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石油化工氮封系統設計規范

氮封在工業上很常用，廣泛應用于化工、石化、制藥和食品等領域。儲罐氮封是一種向儲存容器與反應器的頂部空間填充惰性化氣體的工藝，從而改變氣相空間的氣體組分，通常用于保護內部成分因氧氣存在而發生氧化、腐蝕、聚合、降解、形成爆炸性混合物等現象。《石油化工企業設計防火標準（2018年版）5.7.6 規定：生產或儲存不穩定的烯烴、二烯烴等物質時應采取防止生成過氧化物、自聚物的措施。如丁二烯、異戊二烯、氯丁二烯等在有空氣、氧氣或其他催化劑的存在下能產生有分解爆炸危險的聚合過氧化物。苯乙烯、丙烯等也是不穩定的化合物，在有空氣或氧氣的存在下，儲存時間過長，易自聚放出熱量，造成超壓而爆破設備。丁二烯在生產、儲存過程中，為防止生成過氧化物而采取的措施：嚴禁與空氣、氧化氮和含氧的氮氣長時間接觸，一般控制丁二烯氣相中含氧量小于0.3%。

氮封系統通常被設計成可在高于大氣壓力的條件下運行，這樣可防止外部空氣進入容器當中。由于許多工藝與應用不希望存在空氣中的氧氣與濕氣，因此從石油化工、食品、飲料、制藥與純凈水制造等，許多行業采用氮封工藝。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。

二、石油化工氮封系統設計規范固定頂儲罐和容器的氮封

工廠有不同類型的儲罐，例如固定頂罐、浮頂罐和內浮頂罐。浮頂罐不必氮封、固定頂罐根據介質特點決定是否氮封，內浮頂罐有時會考慮氮封。是固定頂罐的一種簡單氮封方式。在這種設計中，氮封閥的設定值和呼吸閥的呼及吸的設定值需合理選擇，氮封閥的設定值介于二者之間，呼吸閥設定值的大小會影響氮氣的消耗量。對于常壓罐或容器，還可以采用圖-2的方式，通過進口（氮氣進）和出口（氣相放空）的壓力控制實現氮封。在罐內總是保持一定的壓力，最高不超過10KPa（表壓）。

氮封閥由供氮裝置供氮閥和泄氮裝置泄氮閥兩部分組成。供氮裝置由指揮器和主閥兩部分組成；泄氮裝置由內反饋的壓開型微壓調節閥組成。氮氣壓力一般設為100mmH2O.通過氮封裝置控制。

產品特點:

1.控制精度高比操作調壓閥高一倍。

2.壓力設定在指揮器，上因而方便、快捷、省力。

3.大而靈敏的檢測膜片，保證了控制點的壓力精度；

4.信號檢測執行器與動力執行機構分開，使整臺調壓閥減壓比可達 2000:1；

5.增設可調節流裝置，調試簡單方便；

6.閥內件設計壓力補償裝置，消除壓力波動對設定點精度的影響，調節更加穩定；

7.整機采用無填料設計，動作迅速；

8.壓力設定點分段范圍細且相互交錯，選用方便；

9.壓力設定方便，運行時可連續無干擾的進行設定，免維護使用；

10.設定點壓力應盡量將常用壓力設定值選取在范圍的中間值附近；

11.閥本身是一個調節系統，主閥需一定的推動壓力，即閥前壓力不得低于 200KPa（表壓）。

12.配用專用取壓管及接頭，安裝更加簡捷、可靠。

三、石油化工氮封系統設計規范工藝設備或容器的氮封

對于不易密閉的工藝設備或儲罐，可以采用濃度控制的方式來實現氮封：設置在線氧分析儀，實時檢測設備或容器氣相部分的氧濃度，并據此控制氮氣的流量。這種方式的優點是節約氮氣，可以在較短時間內收回控制系統的投資成本。

氮封閥 產品特點

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；

氮封閥壓力設定方便，可在連續生產的條件下進行；

壓力檢測膜片有效面積大，設定彈簧剛度小，動作靈敏，裝置工作平穩；

采用無填料設計，閥桿所受摩擦力小，反應迅速，控制精度高；

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；

為確保儲罐的，需在罐頂設置呼吸閥；

呼吸閥僅起作用，避免了常規氮封裝置中啟閉頻繁易損壞的缺陷。

四、石油化工氮封系統設計規范相關規范是如何要求氮封系統的設置？

1.《氣封的設置》HG/T 20570.16-1995

2.《石油化工企業設計防火標準》（GB50160-2008）（2018年版）

6.2.2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；

6.2.2條文解釋：對于有特殊要求的甲、乙液體物料，如苯乙烯、加氫原料、丙烯腈等易聚合、易氧化或有毒的液體物料，選用固定頂儲罐或臥式儲罐加氮封儲存也是可行的；

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。

6.2.4條文解釋：采用固定頂罐或低壓儲罐儲存甲類液體時，為了防止油氣大量揮發和改善儲罐的安全狀況，應采取減少日曬升溫的措施。其措施主要包括固定式冷卻水噴淋（霧）系統、氣體放空或氣體冷凝固流、加氮封或涂刷合格的隔熱涂料等。

