危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案

【资料简介】

危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案

我们在实际工作中发现的典型的、重复性的技术问题中，氮封系统问题占比1.74%。我们结合现场实例向大家分享一下危险化学品储罐氮封系统问题。氮封装置由供氮阀、泄氮阀、 呼吸阀 组成，供氮阀由指挥器和主阀两部分组成；泄氮阀由内反馈的压开型微压调节阀组成，氮气压力一般设为100mmH2O，带指挥器操作式自力式压力调节阀，由控制阀门、执行器、压力弹簧、指挥器、脉冲管等部件组成。自力式氮封阀主要用于保持容器顶部保护气体（一般为氮气）的压力恒定，以避免容器内物料与空气直接接触，防止物料挥发、被氧化，以及容器的安全。特别适用于各类大型储罐的气封保护系统。该自力式调节阀产品具有节能、动作灵敏、运行可靠、操作与维修方便等特点。调节阀广泛应用于石油、化工等行业。

art 1 ：危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案氮封系统的作用

《气封的设置》（HG/T 20570.16-95）第1.0.1.1条款：为防止储罐内物料因与进入的外界气体(空气)接触而被污染变质或与外界进入的气体(空气)发生化学和(或)生物反应，常需设置气封系统。用气封气使储罐内维持一定压力(正压)，防止储罐内物料与外界气体接触。

Part 2 ：危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案氮封系统的设置

《石油化工企业设计防火标准(2018年版)》（GB 50160-2008 2018版）

第6.2.2.1条款：储存甲B、乙A类的液体应选用金属浮舱式的浮顶或内浮顶罐。当单罐容积小于或等于5000m³的内浮顶储罐采用易熔材料制作的浮盘时，应设置氮气保护等安全措施。

第6.2.4A条款：储存温度超过120℃的重油固定顶罐应设置氮气保护。

《精细化工企业工程设计防火标准》（GB 51283-2020）

第6.2.2条款：单罐容积不小于100m³的甲B、乙A类液体储存应选用内浮顶罐。当采用易熔材质制作浮盘时，应设置氮气保护等安全措施。采用固定顶罐或低压罐时，应采用氮气或惰性气体密封，并采取减少日晒升温的措施。

《煤化工工程设计防火标准》（GB 51428-2021）

第7.2.2条款：储存沸点低于45℃或真实蒸气压不小于76.6kPa的甲B类液体，应选用压力储罐、低压储罐或降温常压储罐，并应符合下列规定：

1 选用压力储罐或低压储罐时，应设置氮气密封保护系统，并应密闭回收处理罐内排出的气体；

2 选用降温常压储罐时，应控制储存温度低于液体闪点5℃及以下，并应设置氮气密封保护系统。

第7.2.3条款：储存沸点不低于45℃或真实蒸气压小于76.6kPa的甲B、乙A类液体，应选用浮顶罐或内浮顶罐。当甲B、乙A类液体因特殊储存要求采用固定顶罐、低压储罐和容积大于50m³的卧式储罐时,应采取下列措施之一：

1 设置氮气密封保护系统，密闭回收处理罐内排出的气体；

2 控制储存温度低于液体闪点 5℃及以下；

3 其他安全措施。

第7.2.7条款：储存毒性为高度和极度危害的甲B、乙A类液体的内浮顶储罐，储存温度超过120℃的重油固定顶罐应设置氮气密封保护系统。

第7.2.8条款：多雷和强雷地区单罐容积大于或等于50000m³的浮顶储罐的一次、二次密封之间应采取下列措施之一：

1 设置氮气密封保护系统；

2 向一次、二次密封之间的空间充填软体不燃或难燃材料。

危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案《石油库设计规范》（GB 50074-2014）

第6.1.2条款：储存沸点低于45℃或37.8℃的饱和蒸气压大于88kPa的甲B类液体，应采用压力储罐、低压储罐或低温常压储罐，并应符合下列规定：

1 选用压力储罐或低压储罐时，应采取防止空气进入罐内的措施，并应密闭回收处理罐内排出的气体。

2 选用低温常压储罐时，应采取下列措施之一：

1）选用内浮顶储罐，应设置氮气密封保护系统，并应控制储存温度使液体蒸气压不大于88kPa；

2）选用固定顶储罐，应设置氮气密封保护系统，并应控制储存温度低于液体闪点5℃及以下。

第6.1.3条款：储存沸点不低于45℃或在37.8℃时的饱和蒸气压不大于88kPa的甲B、乙A类液体化工品和轻石脑油，应采用外浮顶储罐或内浮顶储罐。有特殊储存需要时，可采用容量小于或等于10000m³的固定顶储罐、低压储罐或容量不大于100m³的卧式储罐,但应采取下列措施之一：

