危險化學品儲罐氮封系統應用案例
設定氮封系統中各閥(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.分別從氮封系統適用工況,設計原則,供氣量計算,注意事項等方面進行了詳細闡述,通過對氮封系統的合理設計,可規避安全風險,降低事故概率.無需外加能源，利用被調介質自身能量為動力源引入壓力閥的指揮器以控制供氮閥閥芯位置，改變流經供氮閥ZZYVP-16閥門的介質流量，使氮封閥ZZYVP閥門后端壓力保持恒定。公稱壓力有1.0、1.6Mpa;壓力分段調節從0.5至1000Kpa,工作溫度0～100℃；法蘭標準按GB9113-88，凸面法蘭結構長度按GB12221-89標準。氮封裝置（氮封閥）常規情況是由供氮閥、泄氮閥和呼吸閥三大部份組成。
當罐內壓力升高（進物料時、液位上升）超過供氮閥設定值時，供氮閥關閉，到達泄氮閥設定壓力時泄氮閥打開，將罐內多余壓力快速泄放。在儲罐內壓力降低時，泄氮閥處于關閉狀態，供氮閥打開，向罐內注入氮氣并保證儲罐處于微正壓的狀態。供氮閥氮氣源壓力保持在0.2~0.8MPa之間的一個固定值，現場壓力較高時，可在供氮閥前安裝一臺自力式調壓閥將壓力減至0.2~0.8MPa之間，以提高可靠性和使用效果。我們在實際工作中發現的典型的、重復性的技術問題中，氮封系統問題占比1.74%。我們結合現場實例向大家分享一下危險化學品儲罐氮封系統問題。
危險化學品儲罐氮封系統應用案例Part 1 ：氮封系統的作用
《氣封的設置》（HG/T 20570.16-95）第1.0.1.1條款：為防止儲罐內物料因與進入的外界氣體(空氣)接觸而被污染變質或與外界進入的氣體(空氣)發生化學和(或)生物反應，常需設置氣封系統。用氣封氣使儲罐內維持一定壓力(正壓)，防止儲罐內物料與外界氣體接觸。
危險化學品儲罐氮封系統應用案例Part 2 ：氮封系統的設置
《石油化工企業設計防火標準(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浮頂罐。當單罐容積小于或等于5000m3的內浮頂儲罐采用易熔材料制作的浮盤時，應設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置氮氣保護。
《精細化工企業工程設計防火標準》（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浮頂罐。當采用易熔材質制作浮盤時，應設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，并應符合下列規定：
1 選用壓力儲罐或低壓儲罐時，應設置氮氣密封保護系統，并應密閉回收處理罐內排出的氣體；
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，并應設置氮氣密封保護系統。
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 設置氮氣密封保護系統，密閉回收處理罐內排出的氣體；
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類液體的內浮頂儲罐，儲存溫度超過120℃的重油固定頂罐應設置氮氣密封保護系統。
第7.2.8條款：多雷和強雷地區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 設置氮氣密封保護系統；
2 向一次、二次密封之間的空間充填軟體不燃或難燃材料。
《石油庫設計規范》（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的措施，并應密閉回收處理罐內排出的氣體。
2 選用低溫常壓儲罐時，應采取下列措施之一：
1）選用內浮頂儲罐，應設置氮氣密封保護系統，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，應設置氮氣密封保護系統，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 應設置氮氣密封保護系統，并應密閉回收處理罐內排出的氣體；
2 應設置氮氣密封保護系統，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，且應設置氮封保護系統。
