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精細(xì)化工儲(chǔ)罐微正壓氮封系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)方案

傳統(tǒng)的氮封系統(tǒng)需要在每個(gè)使用點(diǎn)采用氮封閥、泄氮閥和安全閥，投資 成本高昂，且該系統(tǒng)無(wú)法保證在氮?dú)馐褂酶叻鍟r(shí)各使用點(diǎn)的緩沖時(shí)間，因而該 系統(tǒng)的應(yīng)用范圍受到極大約束。本文介紹了一種新開(kāi)發(fā)的微正壓氮?dú)獗Ｗo(hù)裝 置，該裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，將氮?dú)飧邏翰糠种糜诿荛]殼體中，且增加氧含量 監(jiān)測(cè)措施，減少了高壓氮?dú)獾氖褂命c(diǎn)及其泄漏的可能性，并在氮封管道系統(tǒng)末 端設(shè)置壓力監(jiān)測(cè)裝置，根據(jù)系統(tǒng)壓力自動(dòng)補(bǔ)充氮?dú)?。這滿(mǎn)足了氮?dú)馐褂酶叻鍟r(shí) 各點(diǎn)的氮?dú)庥昧浚瑴p少了低壓氮封閥的使用數(shù)量，大大降低了成本，克服了傳 統(tǒng)氮封系統(tǒng)裝置存在的缺點(diǎn)。

（GB 51283-2020）規(guī)定，當(dāng)采用固定頂罐或低壓罐（單罐容積不小于100m3）儲(chǔ)存甲B、乙A類(lèi)液體時(shí)，應(yīng)采用氮?dú)饣蚨栊詺怏w密封措施。如常見(jiàn)的甲醇、甲苯等甲B類(lèi)物質(zhì)；再如可燃液體二硫化碳，自燃點(diǎn)、沸點(diǎn)及閃點(diǎn)均較低，具有的揮發(fā)性、易燃性和爆炸性，采用固定頂罐水封加氮封儲(chǔ)存比采用單純的內(nèi)浮頂罐儲(chǔ)存更安全可靠。

精細(xì)化工儲(chǔ)罐微正壓氮封系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)方案

目前，在精細(xì)化工行業(yè)和制藥行業(yè)，生產(chǎn)過(guò)程中將使用并儲(chǔ)存大量可燃、易燃、易爆、易揮發(fā)有機(jī)溶劑，由于密閉儲(chǔ)存空間存在空氣，經(jīng)常達(dá)到爆 炸極限，若出現(xiàn)火花，會(huì)引發(fā)著火甚至爆炸，從而導(dǎo)致人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和 環(huán)境污染，甚至還會(huì)造成社會(huì)影響。另外，精細(xì)化工行業(yè)和制藥行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程 中還涉及與外界空氣接觸而變質(zhì)或與空氣發(fā)生化學(xué)和（或）生物反應(yīng)的物質(zhì)。 因此，需要針對(duì)此類(lèi)生產(chǎn)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套安全、經(jīng)濟(jì)、可行的氮封系統(tǒng)，從而 避免物質(zhì)泄露造成的人員傷害、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染和產(chǎn)品污染。

　防止儲(chǔ)罐等容器出現(xiàn)過(guò)壓或負(fù)壓方法是在容器頂部設(shè)置開(kāi)口。在這種情況下，在向容器內(nèi)注入產(chǎn)品時(shí)，任何的多余空氣或氣體可自由離開(kāi)容器；相反當(dāng)產(chǎn)品排出時(shí)，空氣可流入容器內(nèi)。此類(lèi)系統(tǒng)還可因溫度波動(dòng)而使容器出現(xiàn)“透氣"現(xiàn)象，這通常會(huì)導(dǎo)致體積發(fā)生巨大變化。

