于或等于儲罐的設(shè)計正壓力；
b）事故泄壓設(shè)備應滿足氨封或其他惰性氣體密封管道系統(tǒng)或呼吸閥出現(xiàn)故障時保障儲罐安全的通氣需要；
c）事故泄壓設(shè)備可直接通向大氣；
d）事故泄壓設(shè)備宜選用直徑不小于DN500 的緊急放空人孔蓋或呼吸人孔。
四、石油化工罐區(qū)自動化供氮裝置系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范自力式氮封閥 技術(shù)參數(shù)和性能
閥體
公 稱 通 徑 | DN25、32、40、50、65、80、100mm | |
公 稱 壓 力 | PN1.0M Pa JB/T79.1-94、79.2-94等 | |
法 蘭 標 準 | ||
閥 體 材 料 | 鑄鐵（HT200）、鑄鋼（ZG230-450）、鑄不銹鋼（ZG 1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti） | |
閥芯材料 | 硬 密 封 | 不銹鋼（1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti） 不銹鋼鑲嵌橡膠圈 |
軟 密 封 | ||
閥 桿 材 料 | 不銹鋼（1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti） | |
流 量 特 性 | ||
使 用 溫 度 | ||
執(zhí)行器
壓力設(shè)定范圍(KPa) | 0.4～0.5 5～10 9～14 13～19 18～24 22～28 27～33 |
膜蓋材料 | A3、A4鋼板涂四氟乙烯 |
膜片材料 | 丁晴橡膠、乙炳橡膠、氟橡膠、耐油橡膠 |
性能
設(shè)定值偏差±5% | 允許泄露量 | |
允許泄露量 | 標準型 | IV級（符合GB/T4312-92標準） |
嚴密型 | VI級（符合GB/T4312-92標準） | |
五、自力式氮封閥 額定流量系數(shù)、額定行程、性能
ZZDG供氮裝置
公稱通徑DN | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | ||||||||
閥座通徑Dn | 5 | 6 | 7 | 8 | 10 | 12 | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 120 | 100 |
流量系數(shù)Kv | 0.2 | 0.32 | 0.5 | 0.8 | 1.8 | 2.8 | 4.4 | 6.9 | 11 | 20 | 30 | 48 | 75 | 120 | 190 |
額定行程L | 8 | 10 | 14 | 20 | 25 | ||||||||||
ZZDX泄氮裝置
公稱通徑DN | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 |
閥座通徑Dn | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 |
流量系數(shù)Kv | 6.9 | 11 | 20 | 30 | 48 | 75 | 120 | 190 |
額定行程L | 8 | 10 | 14 | 20 | 25 | |||
六、自力式氮封閥 外形尺寸
供氮裝置外形尺寸及重量
公稱通徑DN(mm) | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | |
L | 160 | 180 | 200 | 230 | 290 | 310 | 350 | |
A | 308 | 308 | 308 | 308 | 394 | 394 | 394 | |