1 应设置氮气密封保护系统，并应密闭回收处理罐内排出的气体；

2 应设置氮气密封保护系统，并应控制储存温度低于液体闪点5℃及以下。

第6.1.8条款：储存I、Ⅱ级毒性的甲B、乙A类液体储罐的单罐容量不应大于5000m³，且应设置氮封保护系统。

危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T 3007-2014）

第4.2.4条款：储存沸点低于45℃或在37.8℃时饱和蒸气压大于 88kPa的甲B类液体，应采用压力储罐、低压储罐或降温储存的常压储罐，并应符合下列规定：

a）选用压力储罐或低压储罐时，应采取防止空气进入罐内的措施，并应密闭收集处理罐内排出的气体；

b）选用降温储存的常压储罐时，应采取下列措施之一：

——选用内浮顶储罐，设置氮气或其他惰性气体密封保护系统，控制储存温度使液体蒸气压不大于 88kPa；

——选用固定顶储罐，设置氮气或其他惰性气体密封保护系统，控制储存温度低于液体闪点5℃及以下；

——选用固定顶储罐，设置氮气或其他惰性气体密封保护系统，控制储存温度使液体蒸气压不大于 88kPa，密闭收集处理罐内排出的气体。

第4.2.5条款：储存沸点大于或等于 45℃或在 37.8℃时饱和蒸气压不大于 88kPa的甲B、乙A类液体，应选用浮顶储罐或内浮顶储罐。其他甲B、乙A类液体化工品有特殊储存需要时，可以选用固定顶储罐、低压储罐和容量小于或等于100m³的卧式储罐，但应采取下列措施之一：

——设置氮气或其他惰性气体密封保护系统，密闭收集处理罐内排出的气体；

——设置氮气或其他惰性气体密封保护系统，控制储存温度低于液体闪点5℃及以下。

危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案综合以上标准规范，我们可以得出以下危险化学品储罐应设置氮封系统：

1、新建单罐容积大于等于 1000m³的甲B类、乙类、操作温度大于等于120℃的丙类内浮顶和固定顶储罐；

2、储存苯乙烯、丙烯腈等易聚合、易氧化的物料储罐；

3、含油污水储罐、酸性水储罐、轻污油储罐、储存温度超过120℃的重油固定顶储罐；

4、设置油气收集系统的储罐；

5、储存沸点低于45℃或真实蒸气压小于76.6kPa的甲B类液体的压力储罐、低压储罐或降温常压储罐；

6、储存毒性为高度和极度危害的甲B、乙A类液体的内浮顶储罐；

7、储存温度超过120℃的重油固定顶罐；

8、单罐容积不小于100m³，储存甲B、乙A类液体的内浮顶罐（浮盘采用易熔材料）、固定顶罐或低压储罐。

Part 3 ：危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案氮封系统的布置《管道仪表流程图设计规定》（HG 20559-1993）

第6.0.3.4条款：若呼吸阀用在氮封罐上时，氮气的入罐位置应远离呼吸阀并伸入罐内约200mm。▲图1 呼吸阀与氮封的设置位置。

《石油化工罐区自动化系统设计规范》（SH/T 3184-2017）

第4.2.1.10条款：低压储罐及需要氮气等惰性气体密封的储罐，应在罐顶设置压力变送器测量压力，设置压力表就地测量压力。

第4.2.1.12条款：固定顶罐和内浮顶罐等需要氮气等惰性气体密封时，应设置氮封阀或压力分程控制。

第4.2.1.13条款：氮封阀氮气入口管道应设置压力表。

第4.2.3.11条款：球罐需要氮气等惰性气体密封时，应设置压力分程控制。

第5.4.5.1条款：对固定顶罐、内浮顶罐等存储易挥发类液体的常压、低压储罐，氮气密封系统应设置氮封阀。

第5.4.5.2条款：氮封阀型式应为减压式外取压阀后压力控制型。

第5.4.5.3条款：氮封阀应安装在尽量靠近罐顶入口的氮气管线上，外取压管线的取源点宜设在罐顶，以便检测罐内的真实压力。

危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T 3007-2014）

第5.1.3条款、5.1.9条款：采用氮气或其他惰性气体密封保护系统的储罐，在储罐通向大气的通气管上应设呼吸阀，呼吸阀上应安装阻火器。

5.1.5采用氮气或其他惰性气体密封保护系统的储罐应设事故泄压设备，并应符合下列规定:

