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危險化學(xué)品儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案 |
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| 詳細(xì)介紹 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
危險化學(xué)品儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案 我們在實際工作中發(fā)現(xiàn)的典型的、重復(fù)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(xué)品儲罐氮封系統(tǒng)問題。在儲罐上設(shè)置氮封系統(tǒng)裝置，用于維持罐內(nèi)氣相空間壓力。假設(shè)：供氮閥壓力是 1.2KPa（可根據(jù)實際工 況需求選擇壓力設(shè)定點），當(dāng)氣相空間壓力高于 1.4KPa 時，供氮閥關(guān)閉，停止氮氣供應(yīng)；當(dāng)氣相空間壓 力低于 0.8KPa 時，氮封閥開啟，開始補(bǔ)充氮氣。假設(shè)：泄氮閥壓力設(shè)定點是 3KPa（可根據(jù)實際工況需求 選擇壓力設(shè)定點）,當(dāng)氣相空間壓力高于 3KPa 時，泄氮閥開啟，泄放罐內(nèi)壓力至 3KPa 以內(nèi)。氮封系統(tǒng)裝 置主要起保證儲罐在正常運(yùn)行過程中不吸進(jìn)空氣，防止形成爆炸性氣體作用。 儲罐氮封系統(tǒng)裝置使用的氮氣純度不宜低于 99.96%，可根據(jù)實際現(xiàn)場工況及用途選擇合適氮封系統(tǒng)裝置。
危險化學(xué)品儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案供氮閥： 指揮器操作自力式壓力調(diào)節(jié)閥，是一種無須外來能源，利用被調(diào)介質(zhì)自身的壓力變化達(dá)到自動調(diào)節(jié) 和穩(wěn)定閥后壓力為設(shè)定值的節(jié)能型壓力調(diào)節(jié)閥。 危險化學(xué)品儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案泄氮閥： ◇ 一般供氮氣壓力在 3×10^5-10×10^5Pa 之間
危險化學(xué)品儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案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(jìn)入的外界氣體(空氣)接觸而被污染變質(zhì)或與外界進(jìn)入的氣體(空氣)發(fā)生化學(xué)和(或)生物反應(yīng)，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(biāo)準(zhǔn)(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(yīng)選用金屬浮艙式的浮頂或內(nèi)浮頂罐。當(dāng)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(hù)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(yīng)設(shè)置氮氣保護(hù)。 《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》（ 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(yīng)選用內(nèi)浮頂罐。當(dāng)采用易熔材質(zhì)制作浮盤時，應(yīng)設(shè)置氮氣保護(hù)等安全措施。采用固定頂罐或低壓罐時，應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)》（ 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(yīng)選用壓力儲罐、低壓儲罐或降溫常壓儲罐，并應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 選用壓力儲罐或低壓儲罐時，應(yīng)設(shè)置氮氣密封保護(hù)系統(tǒng)，并應(yīng)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(yīng)控制儲存溫度低于液體閃點5℃及以下，并應(yīng)設(shè)置氮氣密封保護(hù)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(yīng)選用浮頂罐或內(nèi)浮頂罐。當(dāng)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(yīng)采取下列措施之一： 1 設(shè)置氮氣密封保護(hù)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(yīng)設(shè)置氮氣密封保護(hù)系統(tǒng)。 第7.2.8條款：多雷和強(qiáng)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(yīng)采取下列措施之一： 1 設(shè)置氮氣密封保護(hù)系統(tǒng)；供氮裝置將設(shè)在罐頂?shù)娜狐c的介質(zhì)經(jīng)導(dǎo)壓管引入檢測機(jī)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(yù)緊力相平衡。當(dāng)罐內(nèi)壓力降低至低于供氮裝置壓力設(shè)定點時，平衡破 2 向一次、二次密封之間的空間充填軟體不燃或難燃材料。
危險化學(xué)品儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案《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(yīng)采用壓力儲罐、低壓儲罐或低溫常壓儲罐，并應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 選用壓力儲罐或低壓儲罐時，應(yīng)采取防止空氣進(jìn)入罐內(nèi)的措施，并應(yīng)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(yīng)采取下列措施之一： 1）選用內(nèi)浮頂儲罐，應(yīng)設(shè)置氮氣密封保護(hù)系統(tǒng)，并應(yīng)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(yīng)設(shè)置氮氣密封保護(hù)系統(tǒng)，并應(yīng)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(yīng)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(yīng)采取下列措施之一： 1 應(yīng)設(shè)置氮氣密封保護(hù)系統(tǒng)，并應(yīng)密閉回收處理罐內(nèi)排出的氣體； 2 應(yīng)設(shè)置氮氣密封保護(hù)系統(tǒng)，并應(yīng)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(yīng)大于5000m3，且應(yīng)設(shè)置氮封保護(hù)系統(tǒng)。 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(yīng)采用壓力儲罐、低壓儲罐或降溫儲存的常壓儲罐，并應(yīng)符合下列規(guī)定： a）選用壓力儲罐或低壓儲罐時，應(yīng)采取防止空氣進(jìn)入罐內(nèi)的措施，并應(yīng)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(yīng)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(hù)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(hù)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(hù)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(yīng)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(yīng)采取下列措施之一： ——設(shè)置氮氣或其他惰性氣體密封保護(hù)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(hù)系統(tǒng)，控制儲存溫度低于液體閃點5℃及以下。