《石油化工儲運系統罐區設計規范》（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的措施，并應密閉收集處理罐內排出的氣體；
b）選用降溫儲存的常壓儲罐時，應采取下列措施之一：
——選用內浮頂儲罐，設置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統，控制儲存溫度使液體蒸氣壓不大于 88kPa；
——選用固定頂儲罐，設置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統，控制儲存溫度低于液體閃點5℃及以下；
——選用固定頂儲罐，設置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統，控制儲存溫度使液體蒸氣壓不大于 88kPa，密閉收集處理罐內排出的氣體。
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：
——設置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統，密閉收集處理罐內排出的氣體；
——設置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統，控制儲存溫度低于液體閃點5℃及以下。
危險化學品儲罐氮封系統應用案例工作原理
儲罐內壓力升高至設定壓力時，快速泄放閥迅速開啟，將罐內多余壓力泄放。微壓調節閥在儲罐內壓力降低時，開啟閥門，向罐內充注氮氣。因微壓調節閥必須使用在壓力為0.1Mpa壓力以下，現場壓力較高，必須安裝ZZYP型壓力調節閥將壓力調節閥將壓力降低至0.1Mpa以下才可使用。公稱壓力0.1Mpa，壓力可按分段設定，從0.5Kpa 至66 Kpa以下，介質溫度溫度≤80℃。
性能特點
1、無需外加能源，能在無電、無氣的場合工作，既方便又節約能源，降低成本。
2、氮封裝置供氮，泄氮壓力設定方便，可在連續經營的條件下進行。
3、壓力檢測膜片有效面積大，設定彈簧剛度小、動作靈敏、裝置工作平衡。
4、采用無填料設計，閥桿所受磨擦力小、反應迅速、控制精度高。
5、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。
6、氮氣壓力設定范圍廣，低至0.5Kpa高至1000Kpa，比值達高；
7、調節調壓力檢測膜片有效面積大，設定彈簧剛度小，動作極靈敏。
危險化學品儲罐氮封系統應用案例
序號 | 品 名 | 型 號 及 規 格 | 單位 | 數量 | 單 價 （元） | 金 額 （元） | 閥體材質及其它 |
1 | 氮封閥 | 氮封閥ZZYVP-II DN40 PN16 進口壓力 0.2-0.6 MPA, 出口壓力0.5-1 KPA 法蘭連接 | 臺 | 12 | 閥體304不銹鋼 內件304不銹鋼 | ||
2 | 泄氮閥 | 泄氮閥(緊急泄放閥)ZXD-16DN80 PN16起跳壓力1.8KPA 法蘭連接 | 臺 | 13 | 閥體304不銹鋼， 內件304不銹鋼 | ||
5 | 阻火呼吸閥 | 防爆阻火呼吸閥 DN80 PN16吸入帶接管法蘭，吸入供的氮氣與罐定接口：呼出口 PN16 DN80吸入口PN16 DN15 DN40呼出口 PN16 DN80吸入負壓力：-300PA呼出正壓力：1.6KPA | 臺 | 13 | 閥體304不銹鋼 內件304不銹鋼 |
主要技術參數
公稱通徑(mm) | 20 | 25 | 40 | 50 | 80 | 100 | 150 | |||||
閥座直徑(mm) | 6 | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 |
額定流量系數Kv | 3.2 | 5 | 8 | 10 | 20 | 32 | 50 | 80 | 100 | 160 | 250 | 400 |
壓力調節范圍 | 0.5～70 20～120 60～400 300～700 500～1000 KPa | |||||||||||
公稱壓力PN | 1.0、1.6 MPa | |||||||||||
被調介質溫度 | 80、200 ℃ | |||||||||||
流量特性 | 快開型 | |||||||||||
調節精度 | ≤5% | |||||||||||
允許壓降(MPa) | 1.6 | 1.6 | 1.1 | 0.6 | 0.4 | |||||||