H2 | 415 | 415 | 415 | 115 | 415 | 415 | 415 | |
H1 | 60 | 75 | 80 | 85 | 95 | 105 | 120 | |
H | 720 | 730 | 730 | 750 | 790 | 840 | 890 | |
重量(kg) | 32 | 35 | 40 | 50 | 90 | 115 | 280 |
供氮裝置外形尺寸及重量
公稱通徑DN(mm) | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | |
L | 160 | 180 | 200 | 230 | 290 | 310 | 350 | |
A | 308 | 308 | 308 | 308 | 394 | 394 | 394 | |
H1 | 60 | 75 | 80 | 85 | 95 | 105 | 120 | |
H | 380 | 400 | 420 | 430 | 550 | 560 | 570 | |
重量(kg) | 12 | 13 | 15 | 17 | 20 | 28 | 38 |
第5.1.7條款：呼吸閥的規(guī)格和數(shù)量可參照表5.1.7-1來確定。
儲罐容量m3 | 進（出）儲罐的最液體量m3/h | 呼吸閥個數(shù)×公稱直徑DN |
|---|---|---|
100 | ≤60 | 1×80 |
200 | ≤50 | 1×80 |
300 | ≤150 | 1×100 |
400 | ≤135 | 1×100 |
500 | ≤260 | 1×150 |
700 | ≤220 | 1×150 |
1000 | ≤520 | 1×200 |
2000 | ≤330 | 2×150 |
3000 | ≤690 | 2×200 |
4000 | ≤660 | 2×200 |
5000 | ≤1600 | 2×250 |
10000 | ≤2600 | 2×300 |
20000 | ≤3500 | 3×300 |
30000 | ≤5500 | 4×300 |
50000 | ≤6400 | 4×350 |
注：實際設(shè)計中，儲罐容量所對應的呼吸閥與進(出)儲罐的液體量所對應的呼吸閥不一致時，應選用兩者中者。 | ||
綜合以上規(guī)范，我們可以得出氮封系統(tǒng)設(shè)計應采取以下布置：
1、對固定頂罐、內(nèi)浮頂罐等存儲易揮發(fā)類液體的常壓、低壓儲罐，氮氣密封系統(tǒng)應設(shè)置氮封閥；
2、球罐需要氮氣等惰性氣體密封時，應設(shè)置壓力分程控制；
3、氮封閥氮氣入口管道應設(shè)置壓力表；
4、氮封閥應選用減壓式外取壓閥后壓力控制型；
5、氮封閥應安裝在盡量靠近罐頂入口的氮氣管線上，外取壓管線的取源點宜設(shè)在罐頂；
6、氮氣的入罐位置應遠離呼吸閥并伸入罐內(nèi)約200mm；
7、儲罐罐頂應設(shè)壓力變送器、就地壓力表、呼吸閥、事故泄壓設(shè)備。
Part4：氮封系統(tǒng)的實踐
方案一：▲圖2 危險化學品儲罐氮封系統(tǒng)典型設(shè)計方案一。
儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)置先導式氮封閥組和限流孔板旁路，罐頂設(shè)置1臺單呼閥、1臺呼吸閥、1個緊急泄壓人孔。
當罐內(nèi)氣體壓力低于氮封閥開啟壓力時，氮封閥打開向罐內(nèi)補入氮氣；當罐內(nèi)氣體壓力達到氮封閥關(guān)閉壓力時，氮封閥關(guān)閉停止向罐內(nèi)補入氮氣。當罐內(nèi)氣體壓力高于單呼閥定壓時，單呼閥開啟向罐外排出氣體。呼吸閥外排壓力、緊急泄放閥定壓根據(jù)儲罐設(shè)計壓力確定。