a）事故泄压设备的开启压力应高于呼吸阀的排气压力并应小于或等于储罐的设计正压力；

b）事故泄压设备应满足氨封或其他惰性气体密封管道系统或呼吸阀出现故障时保障储罐安全的通气需要；

c）事故泄压设备可直接通向大气；

d）事故泄压设备宜选用直径不小于DN500 的紧急放空人孔盖或呼吸人孔。

危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案主要技术参数

公称通径DN(mm)	20	25	40	50	80	100	150
阀座直径DN(mm)	6	15	20	25	32	40	50	65	80	100	125	150
额定流量系数Kv	3.2	5	8	10	20	32	50	80	100	160	250	400
压力调节范围Kpa	0.5～70 20～120 60～400 300～700 500～1000
公称压力PN(Mpa)	1.0 1.6
被调介质温度（℃）	80 200
流量特性	快开
调节精度（％）	≤5
允许压降（Mpa）	1.6	1.6	1.1	0.6	0.4
执行机构薄膜有效面积（C㎡）	200	280	400
允许泄漏量	符合ANSIB16.104—1976 IV级

危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案规格及重量外形尺寸

 

 

公称通径（DN）	25	40	50	80	100	150
法兰端面距（L）	PN16	160	200	230	310	350	480
A	PN16	115	150	165	200	220	285
B	PN16	85	110	125	160	180	240
H1	PN16	83	95	110	140	160	230
H2	PN16	325
H	PN16	650	680	750	790	840	990
G	PN16	16	18	20	20	22	24
S	PN16	308
nф	PN16	4-14	4-18	4-18	4-18	4-18	8-22
重量（kg）	18	27	40	80	108	262

 

 

危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案第5.1.7条款：呼吸阀的规格和数量可参照表5.1.7-1来确定。

储罐容量m³	进（出）储罐的最大液体量m³/h	呼吸阀个数×公称直径DN
100	≤60	1×80
200	≤50	1×80
300	≤150	1×100
400	≤135	1×100
500	≤260	1×150
700	≤220	1×150
1000	≤520	1×200
2000	≤330	2×150
3000	≤690	2×200
4000	≤660	2×200
5000	≤1600	2×250
10000	≤2600	2×300
20000	≤3500	3×300
30000	≤5500	4×300
50000	≤6400	4×350
注：实际设计中，储罐容量所对应的呼吸阀与进(出)储罐的最大液体量所对应的呼吸阀不一致时，应选用两者中最大者。

危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案综合以上规范，我们可以得出氮封系统设计应采取以下布置：

1、对固定顶罐、内浮顶罐等存储易挥发类液体的常压、低压储罐，氮气密封系统应设置氮封阀；

2、球罐需要氮气等惰性气体密封时，应设置压力分程控制；

3、氮封阀氮气入口管道应设置压力表；

4、氮封阀应选用减压式外取压阀后压力控制型；

5、氮封阀应安装在尽量靠近罐顶入口的氮气管线上，外取压管线的取源点宜设在罐顶；

6、氮气的入罐位置应远离呼吸阀并伸入罐内约200mm；

7、储罐罐顶应设压力变送器、就地压力表、呼吸阀、事故泄压设备。

Part4：危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案氮封系统的最佳实践

储罐氮封系统设置先导式氮封阀组和限流孔板旁路，罐顶设置1台单呼阀、1台呼吸阀、1个紧急泄压人孔。

当罐内气体压力低于氮封阀开启压力时，氮封阀打开向罐内补入氮气；当罐内气体压力达到氮封阀关闭压力时，氮封阀关闭停止向罐内补入氮气。当罐内气体压力高于单呼阀定压时，单呼阀开启向罐外排出气体。呼吸阀外排压力、紧急泄放阀定压根据储罐设计压力确定。当氮封阀需要检修或出现故障时，使用限流孔板旁路给储罐内短时间连续补充氮气，当罐内压力高于单呼阀、呼吸阀设定值时，先后启动单呼阀、呼吸阀向外排气。