3.《精細化工企業工程設計防火標準》（GB 51283-2020）

5.1.5條文解釋：1）對于會產生高濃度有機廢氣的反應罐、貯罐、過濾器等設備，為避免與氧氣形成爆炸性混合物，應采用氮封系統保護，并以正壓輸送方式輸送到廢氣總管。

6.2.2條文解釋，對于單罐容積小于100m3或易氧化、易聚合等有特殊要求的甲 B、乙 A類液體物料儲存，可選用固定頂罐加氮氣或惰性氣體密封。

4.《石油庫設計規范》（GB 50074-2014）

6.1.2及其條文解釋規定，當選用內浮頂儲罐、固定頂儲罐儲存沸點低于45℃或在37.8℃時的飽和蒸氣壓大于88kPa的甲B類液體時，應設置氮氣密封保護系統。當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時，應設置氮氣密封保護系統。儲存Ⅰ、Ⅱ級毒性的甲B、乙A類液體儲罐應設置氮封保護系統。有些甲B、乙A類液體化工品有防聚合等特殊儲存需要，不適宜采用內浮頂儲罐，可選用固定頂儲罐、低壓儲罐和容量小于或等于50m3的臥式儲罐，但應采取氮封等安全保護措施，典型的易自聚不穩定的丁二烯、苯乙烯儲罐，應設置氮封系統，防止空氣進入儲罐。

5.《石油化工儲運系統罐區設計規范》（SH/T 3007-2014）

從上面幾個規范來看，對各種儲罐儲存何種物料、蒸汽壓力、溫度情況下設置氮封有了明確的要求，甚至氮封操作壓力也有具體數據。但是沒有找到對氮氣濃度要求的具體參數要求。

五、石油化工氮封系統設計規范氮氣濃度如何設置？

化工儲罐氮封，更多考慮的是防爆，將可燃氣體的濃度惰化到遠遠低于爆炸濃度下限。根據這個原則，我們可以參考《GB/T 37241-2018 惰化防爆指南》中附錄A的內容，理論上可以根據各種可燃氣體介質的極限氧濃度來選擇我們氮封的濃度值，例如二硫化碳介質，極限爆炸氧濃度為3.0%，那么我們只需要保證氮氣的純度大于（1-3.0%）=0.97，也就是大于97%的濃度即可。

氮封裝置由供氮閥、 泄氮閥、 呼吸閥 組成，供氮閥由指揮器和主閥兩部分組成；泄氮閥由內反饋的壓開型微壓調節閥組成，

通過氮封裝置精確控制。當儲罐進液閥開啟，向罐內添加物料時，液面上升，氣相部分容積減小，壓力升高，當罐內壓力升至高于泄氮閥壓力設定值時，泄氮閥打開，向外界釋放氮氣，使罐內壓力下降，降至泄氮閥壓力設定點時，自動關閉。當儲罐出液閥開啟，用戶放料時，液面下降，氣相部分容積增大，罐內壓力降低，供氮閥開啟，向儲罐內注入氮氣，使罐內壓力上升，升至供氮閥壓力設定點，自動關閉。

六、石油化工氮封系統設計規范氮封如何安裝

關于氮封安裝，分享兩種錯誤安裝場景：一種是直接安裝在呼吸閥下部短節位置，另外一種是靠近呼吸閥位置直接焊接在法蘭接管處。這兩種場景均會導致氮氣直接排出，無法起到氮封作用。若呼吸閥用在氮封罐上，建議氮氣供氣管的接管位置一定要遠離呼吸閥接口，并由罐頂部插入貯罐內，使氮氣進罐后不直接排出，從而達到氮封目的。大部分工廠設置氮封多采用自力調節閥或者壓力控制閥，關于操作方面可參照《石油化工儲運系統罐區設計規范》（SH/T3007-2014）規定，采用氮氣保護的儲罐，其操作壓力宜為0.2Kpa～0.5Kpa；其他設置有呼吸閥的儲罐，其操作壓力宜為1Kpa～1.5Kpa。同時有些儲罐因介質含有腐蝕性，要注意定期檢查清理氮氣管線，防止氮封失效。

七、石油化工氮封系統設計規范氮氣的純度是多少？

1.《純氮、高純氮和超純氮規范》（GB/T 8979-2008） ，用作保護氣體的純氮純度是99.99%

2.《石油化工氮氧系統設計規范》（SH/T 3106-2019 ）

因此，工業氮氣純度為99.2%，純氮為99.99%。

八、石油化工氮封系統設計規范結論

1.不同的物料儲罐，需要按照規定設置氮封，建議根據物料特性的爆炸極限范圍、閃點、蒸汽壓力、沸點等參數要求，綜合考量設計相匹配的氧氣濃度范圍，也就間接的定義了氮氣濃度。

2.用于儲罐氮封的氮氣純度，建議不應低于99.2%，宜大于等于99.99%。