　　然而出于多種原因，此方法并不適用于所有產(chǎn)品。進(jìn)入儲(chǔ)罐內(nèi)的空氣可能會(huì)污染產(chǎn)品，尤其是當(dāng)儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)的是有機(jī)溶液與碳?xì)湮飼r(shí)，爆炸性氣體/空氣會(huì)在產(chǎn)品上方形成。此外，還有可能發(fā)生不良?xì)怏w與蒸氣的釋放。由于必須避免這些情況，因此需要將儲(chǔ)罐密封。然而，需要將儲(chǔ)罐存放在常壓條件下，從而避免在對(duì)其灌裝或溫度升高時(shí)出現(xiàn)過(guò)壓，更為重要的是避免在排放產(chǎn)品時(shí)出現(xiàn)真空。大型儲(chǔ)罐尤其無(wú)法承受低壓。

　　氮封系統(tǒng)可確保儲(chǔ)罐頂部空間處于惰性空氣保護(hù)與常壓控制之下。實(shí)現(xiàn)這一結(jié)果的方法之一是連續(xù)充入氮?dú)猓@是一種相對(duì)簡(jiǎn)單且安全的解決方案。但由于其不斷消耗氮?dú)?，因此操作成本很高?/p>

精細(xì)化工儲(chǔ)罐微正壓氮封系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)方案

　　較為*做法是基于壓力的氮封工藝。一般來(lái)說(shuō)，此類(lèi)氮封系統(tǒng)由下列組件構(gòu)成：

　　•一只在任何時(shí)候需要時(shí)允許惰性氣體進(jìn)入儲(chǔ)罐的氮封閥或調(diào)節(jié)器；

　　•一只允許頂部空間氣體流出儲(chǔ)罐的泄氮閥、通風(fēng)裝置閥或蒸氣回收閥。

　　•一只用于防止儲(chǔ)罐出現(xiàn)過(guò)壓或真空的安全壓力/真空泄放閥（后者可導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)爆，這種風(fēng)險(xiǎn)會(huì)隨著儲(chǔ)罐尺寸的增大而提高）

　　•連接管與惰性氣體氣源

精細(xì)化工儲(chǔ)罐微正壓氮封系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)方案

　　在該應(yīng)用當(dāng)中，通氣閥會(huì)在頂部空間體積變小時(shí)打開(kāi)，從而將頂部空間氣體排出儲(chǔ)罐。當(dāng)將產(chǎn)品泵抽出儲(chǔ)罐或者溫度下降時(shí)，覆蓋調(diào)節(jié)器將會(huì)打開(kāi)，并向儲(chǔ)罐頂部空間充氮，避免壓力不足。保持恒定表壓可確?？諝庖约把鯕獠粫?huì)進(jìn)入儲(chǔ)罐。溫度與天氣條件的變化意味著儲(chǔ)罐需要連續(xù)通氣。

氮封系統(tǒng)是利用氮?dú)庠诜忾]的儲(chǔ)罐氣體空間形成一種微弱的正壓裝置， 設(shè)置氮封系統(tǒng)具有以下重要意義。

第一，提高生產(chǎn)的安全性。易燃、易爆液體儲(chǔ)罐采用氮?dú)饷芊夂螅瑑?chǔ)罐 內(nèi)氣體空間充滿(mǎn)易燃、易爆蒸汽和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，這樣可以防止儲(chǔ)罐內(nèi)蒸汽 達(dá)到爆炸極限，遇靜電放電或其他火源發(fā)生爆炸，提高了企業(yè)生產(chǎn)的安全性。

第二，氮封系統(tǒng)的采用，降低了儲(chǔ)罐內(nèi)易揮發(fā)有機(jī)溶劑的損耗，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

第三，保證產(chǎn)品質(zhì)量，氮封系統(tǒng)向罐內(nèi)補(bǔ)充潔凈的氮?dú)?，避免?chǔ)罐內(nèi)呼入空 氣，從而可以防止易被空氣氧化的物料氧化，防止易吸收空氣中水分或與水發(fā)生反 應(yīng)的物料被污染變質(zhì)。