薄膜有效面積(C㎡) | 200 | 280 | 400 | |||||||||
允許泄漏量 | 符合ANSIB16.104—1976 IV級 | |||||||||||
閥蓋形式 | 標準型 (整體式) | |||||||||||
壓蓋型式 | 螺栓壓緊式 | |||||||||||
密封填料 | V型聚四氟乙烯填料、含浸聚四氟乙烯石棉填料、石棉紡織填料、石墨填料 | |||||||||||
閥芯形式 | 單座型閥芯 | |||||||||||
流量特性 | 直線性 |
危險化學品儲罐氮封系統應用案例主要外形尺寸
公稱通徑(DN) | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 |
L | 150 | 160 | 180 | 200 | 230 | 290 | 310 | 350 | 400 | 480 |
H | 52.5 | 57.5 | 75 | 75 | 85.5 | 92.5 | 100 | 110 | 142.5 | 158 |
H1 | 330 | 330 | 350 | 350 | 360 | 430 | 440 | 450 | 520 | 650 |
A | 310 | 400 |
危險化學品儲罐氮封系統應用案例管道布置設計說明
3.1 材料供應情況
3.1.1. 管道采用HG/T 20553II系列管子；
3.1.2. 設計范圍內材料詳見“管段材料表"；
3.1.3. 采用不銹鋼管道（《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》GB/T14976-2012）。
3.2 管道預制及安裝要求
3.2.1. 管道施工規范的標準號、管道等級與分類：
《工業金屬管道工程施工質量驗收規范》 GB 50184-2011
《工業金屬管道工程施工及驗收規范》 GB 50235-2010
3.2.2.檢驗與試驗要求
3.2.2.1檢驗要求
對管道焊縫質量的檢驗要求，應符合國家現行標準《工業金屬管道工程施工質量驗收規范》GB50184-2011和GB/T20801.5-2020的規定。管道的名義厚度小于或等于30mm的對接焊縫采用射線檢測，當管道名義厚度大于30mm的對接焊縫采用超聲檢測代替射線檢測。現場焊接的管道和管道組成件的承插焊焊縫、支管連接焊縫（對接式支管連接除外）和補強圈焊縫、密封焊縫、支吊架與管道的連接焊縫，以及管道上的其他角焊縫，其表面應進行同比例磁粉檢測或滲透檢測。
管道安裝完畢、焊縫檢驗合格后，并按規定做好各項準備工作，方可進行后續試驗。
3.2.2.2試驗要求
液壓試驗應使用潔凈水。當對奧氏體不銹鋼管道或對連有奧氏體不銹鋼管道或設備的管道進行水壓試驗時，水中氯離子含量不得超過25PPm。承受內壓的地上鋼管道液壓試驗壓力為設計壓力的1.5倍，埋地鋼管道的試驗壓力為設計壓力的1.5倍，且不得低于0.4MPa。當管道的設計溫度高于試驗溫度時，試驗壓力應符合下列規定：
（1）試驗壓力應按下式計算：
PS=1.5P[σ]1/[σ]2
式中PS——試驗壓力（表壓），MPa；
P——設計壓力（表壓），MPa；
[σ]1——試驗溫度下管材的許用應力，MPa；
[σ]2——設計溫度下管材的許用應力，MPa。
當[σ]1/[σ]2大于6.5時，取6.5。
（2）應校核管道在試驗壓力條件下的應力。當PS在試驗溫度下，產生超過屈服強度的應力時，應將試驗壓力PS降至不超過屈服強度時的最大壓力。
當管道與設備作為一個系統進行試驗，管道的試驗壓力等于或小于設備的試驗壓力時，按管道的試驗壓力進行；當管道試驗壓力大于設備的試驗壓力，且設備的試驗壓力不低于管道設計壓力的1.15倍時，須經建設單位同意，可按設備的試驗壓力進行試驗。
本項目中輸送極度危害、高度危害流體及可燃流體的管道必須進行泄漏性試驗。所有水壓試驗管道試壓完畢后必須進行吹干處理，確保管內無水分殘留。管道系統試壓合格后，應緩慢降壓，試驗介質宜在室外合適地點排凈。
管道系統的清洗或吹掃。管道系統壓力試驗合格后，應進行清洗吹掃。此工程管道中液體管道使用潔凈水沖洗，氣體管道采用空氣進行吹掃，蒸汽管道使用蒸汽吹掃。在吹掃前，應編制吹掃方案，經審查審批后，向參與吹掃的技術人員進行技術交底。沖洗奧氏體不銹鋼管道系統時，水中氯離子含量不超過25PPM，吹掃壓力不得超過容器和管道系統的設計壓力。用水沖洗時，流速應不低于1.5m/s。空氣吹掃時，流速應不低于20m/s。蒸汽吹掃時，流速應不低于30m/s。
