浅析储罐充氮放空流程设计

许诺(东华工程科技股份有限公司， 安徽 合肥 230024)

浅析储罐充氮放空流程设计

许诺(东华工程科技股份有限公司， 安徽 合肥 230024)

储罐，尤其是在化工行业中，往往储存的物质及其复杂。其安全性不言而喻。目前常见的低压储罐充氮放空流程有分层调节和自力式氮封阀调节。不同的充氮和放空方式，对储罐的设计也是不一致的。

储罐设计；充氮设计；储罐附件

1 引言

常低压储罐是指设计压力小于6.9kPa的储罐。目前我国常压内浮顶储罐应用较广。虽然《石油化学工业污染物排放标准》[1]中提到可以用具有高效密封形式的内浮顶储罐。但目前我国所采用的高效密封形式并不能起到较好的作用。所以随着环保指标的严格，越来越多的常压内浮顶储罐改为带尾气回收的低压内浮顶充氮储罐。

储罐充氮具有以下优点：(1)避免储存物料聚合、氧化以及和水发生反应等；(2)减少储存物料的蒸发损耗；(3)减少尾气回收时可燃气体的含量；常见的储罐充氮流程主要有分层调节和自力式氮封阀两种。无论采用哪种方式，均需要确定储罐的设计压力。

2 设计压力

在以往的设计中，储罐的设计压力往往选择较大，如设计正压取值5kPa。但是过大的设计正压取值较大导致以下后果：(1)储罐壁厚选择较大，储罐本体造价提高；(2)根据新版《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》[2]中提到，储罐的设计压力的举升力大于罐壁、罐顶及其所支撑构件的总重量，应当锚固。这一规范导致储罐的地脚螺栓起升力较大，从而使得储罐基础土建投资成本大大增加。笔者曾经计算过。在一个30万吨的乙二醇项目的配套罐区中，若设计压力为5kPa，则仅仅土建基础成本需增加约2000万。

所以在保证安全和规范的前提下，降低储罐的设计压力十分重要。在《钢制立式圆筒形固定顶储罐系列》[3]中提到“储罐设计正压为2kPa，设计负压为0.5kPa”。因此可设置储罐设计压力为-0.49～2kPa。同时储罐的设计压力还需考虑各储罐附件的压力设定。

3 分程调节

分程调节在化工工艺装置中应用较为广泛。利用罐顶的远传压力表进行充氮阀门和放空阀门进行调节。在储罐充氮和放空过程中，采用的是反向规律。由于分程调节所采用的是压力调节阀，会增加在储罐正常工作时的氮气损耗，对于大型储罐而言并非经济首选。

4 自力式氮封阀充氮流程

自力式氮封阀是利用流经阀内介质的气质自身的压力作为能源来驱动阀门自动工作。故其可靠性要优于调节阀。同时所消耗的氮气量也要小于分程调节。其放空方式也存在两种。

4.1 设有两台全能力的呼吸阀的流程

为了更好的起到对罐区尾气的回收，设计两台全能力的呼吸阀，两台呼吸阀均外接管道，将储罐所呼出的气体全部输送至尾气处理装置。

由于管路中气体不便于观察，所以在程氮气进口处设置流量计，便于观察管路中氮气的工作情况。在项目中往往为了减少投资，充氮管线选用以碳钢管为多，所以存在管道中的铁锈堵塞氮封阀，导致氮封阀损坏。为了保护氮封阀，在氮封阀前设置过滤器，过滤器后管路采用不锈钢管。即减少了投资，又保证了储罐的安全。对于其他附件的设定同时需要考虑储罐的设计压力，而各个附件的压力设定值不能存在重叠，避免增加氮气的损耗。

(1)氮封阀。储罐氮封的作用主要是为了防止储罐出现负压而从呼吸阀吸入空气，以保持罐内微正压；氮封压力设置为1kPa，当罐内气体压力低于1kPa时，氮封阀打开向罐内补入氮气；当罐内气体压力达到1kPa时，氮封阀关闭停止向罐内补入氮气。(2)呼吸阀。呼吸阀工作压力(储罐操作压力)为-0.295kPa～1.375kPa。当氮封阀事故失灵不能及时开启和环境温度骤降时，造成罐内压力降低至-0.295kPa时，通过带阻爆轰阻火器呼吸阀向罐内补充空气，确保罐内压力不低于储罐的设计压力低限(-0.49kPa)；当氮封阀事故失灵不能及时关闭和环境温度骤增时，造成罐内压力超过1.375kPa时，通过带阻爆轰阻火器的呼吸阀外排，排出气体通过管线进入尾气处理装置。为减少因大气温度导致的储罐热呼吸量，所有氮封储罐均设有保温。(3)紧急泄放人孔。为确保设置氮封储罐事故工况下的安全排放，应在储罐上设置事故泄压设备，紧急泄放阀定压不应高于储罐的设计压力上限(2.0kPa)，考虑到紧急泄放人孔和呼吸阀之间不能有设定压力的交集，紧急泄放人孔起跳压力为1.8kPa。

4.2 设有一台单呼阀和一台呼吸阀的流程

一部分设计人员认为呼吸阀工作属于非正常工作情况，所以呼吸阀呼出气体可以无组织排放，可以了减少尾气处理的能力。因而设置一个呼吸阀和一个单呼阀。其中单呼阀仅能够呼出气体，不能够吸入气体，所呼出气体由管道输送至下游为期处理装置。而呼吸阀所呼出的气体属于非正常工况，故不进行回收，减少了尾气处理的能力。

当加入单呼阀后，为了避免压力等级的重叠，各储罐附件及充氮压力等的压力设计也需要重新考虑。其中储罐的充氮压力(氮封阀)设计压力由1kPa改为0.4kPa，而单呼阀的起跳压力为0.9kPa。其余储罐附件设定和4.1中相同。

5 结论

不同的充氮和放空流程，各有其优缺点。对于大型储罐而言，更多的采用自力式氮封阀。而采用何种放空方式，则需要根据项目的实际情况以及环保要求等来综合考虑。

[1]《石油化学工业污染物排放标准》(GB 31571-2015)

[2]《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》(GB 50341-2014)

[3]《钢制立式圆筒形固定顶储罐系列》(HG21502.1-1992)