當?shù)忾y需要檢修或出現(xiàn)故障時，使用限流孔板旁路給儲罐內(nèi)短時間連續(xù)補充氮氣，當罐內(nèi)壓力高于單呼閥、呼吸閥設(shè)定值時，先后啟動單呼閥、呼吸閥向外排氣。
方案二：▲圖3 危險化學品儲罐氮封系統(tǒng)典型設(shè)計方案二。
方案二將方案一中的單呼閥更換為了壓力控制閥（泄氮閥）。儲罐運行時，通過氮封閥、泄氮閥起到平衡儲罐壓力的作用，呼吸閥、緊急泄放閥僅在事故工況（如氮封閥失效、泄氮封失效、火災工況等）啟動，避免儲罐運行時呼吸閥頻繁動作，造成損壞。
注：危險化學品成品儲罐在裝卸車過程中，進/排液量大，儲罐氣相空間壓力波動頻繁，氮封系統(tǒng)宜設(shè)置泄氮閥，避免呼吸閥頻繁動作，減少呼吸閥故障率。危險化學品中間儲罐日常運行時，儲罐氣相空間壓力相對比較穩(wěn)定，可以不設(shè)置泄氮閥。
方案三：▲圖4 危險化學品儲罐氮封系統(tǒng)典型設(shè)計方案三。
《氣封的設(shè)置》（HG/T 20570.16-95）第1.0.2.2條款：為防止泄壓閥和(或)氣封裝置失靈而出現(xiàn)儲罐內(nèi)超壓或負壓情況，可采用液封和氣封裝置相結(jié)合的系統(tǒng)。
氣封裝置配備液封的作用是:
(1)當泄壓閥失靈時，液封可起到呼出氣體的作用。即當儲罐內(nèi)壓力超過設(shè)定值時，儲罐內(nèi)氣體可通過液封泄壓。
(2)當氣封裝置發(fā)生故障時，如儲罐內(nèi)壓力高于設(shè)定值時，可通過液封泄壓，減輕泄壓閥負荷。
(3)當泄壓閥和氣封裝置同時故障，而儲罐內(nèi)出現(xiàn)負壓時，可通過液封吸入空氣，保護儲罐不致變形損壞。
Part5：氮封系統(tǒng)的壓力設(shè)定
《石油化工罐區(qū)自動化系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3184-2017 )
第5.4.5.4條款：氮封閥壓力設(shè)定點應為儲罐正常操作壓力，壓力設(shè)定值可調(diào)范圍的選擇應使設(shè)定點處于范圍的中段，并應能覆蓋操作壓力。
《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3007-2014）
第3.5條款：采用氮氣密封保護的可燃液體儲罐，其操作壓力宜為0.2kPa~0.5kPa。
第5.1.4條款：呼吸閥的排氣壓力應小于儲罐的設(shè)計正壓力，呼吸閥的進氣壓力應高于儲罐的設(shè)計負壓力。
第5.1.5.（a）條款：事故泄壓設(shè)備的開啟壓力應高于呼吸閥的排氣壓力并應小于或等于儲罐的設(shè)計正壓力。
▲圖5 設(shè)計壓力為2.0kPa常壓儲罐各附件定壓值。
Part6：氮封閥的工作原理
▲圖6 設(shè)計壓力為2.0kPa常壓儲罐各附件定壓值。
設(shè)在罐頂?shù)娜狐c的介質(zhì)經(jīng)導壓管引入檢測機構(gòu)（7），介質(zhì)在檢測元件上產(chǎn)生一個作用力與彈簧預緊力相平衡。當罐內(nèi)壓力降低至低于供氮裝置壓力設(shè)定點時，平衡破壞，使指揮器閥芯（6）打開，使閥前氣體經(jīng)減壓閥（5）、節(jié)流閥（4）、進入主閥執(zhí)行機構(gòu)（3）上、下膜室，打開主閥閥芯（2），向罐內(nèi)充注氮氣；當罐內(nèi)壓力升至供氮裝置壓力設(shè)定點，由于預設(shè)彈簧力，關(guān)閉指揮器閥芯，由于主閥執(zhí)行機構(gòu)中彈簧作用，關(guān)閉主閥，停止供氮。
Part7：氮封系統(tǒng)現(xiàn)場典型問題及風險