危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案的安装与维护：

1、阀门安装：

  （1）安装前须检查产品型号、位号及规格是否吻合，检查整机零件是否缺损与松动。

  （2）在安装前，对管道应进行清洗，阀门入口处要有足够的直管段，并配有过滤器。阀体与管道的法兰连接，要注意同轴度。

  （3）阀门安装前，应先清洗管道。

  （4）安装场地应考虑到人员设备的安全，既便于操作，又有利于拆装与维护。

  （5）阀门应正立垂直安装在水平管道上，不得已时可倾斜安装，尽量避免水平安装，阀自重量较大或有振动的场合，要用支撑架。

  （6）介质流动方向应与阀体上的箭头指向一致。气源应干燥、无油。阀门应在环境温度-20~55℃场所使用。 

2、危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案阀门维护：

  （1）清洗阀门：对清洗一般介质，只要用水洗净就可以。但对清洗有害健康的介质，首先要了解其性质，再选用相应的清洗办法。

  （2）阀门的拆卸：将外露表面生锈的零件先除锈，但在除锈前，要保护好阀座、阀芯、阀杆与推杆等精密零件的加工表面。拆装阀座时应使用专用工具。

  （3）阀座：密封面有较小的锈斑与磨损，可用机械加工的方法进行，如损坏严重必须换新。但不管修理或更换后的硬密封面，都必须进行研磨。

  （4）阀杆：表面损坏，只能换新。

  （5）推杆、导向与密封表面的损坏：对反作用执行机构必须换新，而对正作用执行机构，可用适当的修理后使用。

  （6）压缩弹簧：如有裂纹等影响强度的缺陷，必须换新。

  （7）易损零件：填料、密封垫片与O型圈，每次检修时，全部换新。阀芯、膜片必须检查是否有预示将来可能发生的裂纹、老化与腐蚀痕迹，根据检查结果，决定是否更换，但膜片使用期一般最多2-3年。

（8） 阀门组装要注意对中，螺栓要在对角线上拧紧，滑动部分要加润滑油。组装后应按产品出厂测试项目与方法调试，并在这期间，可准确地调整填料压紧力、阀芯关闭位置。

危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案订货须知：

 

 

订货时请填写《规格书》或注明以下内容：

1、若订货前未选定型号，请向我们提供使用参数：

  （1）公称通径DN(mm）；

  （2）公称压力（Mpa或bar）；

  （3）流体性质（包括介质温度、粘度或酸碱性）；

  （4）阀前与阀后压力（压差）；

  （5）流量特性要求；

  （6）阀体、阀芯材料；

  （7）连接形式；

  （8）驱动方式（提供气源压力、驱动电压）；

  （9）配套附件（气动阀门建议用户安装空气过滤器三联件与二位五通电磁阀 ）；

  （10）现场工况。

2、 若已经由设计单位选定我公司的产品型号，请按型号直接向我司生产部订购； 

3、 当使用的场合非常重要或管路比较复杂时，请您尽量提供设计图纸和详细参数，由我们的专家为您审核把关。

危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案

 

 

方案二将方案一中的单呼阀更换为了压力控制阀（泄氮阀）。储罐运行时，通过氮封阀、泄氮阀起到平衡储罐压力的作用，呼吸阀、紧急泄放阀仅在事故工况（如氮封阀失效、泄氮封失效、火灾工况等）启动，避免储罐运行时呼吸阀频繁动作，造成损坏。

注：危险化学品成品储罐在装卸车过程中，进/排液量大，储罐气相空间压力波动频繁，氮封系统宜设置泄氮阀，避免呼吸阀频繁动作，减少呼吸阀故障率。危险化学品中间储罐日常运行时，储罐气相空间压力相对比较稳定，可以不设置泄氮阀。

方案三：《气封的设置》（HG/T 20570.16-95）第1.0.2.2条款：为防止泄压阀和(或)气封装置失灵而出现储罐内超压或负压情况，可采用液封和气封装置相结合的系统。

气封装置配备液封的作用是:

(1)当泄压阀失灵时，液封可起到呼出气体的作用。即当储罐内压力超过设定值时，储罐内气体可通过液封泄压。

(2)当气封装置发生故障时，如储罐内压力高于设定值时，可通过液封泄压，减轻泄压阀负荷。

(3)当泄压阀和气封装置同时故障，而储罐内出现负压时，可通过液封吸入空气，保护储罐不致变形损坏。

 

Part5：危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案氮封系统的压力设定

《石油化工罐区自动化系统设计规范》（SH/T 3184-2017 )

第5.4.5.4条款：氮封阀压力设定点应为储罐正常操作压力，压力设定值可调范围的选择应使设定点处于范围的中段，并应能覆盖最大操作压力。

《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T 3007-2014）

第3.5条款：采用氮气密封保护的可燃液体储罐，其操作压力宜为0.2kPa~0.5kPa。

第5.1.4条款：呼吸阀的排气压力应小于储罐的设计正压力，呼吸阀的进气压力应高于储罐的设计负压力。

第5.1.5.（a）条款：事故泄压设备的开启压力应高于呼吸阀的排气压力并应小于或等于储罐的设计正压力。

设在罐顶的取压点的介质经导压管引入检测机构（7），介质在检测元件上产生一个作用力与弹簧预紧力相平衡。当罐内压力降低至低于供氮装置压力设定点时，平衡破坏，使指挥器阀芯（6）打开，使阀前气体经减压阀（5）、节流阀（4）、进入主阀执行机构（3）上、下膜室，打开主阀阀芯（2），向罐内充注氮气；当罐内压力升至供氮装置压力设定点，由于预设弹簧力，关闭指挥器阀芯，由于主阀执行机构中弹簧作用，关闭主阀，停止供氮。

Part7：危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案氮封系统现场典型问题及风险

我们在给某客户开展PSSR（开车前安全审查）、安全技术诊断过程中发现，企业危险化学品常压储罐氮封系统存在以下问题：

• 氮封阀位置设置不正确；
• 氮封阀阀前压力不足；
• 氮封阀选型错误；
• 氮封系统未设置氮封阀；
• 储罐压力监测设备选型不正确。

危险化学品储罐氮封阀系统问题及解决方案具体问题如下：

问题1：某客户精醇中间储槽氮封系统氮封阀设置在罐底氮气管道。

氮封阀、取压管均设置在精醇中间储槽底部氮气管道上，氮封阀取压点与中间储槽的真实压力存在偏差。 违反《石油化工罐区自动化系统设计规范》（SH/T 3184-2017）第5.4.5.3条款。

当没有精醇进出储槽时，供氮阀处于关闭状态；此时供氮阀阀后检测压力高于储罐的实际压力；氮封阀达到开启压力0.2kPa时，储罐内实际压力小于0.2kPa，导致氮封阀开启滞后。

在供氮阀关闭过程中，供氮阀检测压力高于储罐的实际压力；氮封阀达到关闭压力0.5kPa时，储罐内实际压力小于0.5kPa，导致氮封阀提前关闭。

如果储罐内精醇快速进出储罐导致压力骤变，氮封系统不能及时作出反应，无法及时调整氮气的补充，无法有效维持储罐内的压力稳定，会出现呼吸阀频繁动作的风险。

问题2：某客户氮气经总管调节阀减压后压力为5-15kPa，甲醇储罐氮封阀设计阀前压力为0.1Mpa，氮封阀无法正常使用。

通过Part 5：氮封阀的工作原理，我们可以看出当储槽内压力达到氮封阀开启压力时，指挥器阀芯打开，氮封阀进口氮气经减压阀、节流阀进入主阀执行机构上、下膜室，打开主阀阀芯。当氮封阀进口氮气压力低于设计压力时，存在无法驱动打开氮封阀主阀阀芯的风险。

问题3：某客户甲醇储罐氮封系统未设置氮封阀、紧急泄放阀，使用手阀控制。

氮封系统使用手阀控制，储罐内持续通入氮气，呼吸阀处于常开状态，造成大量的氮气浪费；另外，若手阀开度过大，储罐气相压力升高，当呼吸阀泄放量不能满足要求时，储罐存在超压风险。

问题4：某客户1#精甲醇储槽罐顶设置了1台压力变送器（量程范围为0-2.5kPa）、1台现场就地压力表（量程为0-1MPa），均未考虑负压工况且压力表量程范围过大，量程选型错误。