3.3 危險化學品儲罐氮封系統應用案例管架
3.3.1. 采用的管架標準
本項目中管道支吊架形式優先選用《管架標準圖》HG/T21629-2021。
3.3.2.管架安裝
管道安裝單位根據配管圖及現場情況，在合適的位置配置管架。管架應有足夠的剛度，位置合理，不妨礙生產操作、設備維修，管架生根部件必須牢固。對于每一根管道，在沒有方向改變的管段上，只能安排一個固定式管架。
管道支吊架的材質一般為Q235B型鋼和鋼板，或者結構用無縫鋼管。若需與管道焊接的支吊架，其材質與管道的材質必須一致，其余長度的管架采用普通鋼材，以利降低投資費用。不銹鋼管道和其它支吊架不能與其直接接觸的管道，應在支吊架（包括管卡）與該管道之間設置厚度為2mm的隔離墊。
項目中管道支吊架用符號“X——X"表示。根據支吊架所在標高層面，按先工藝、后公用管線（蒸汽、循環冷卻水等）的原則及流向，分別進行編號。地面、鋼構件或混凝土構件上的支吊架，其根部以標高來表示。
3.4 危險化學品儲罐氮封系統應用案例靜電接地
除不可燃氣/液體外的其余管道均需靜電接地，施工單位必須按照《石油化工靜電接地設計規范》（SH/T3097-2017）的要求執行。
3.4.1. 靜電接地連接方式：
（1）需要靜電接地的管道可通過與工藝設備金屬外殼的連接，進行靜電接地。
（2）靜電接地的工藝設備接地板與電氣專業設計的靜電接地網相連。
3.4.2. 靜電接地連接要求：
（1）每組靜電接地體的接地電阻，宜小于100Ω，每組靜電接地線應接入電氣接地網。
（2）各段管子間應導電良好，每對法蘭或螺紋接頭間電阻值超過0.03歐姆時，應有導線跨接。跨接導線可采用6mm2多股銅芯絕緣電線。
（3）靜電接地安裝完成后，必須經過測試，電阻值超過規定時，應進行檢查與調整。
3.5 采用的國家及行業標準，標準或圖集均由施工單位自備。
《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》 GB/T14976-2012
《鋼制對焊管件 類型與參數》 GB/T 12459-2017
《鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》 GB/T 17395-2024
《化工配管用無縫及焊接鋼管尺寸選用系列》 HG/T 20553-2011
《焊接鋼管尺寸及單位長度重量》 GB/T 21835-2008
《管架標準圖》 HG/T21629-2021
《石油化工靜電接地設計規范》
綜合以上標準規范，我們可以得出以下危險化學品儲罐應設置氮封系統：
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、設置油氣收集系統的儲罐；
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類液體的內浮頂罐（浮盤采用易熔材料）、固定頂罐或低壓儲罐。
危險化學品儲罐氮封系統應用案例石化儲罐氮封裝置設計原則
1）氮封的作用主要是防止硫鐵化合物自燃、雷擊、靜電或明火等引燃罐頂空間的可燃氣體，同時防止儲存介質氧化聚合等。
2）儲存易被空氣（或空氣中的水）污染或與空氣發生化學反應、易氧化、易聚合不穩定的物料時。
3）儲罐內易形成爆炸性可燃氣體的空間時。
4）儲存I、II 級毒性的甲B、乙A 類液體儲罐的單罐容量大于5000m3時。
5）儲存含硫量較高的油品，易產生FeS自燃的情況時。
6）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，采用低溫常壓儲罐儲存時。
7）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采用固定頂儲罐、低壓儲罐或臥罐儲存時。
8）儲存丁二烯的球形儲罐
9）焦化汽油內浮頂儲罐
10）加工高硫、含硫原油的企業，儲存含有直餾石腦油組分的內浮頂儲罐
罐用氮封閥ZZYVP-16B型自力式微壓閥氮閥是一種于中大型儲罐氣體覆蓋保護系統中的微壓控制閥，可將≤1.2MPa的氮封氣一次節流輸出至幾十毫米水柱的微壓氣體。
自力式氮封閥(即氮封裝置)主要用于儲罐頂部氮氣壓力恒定控制，自力式氮封閥是一種無須外來能源，以彈簧為動力核心利用被調介質自身的壓力來控制閥芯位置變化，達到自動調節和穩定壓力的目的，以保護罐內物料不被氮化及儲罐的安全。該閥由ZZYVP快速泄放閥及ZZV自力式微壓調節閥兩大部分組成。快速泄放閥由壓力控制器及ZMQ-16K型單座切斷閥組成。