我們在給某客戶開展PSSR（開車前安全審查）、安全技術(shù)診斷過程中發(fā)現(xiàn)，企業(yè)危險化學品常壓儲罐氮封系統(tǒng)存在以下問題：
氮封閥位置設(shè)置不正確；
氮封閥閥前壓力不足；
氮封閥選型錯誤；
氮封系統(tǒng)未設(shè)置氮封閥；
儲罐壓力監(jiān)測設(shè)備選型不正確。
石油化工罐區(qū)自動化供氮裝置系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范具體問題如下：
問題1：某客戶精醇中間儲槽氮封系統(tǒng)氮封閥設(shè)置在罐底氮氣管道。
▲圖7 精甲醇中間儲槽供氮閥組現(xiàn)場圖。
氮封閥、取壓管均設(shè)置在精醇中間儲槽底部氮氣管道上，氮封閥取壓點與中間儲槽的真實壓力存在偏差。 違反《石油化工罐區(qū)自動化系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3184-2017）第5.4.5.3條款。
當沒有精醇進出儲槽時，供氮閥處于關(guān)閉狀態(tài)；此時供氮閥閥后檢測壓力高于儲罐的實際壓力；氮封閥達到開啟壓力0.2kPa時，儲罐內(nèi)實際壓力小于0.2kPa，導致氮封閥開啟滯后。
在供氮閥關(guān)閉過程中，供氮閥檢測壓力高于儲罐的實際壓力；氮封閥達到關(guān)閉壓力0.5kPa時，儲罐內(nèi)實際壓力小于0.5kPa，導致氮封閥提前關(guān)閉。
如果儲罐內(nèi)精醇快速進出儲罐導致壓力驟變，氮封系統(tǒng)不能及時作出反應，無法及時調(diào)整氮氣的補充，無法有效維持儲罐內(nèi)的壓力穩(wěn)定，會出現(xiàn)呼吸閥頻繁動作的風險。
問題2：某客戶氮氣經(jīng)總管調(diào)節(jié)閥減壓后壓力為5-15kPa，甲醇儲罐氮封閥設(shè)計閥前壓力為0.1Mpa，氮封閥無法正常使用。
▲圖8 甲醇儲罐氮封閥數(shù)據(jù)表。
通過Part 5：氮封閥的工作原理，我們可以看出當儲槽內(nèi)壓力達到氮封閥開啟壓力時，指揮器閥芯打開，氮封閥進口氮氣經(jīng)減壓閥、節(jié)流閥進入主閥執(zhí)行機構(gòu)上、下膜室，打開主閥閥芯。當?shù)忾y進口氮氣壓力低于設(shè)計壓力時，存在無法驅(qū)動打開氮封閥主閥閥芯的風險。
問題3：某客戶甲醇儲罐氮封系統(tǒng)未設(shè)置氮封閥、緊急泄放閥，使用手閥控制。
▲圖9 甲醇儲罐氮封管線現(xiàn)場圖。
氮封系統(tǒng)使用手閥控制，儲罐內(nèi)持續(xù)通入氮氣，呼吸閥處于常開狀態(tài)，造成大量的氮氣浪費；另外，若手閥開度過大，儲罐氣相壓力升高，當呼吸閥泄放量不能滿足要求時，儲罐存在超壓風險。
問題4：某客戶1#精甲醇儲槽罐頂設(shè)置了1臺壓力變送器（量程范圍為0-2.5kPa）、1臺現(xiàn)場就地壓力表（量程為0-1MPa），均未考慮負壓工況且壓力表量程范圍過大，量程選型錯誤。
在實施儲罐頂油氣收集治理措施時，必須確保儲罐本身的安全，這是減少儲罐VOCs排放所有工作的基礎(chǔ)。
【 石油化工罐區(qū)自動化供氮裝置系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范氮封系統(tǒng)組件與功能 】
氮氣保護系統(tǒng)涵蓋了氮氣源、氮氣管線、氮封裝置以及罐內(nèi)壓力檢測等多個環(huán)節(jié)。其核心作用在于預防儲罐因負壓而通過呼吸閥吸入空氣，進而確保罐內(nèi)維持微正壓狀態(tài)。在正常操作中，氮封閥的壓力設(shè)定值應落在0.2kPa至0.5kPa的范圍內(nèi)，并需注意與呼吸閥、單呼閥或控制閥等設(shè)備的設(shè)定壓力保持錯開，以減少不必要的氮氣損失和資源浪費。一旦罐內(nèi)氣體壓力降至氮封閥開啟閾值以下，該系統(tǒng)將自動開啟補入氮氣；而當壓力升至關(guān)閉閾值時，則會自動關(guān)閉，停止補氣。