綜合以上標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，我們可以得出以下危險化學(xué)品儲罐應(yīng)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。 危險化學(xué)品儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案Part 3 ：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(yīng)遠(yuǎn)離呼吸閥并伸入罐內(nèi)約200mm。 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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)設(shè)置氮封閥。 第5.4.5.2條款：氮封閥型式應(yīng)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(yīng)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。 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(hù)系統(tǒng)的儲罐，在儲罐通向大氣的通氣管上應(yīng)設(shè)呼吸閥，呼吸閥上應(yīng)安裝阻火器。 5.1.5采用氮氣或其他惰性氣體密封保護(hù)系統(tǒng)的儲罐應(yīng)設(shè)事故泄壓設(shè)備，并應(yīng)符合下列規(guī)定: a）事故泄壓設(shè)備的開啟壓力應(yīng)高于呼吸閥的排氣壓力并應(yīng)小于或等于儲罐的設(shè)計正壓力； b）事故泄壓設(shè)備應(yīng)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。
自力式氮封閥閥體
自力式氮封閥執(zhí)行器
自力式氮封閥性能
額定流量系數(shù)、額定行程、性能
自力式泄氮裝置
危險化學(xué)品儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案第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。
綜合以上規(guī)范，我們可以得出氮封系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)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(yīng)設(shè)置氮封閥； 2、球罐需要氮氣等惰性氣體密封時，應(yīng)設(shè)置壓力分程控制； 3、氮封閥氮氣入口管道應(yīng)設(shè)置壓力表； 4、氮封閥應(yīng)選用減壓式外取壓閥后壓力控制型； 5、氮封閥應(yīng)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(yīng)遠(yuǎn)離呼吸閥并伸入罐內(nèi)約200mm； 7、儲罐罐頂應(yīng)設(shè)壓力變送器、就地壓力表、呼吸閥、事故泄壓設(shè)備。
危險化學(xué)品儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案Part4：氮封系統(tǒng)的優(yōu)良實踐 方案一：危險化學(xué)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(dǎo)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(dāng)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(bǔ)入氮氣；當(dāng)罐內(nèi)氣體壓力達(dá)到氮封閥關(guān)閉壓力時，氮封閥關(guān)閉停止向罐內(nèi)補(bǔ)入氮氣。當(dāng)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(dāng)?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(bǔ)充氮氣，當(dāng)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：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(yùn)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(zāi)工況等）啟動，避免儲罐運(yùn)行時呼吸閥頻繁動作，造成損壞。 注：危險化學(xué)品成品儲罐在裝卸車過程中，進(jìn)/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(xué)品中間儲罐日常運(yùn)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：危險化學(xué)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(fù)壓情況，可采用液封和氣封裝置相結(jié)合的系統(tǒng)。
危險化學(xué)品儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案氣封裝置配備液封的作用是: (1)當(dāng)泄壓閥失靈時，液封可起到呼出氣體的作用。即當(dāng)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(dāng)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(fù)荷。 (3)當(dāng)泄壓閥和氣封裝置同時故障，而儲罐內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓時，可通過液封吸入空氣，保護(hù)儲罐不致變形損壞。 Part5：氮封系統(tǒng)的壓力設(shè)定 第5.4.5.4條款：氮封閥壓力設(shè)定點應(yīng)為儲罐正常操作壓力，壓力設(shè)定值可調(diào)范圍的選擇應(yīng)使設(shè)定點處于范圍的中段，并應(yīng)能覆蓋最大操作壓力。 第3.5條款：采用氮氣密封保護(hù)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(yīng)小于儲罐的設(shè)計正壓力，呼吸閥的進(jìn)氣壓力應(yīng)高于儲罐的設(shè)計負(fù)壓力。 第5.1.5.（a）條款：事故泄壓設(shè)備的開啟壓力應(yīng)高于呼吸閥的排氣壓力并應(yīng)小于或等于儲罐的設(shè)計正壓力。 設(shè)在罐頂?shù)娜狐c的介質(zhì)經(jīng)導(dǎo)壓管引入檢測機(jī)構(gòu)（7），介質(zhì)在檢測元件上產(chǎn)生一個作用力與彈簧預(yù)緊力相平衡。當(dāng)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(jìn)入主閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)（3）上、下膜室，打開主閥閥芯（2），向罐內(nèi)充注氮氣；當(dāng)罐內(nèi)壓力升至供氮裝置壓力設(shè)定點，由于預(yù)設(shè)彈簧力，關(guān)閉指揮器閥芯，由于主閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)中彈簧作用，關(guān)閉主閥，停止供氮。
危險化學(xué)品儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案Part7：氮封系統(tǒng)現(xiàn)場典型問題及風(fēng)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(xué)品常壓儲罐氮封系統(tǒng)存在以下問題：
危險化學(xué)品儲罐氮封系統(tǒng)設(shè)計方案具體問題如下：
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。 當(dāng)沒有精醇進(jìn)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(dá)到開啟壓力0.2kPa時，儲罐內(nèi)實際壓力小于0.2kPa，導(dǎo)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(dá)到關(guān)閉壓力0.5kPa時，儲罐內(nèi)實際壓力小于0.5kPa，導(dǎo)致氮封閥提前關(guān)閉。 如果儲罐內(nèi)精醇快速進(jìn)出儲罐導(dǎo)致壓力驟變，氮封系統(tǒng)不能及時作出反應(yīng)，無法及時調(diào)整氮氣的補(bǔ)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(fēng)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。 通過Part 5：氮封閥的工作原理，我們可以看出當(dāng)儲槽內(nèi)壓力達(dá)到氮封閥開啟壓力時，指揮器閥芯打開，氮封閥進(jìn)口氮氣經(jīng)減壓閥、節(jié)流閥進(jìn)入主閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)上、下膜室，打開主閥閥芯。當(dāng)?shù)忾y進(jìn)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(fēng)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。 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(dāng)呼吸閥泄放量不能滿足要求時，儲罐存在超壓風(fēng)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(fù)壓工況且壓力表量程范圍過大，量程選型錯誤。 |
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