第四，氮封系統(tǒng)的采用可以防止易燃、易爆、有毒、有害氣體溢出，保護(hù)了環(huán) 境。

第五，當(dāng)罐內(nèi)儲(chǔ)存的物料被泵抽出和（或）由于外界溫度降低，使儲(chǔ)罐內(nèi)氣體 冷凝或收縮時(shí)，氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)入氮?dú)?，阻止外界氣體進(jìn)入，避免罐內(nèi)形成真 空；當(dāng)向儲(chǔ)罐內(nèi)送料和（或）由于外界溫度升高，使儲(chǔ)罐內(nèi)氣體氣化而使儲(chǔ)罐內(nèi)壓 力高于氮封壓力時(shí)，儲(chǔ)罐內(nèi)氣體可通過(guò)泄壓閥自動(dòng)排入大氣，避免罐內(nèi)憋壓。

一 精細(xì)化工儲(chǔ)罐微正壓氮封系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)方案傳統(tǒng)的氮封系統(tǒng)裝置

如圖1所示，傳統(tǒng)的氮封系統(tǒng)裝置由供氮裝置和泄氮裝置兩部分組成。供氮裝 置由指揮器和主閥兩部分組成；泄氮裝置由內(nèi)反饋微壓調(diào)節(jié)閥組成。

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)壓力升至高于泄氮裝置壓力設(shè)定值時(shí)，液氮裝置打開(kāi)，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(diǎn)時(shí)，泄氮裝置自動(dòng)關(guān)閉。

當(dāng)儲(chǔ)罐出液閥開(kāi)啟，用戶(hù)放料時(shí)，液面下降，氣相部分容積增大，罐內(nèi)壓力降 低，供氮裝置開(kāi)啟，向儲(chǔ)罐注入氮?dú)猓构迌?nèi)壓力上升，當(dāng)罐內(nèi)壓力上升至供氮裝 置設(shè)定點(diǎn)時(shí)，供氮裝置自動(dòng)關(guān)閉。

傳統(tǒng)的氮封系統(tǒng)存在以下弊端：一是需要將高壓氮?dú)猓ㄍǔ?.4MPa～0.8MPa）引至每個(gè)使用點(diǎn)，這樣增加了高壓氮?dú)庑孤┑膸茁?，易?dǎo)致人員窒息事故的 發(fā)生，因此，需在每個(gè)使用點(diǎn)設(shè)置氮?dú)夂?檢測(cè)，增加了投資；二是由于充氮保護(hù)容器 大多屬于常壓容器，為避免容器超壓破裂導(dǎo) 致易燃、易爆液體外泄，需要在每個(gè)使用點(diǎn) 設(shè)置安全閥或爆破片，增加了定期檢測(cè)、日 常維護(hù)以及前期投入；三是該系統(tǒng)無(wú)法保證 在氮?dú)馐褂酶叻鍟r(shí)各使用點(diǎn)的緩沖時(shí)間； 四是該系統(tǒng)在每個(gè)使用點(diǎn)采用氮封閥及泄氮 閥，投資成本高昂。故該系統(tǒng)應(yīng)用范圍受到 極大約束。

采用氮封的儲(chǔ)罐，一般為常壓罐或低壓罐，因此，防止儲(chǔ)罐氮?dú)獬瑝菏且粋€(gè)重要問(wèn)題。在化工標(biāo)準(zhǔn)《氣封的設(shè)置》（HG/T 20570.16-1995）中，給出了氮?dú)夤饬康挠?jì)算方式，“儲(chǔ)罐氣封裝置的供氣量應(yīng)大于或等于由于泵抽出儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存的液體所需的補(bǔ)充氣量與由于外界氣溫變化而產(chǎn)生的儲(chǔ)罐內(nèi)氣體冷凝和收縮所需補(bǔ)充的氣量之和"。規(guī)范中計(jì)算的補(bǔ)氣量只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，工作中還需結(jié)合實(shí)際，計(jì)算出更符合需求的數(shù)值，以此來(lái)確定氮?dú)夤芫€管徑和氮封閥型號(hào)。建議專(zhuān)業(yè)技術(shù)力量不足的企業(yè)，委托設(shè)計(jì)單位計(jì)算合理的補(bǔ)氣量，既能保證氮封要求也不會(huì)造成浪費(fèi)。