當罐內(nèi)氣體壓力超過控制閥或呼閥的設(shè)定壓力時，系統(tǒng)會通過開啟呼閥或揮發(fā)氣收集總管的控制閥，將多余氣體排出罐外。同時，呼吸閥的外排壓力以及緊急泄放閥的定壓，都是根據(jù)儲罐的設(shè)計壓力來確定的。
氮封裝裝置是一種專用于半導體封裝工藝的設(shè)備，通過向封裝設(shè)備內(nèi)抽真空并加入純氮氣體，使其保持一定的氣壓，從而保護半導體芯片，在封裝過程中防止芯片氧化或污染，提高封裝質(zhì)量和產(chǎn)品可靠性。
二、石油化工罐區(qū)自動化供氮裝置系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范氮封裝裝置的正確安裝步驟
安裝位置的選擇
氮封裝裝置應放置在封裝設(shè)備附近且在操作者易接近的地方，以便于操作者對氮封裝裝置進行管道連接、壓力調(diào)節(jié)等操作，并及時處理故障。
連接供氮管道
將供氮管道連接到氮封裝裝置的進氣口，確保連接密封可靠，避免漏氣。
連接排氮口
將排氮口連接到氮封裝裝置上，并將排氮口朝向安裝的地面，防止排出的氮氣紊流揚射影響操作者安全。
4.調(diào)節(jié)壓力
調(diào)節(jié)氮封裝裝置的壓力，一般在 0.1 到 0.5 裝水的氣壓范圍內(nèi)，根據(jù)封裝設(shè)備的工作溫度和硬度要求進行設(shè)置。
三、石油化工罐區(qū)自動化供氮裝置系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范氮封裝裝置的使用注意事項
避免氮氣浪費和環(huán)境污染，使用后必須關(guān)閉氮氣閥門；
確保供氮管道、排氮口通暢，避免堵塞；
定期進行氣密性手動檢查，避免漏氣；
操作過程中，嚴禁使用火源或尖銳工具接觸氮封裝裝置；
氮封裝裝置要定期進行清潔和維護，保持設(shè)備的清潔和正常運轉(zhuǎn)。
以上是關(guān)于氮封裝裝置的正確安裝步驟和使用注意事項的詳細介紹，希望對用戶在使用氮封裝裝置時有所幫助。
【 石油化工罐區(qū)自動化供氮裝置系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范控制策略與操作注意 】
對于設(shè)計壓力位于-0.5kPa至2.0kPa范圍內(nèi)的儲罐，我們建議采用以下控制策略：
每臺儲罐都應配備氮封閥組和限流孔板旁路。在正常情況下，氮封閥組會維持罐內(nèi)氣相空間的壓力大約在0.3kPa。一旦氣相空間壓力超過0.5kPa，氮封閥將自動關(guān)閉，停止氮氣供應。相反，當氣相空間壓力降至0.2kPa以下時，氮封閥會開啟，開始補充氮氣。若氮封閥需要維護或出現(xiàn)故障，則可通過限流孔板旁路為儲罐補充氮氣。
若氮封閥因事故無法及時關(guān)閉，導致罐內(nèi)壓力超過1.5kPa，帶阻火器的呼吸閥將啟動外排功能。同樣，若氮封閥無法及時開啟而造成罐內(nèi)壓力降至-0.3kPa以下，帶阻火器的呼吸閥將向罐內(nèi)補充空氣，確保罐內(nèi)壓力不低于設(shè)計壓力低限（-0.5kPa）。
為確保氮封儲罐在事故情況下的安全排放，應設(shè)置事故泄壓設(shè)備。緊急泄放閥的定壓值不應高于儲罐的設(shè)計壓力上限（2.0kPa）。
廠區(qū)收集總管上應安裝在線氧分析儀，以監(jiān)測儲罐氮封系統(tǒng)的可靠性，并保障后續(xù)油氣處理設(shè)施的安全運行。
