淺析儲罐充氮放空流程設計

許諾(東華工程科技股份有限公司， 安徽 合肥 230024)

淺析儲罐充氮放空流程設計

許諾(東華工程科技股份有限公司， 安徽 合肥 230024)

儲罐，尤其是在化工行業中，往往儲存的物質及其復雜。其安全性不言而喻。目前常見的低壓儲罐充氮放空流程有分層調節和自力式氮封閥調節。不同的充氮和放空方式，對儲罐的設計也是不一致的。

儲罐設計；充氮設計；儲罐附件

1 引言

常低壓儲罐是指設計壓力小于6.9kPa的儲罐。目前我國常壓內浮頂儲罐應用較廣。雖然《石油化學工業污染物排放標準》[1]中提到可以用具有高效密封形式的內浮頂儲罐。但目前我國所采用的高效密封形式并不能起到較好的作用。所以隨著環保指標的嚴格，越來越多的常壓內浮頂儲罐改為帶尾氣回收的低壓內浮頂充氮儲罐。

儲罐充氮具有以下優點：(1)避免儲存物料聚合、氧化以及和水發生反應等；(2)減少儲存物料的蒸發損耗；(3)減少尾氣回收時可燃氣體的含量；常見的儲罐充氮流程主要有分層調節和自力式氮封閥兩種。無論采用哪種方式，均需要確定儲罐的設計壓力。

2 設計壓力

在以往的設計中，儲罐的設計壓力往往選擇較大，如設計正壓取值5kPa。但是過大的設計正壓取值較大導致以下后果：(1)儲罐壁厚選擇較大，儲罐本體造價提高；(2)根據新版《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范》[2]中提到，儲罐的設計壓力的舉升力大于罐壁、罐頂及其所支撐構件的總重量，應當錨固。這一規范導致儲罐的地腳螺栓起升力較大，從而使得儲罐基礎土建投資成本大大增加。筆者曾經計算過。在一個30萬噸的乙二醇項目的配套罐區中，若設計壓力為5kPa，則僅僅土建基礎成本需增加約2000萬。

所以在保證安全和規范的前提下，降低儲罐的設計壓力十分重要。在《鋼制立式圓筒形固定頂儲罐系列》[3]中提到“儲罐設計正壓為2kPa，設計負壓為0.5kPa”。因此可設置儲罐設計壓力為-0.49～2kPa。同時儲罐的設計壓力還需考慮各儲罐附件的壓力設定。

3 分程調節

分程調節在化工工藝裝置中應用較為廣泛。利用罐頂的遠傳壓力表進行充氮閥門和放空閥門進行調節。在儲罐充氮和放空過程中，采用的是反向規律。由于分程調節所采用的是壓力調節閥，會增加在儲罐正常工作時的氮氣損耗，對于大型儲罐而言并非經濟首選。

4 自力式氮封閥充氮流程

自力式氮封閥是利用流經閥內介質的氣質自身的壓力作為能源來驅動閥門自動工作。故其可靠性要優于調節閥。同時所消耗的氮氣量也要小于分程調節。其放空方式也存在兩種。

4.1 設有兩臺全能力的呼吸閥的流程

為了更好的起到對罐區尾氣的回收，設計兩臺全能力的呼吸閥，兩臺呼吸閥均外接管道，將儲罐所呼出的氣體全部輸送至尾氣處理裝置。

由于管路中氣體不便于觀察，所以在程氮氣進口處設置流量計，便于觀察管路中氮氣的工作情況。在項目中往往為了減少投資，充氮管線選用以碳鋼管為多，所以存在管道中的鐵銹堵塞氮封閥，導致氮封閥損壞。為了保護氮封閥，在氮封閥前設置過濾器，過濾器后管路采用不銹鋼管。即減少了投資，又保證了儲罐的安全。對于其他附件的設定同時需要考慮儲罐的設計壓力，而各個附件的壓力設定值不能存在重疊，避免增加氮氣的損耗。

(1)氮封閥。儲罐氮封的作用主要是為了防止儲罐出現負壓而從呼吸閥吸入空氣，以保持罐內微正壓；氮封壓力設置為1kPa，當罐內氣體壓力低于1kPa時，氮封閥打開向罐內補入氮氣；當罐內氣體壓力達到1kPa時，氮封閥關閉停止向罐內補入氮氣。(2)呼吸閥。呼吸閥工作壓力(儲罐操作壓力)為-0.295kPa～1.375kPa。當氮封閥事故失靈不能及時開啟和環境溫度驟降時，造成罐內壓力降低至-0.295kPa時，通過帶阻爆轟阻火器呼吸閥向罐內補充空氣，確保罐內壓力不低于儲罐的設計壓力低限(-0.49kPa)；當氮封閥事故失靈不能及時關閉和環境溫度驟增時，造成罐內壓力超過1.375kPa時，通過帶阻爆轟阻火器的呼吸閥外排，排出氣體通過管線進入尾氣處理裝置。為減少因大氣溫度導致的儲罐熱呼吸量，所有氮封儲罐均設有保溫。(3)緊急泄放人孔。為確保設置氮封儲罐事故工況下的安全排放，應在儲罐上設置事故泄壓設備，緊急泄放閥定壓不應高于儲罐的設計壓力上限(2.0kPa)，考慮到緊急泄放人孔和呼吸閥之間不能有設定壓力的交集，緊急泄放人孔起跳壓力為1.8kPa。

4.2 設有一臺單呼閥和一臺呼吸閥的流程

一部分設計人員認為呼吸閥工作屬于非正常工作情況，所以呼吸閥呼出氣體可以無組織排放，可以了減少尾氣處理的能力。因而設置一個呼吸閥和一個單呼閥。其中單呼閥僅能夠呼出氣體，不能夠吸入氣體，所呼出氣體由管道輸送至下游為期處理裝置。而呼吸閥所呼出的氣體屬于非正常工況，故不進行回收，減少了尾氣處理的能力。

當加入單呼閥后，為了避免壓力等級的重疊，各儲罐附件及充氮壓力等的壓力設計也需要重新考慮。其中儲罐的充氮壓力(氮封閥)設計壓力由1kPa改為0.4kPa，而單呼閥的起跳壓力為0.9kPa。其余儲罐附件設定和4.1中相同。

5 結論

不同的充氮和放空流程，各有其優缺點。對于大型儲罐而言，更多的采用自力式氮封閥。而采用何種放空方式，則需要根據項目的實際情況以及環保要求等來綜合考慮。

[1]《石油化學工業污染物排放標準》(GB 31571-2015)

[2]《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范》(GB 50341-2014)

[3]《鋼制立式圓筒形固定頂儲罐系列》(HG21502.1-1992)