《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）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。為防止儲(chǔ)罐超壓，除計(jì)算符合實(shí)際的補(bǔ)氣量外，還應(yīng)采取其他措施。

（1）罐頂安裝就地壓力表，并設(shè)置壓力遠(yuǎn)傳功能至DCS或PLC控制系統(tǒng)，設(shè)定高、低壓報(bào)警功能，及時(shí)檢測(cè)壓力變化情況。

（2）設(shè)置雙呼吸閥防止呼吸閥故障。但對(duì)于粘度較大、易發(fā)生結(jié)晶的介質(zhì)，容易造成呼吸閥堵塞，建議采取其他措施，并對(duì)補(bǔ)氣管線、排氣管線進(jìn)行伴熱處理，降低物料粘結(jié)和結(jié)晶對(duì)閥門(mén)和管線的影響，提高安全系數(shù)。

（3）設(shè)置緊急泄放人孔，事故時(shí)打開(kāi)保護(hù)儲(chǔ)罐。根據(jù)《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SHT 3007-2014）的規(guī)定：事故泄壓設(shè)備的開(kāi)啟壓力應(yīng)大于呼吸閥的排氣壓力，并應(yīng)小于或等于儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)正壓力；事故泄壓設(shè)備的吸氣壓力應(yīng)小于呼吸閥的進(jìn)氣壓力，并應(yīng)大于或等于儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)負(fù)壓力；事故泄壓設(shè)備應(yīng)滿(mǎn)足氮?dú)夤艿老到y(tǒng)和呼吸閥出現(xiàn)故障時(shí)保障儲(chǔ)罐安全通氣的需要；事故泄壓設(shè)備宜選用公稱(chēng)直徑不小于500mm的呼吸人孔。如儲(chǔ)罐設(shè)置有備用呼吸閥，事故泄壓設(shè)備也可選用公稱(chēng)直徑不小于500mm的緊急放空人孔蓋。

精細(xì)化工儲(chǔ)罐微正壓氮封系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)方案

為克服傳統(tǒng)氮封系統(tǒng)裝置存在的缺點(diǎn)， 筆者開(kāi)發(fā)了一種微正壓氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置。該裝 置適用于可燃、易燃、易爆、易揮發(fā)物質(zhì)和揮發(fā)性較強(qiáng)的有毒、有害、有腐蝕性物質(zhì)的 使用、儲(chǔ)存、運(yùn)輸，且較傳統(tǒng)氮封系統(tǒng)更加 安全可靠，并大大降低了成本。

設(shè)計(jì)或維護(hù)不當(dāng)?shù)牡庀到y(tǒng)有可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故發(fā)生。如果說(shuō)所有的氮封系統(tǒng)均會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的泄漏則并不言過(guò)。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，帶有活動(dòng)組件、包裝與密封件的閥門(mén)容易發(fā)生故障。出現(xiàn)故障的壓力變送器會(huì)記錄錯(cuò)誤的頂部空間壓力，從而導(dǎo)致氮?dú)庀倪^(guò)高。當(dāng)?shù)忾y無(wú)法充分打開(kāi)時(shí)，氮?dú)獾牧魅肓繉?huì)變得過(guò)低，從而導(dǎo)致頂部空間壓力下降，進(jìn)而造成儲(chǔ)罐內(nèi)爆或者空氣泄漏至儲(chǔ)罐當(dāng)中。如前所述，這些情況會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響，根據(jù)存儲(chǔ)產(chǎn)品的不同，還會(huì)大大提高發(fā)生爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。