轻质油内浮顶罐增设氮封的工艺及设备改造

马炯飚

摘  要：内浮顶油罐使用时间越长，浮盘密封性能就越差，轻质油品的挥发也就越严重，这对环保、安全都带来巨大挑战。如何确保轻质油内浮顶罐的环保、安全是一个值得探讨的问题。本文主要介绍内浮顶油罐增设氮封以隔绝空气和油气来保证储罐安全的工艺设计。通过水力计算分析确定缓冲罐、氮气管道规格，并对储罐需要进行的设备改造做了简要介绍，同时对两种典型的氮封流程展开对比研究。

关键词：氮封;安全;内浮顶;水力计算

1.引言

镇海炼化重整原料罐G912～914为常压内浮顶罐，建造于2003年，罐容均为5000立方米，罐体不保温，储罐在罐壁设置了8只通气孔，罐顶通气孔1只，通气孔与大气直通，浮盘密封装置采用囊式密封。在使用过程中发现油罐轻组分挥发严重，罐区内即便在不操作时也有很重的油气味，在夏季及物料进罐时就更为明显。大量轻组分的挥发降低了原料的品质，增加了损耗，且由于罐顶呼吸阀排出气中夹带的油气遇外界冷空气降温而形成细小油珠，会使罐顶局部污染[1-3]。同时油气挥发到储罐和大气中，除了造成大气污染之外，还将极大的增加储罐和罐区火灾危险性[4-5]。

2.氮封设施

2.1氮封设施必要性研究

通过hysys软件对物料进行模拟（40℃，101.3kpa）可得到如下主要物性（表1），其中蒸汽密度及爆炸范围取值于《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》。

从上表可以看出，重整料饱和蒸汽压较高而爆炸下限很低，在常压储存条件下挥发组份在罐浮盘气相空间内极易到达爆炸范围。媒体多次报道大型外浮顶原油罐及轻质油内浮顶罐在雷暴天气下爆炸着火的消息也印证了这一点。且从组份中可知油品中硫含量较高，储罐硫腐蚀不可避免，硫化亚铁自燃的危险性也时刻存在。为防止储罐爆炸着火，确保储罐安全，需在罐内气相空间充入氮气，降低氧含量，避免爆炸空间的形成以及硫化亚铁在有氧环境下的氧化、自燃。同时，储罐气相空间保持微弱正压也可在一定程度上减少油品的蒸发损耗。

2.2氮封设施流程描述

氮气自现有高压氮气管网接出，设置两套并联的减压阀组减压后接至氮气缓冲罐。经氮气缓冲罐缓冲后流至罐顶氮封阀，当设置于罐顶的取压口感应到储罐压力低于阀门设定压力时，氮封阀开启，氮气流入储罐，随着罐内压力的升高并达到氮封阀的设定压力时，氮封阀关闭，完成补氮过程。

当3台储罐中既有储罐收油，又有储罐发油时，氮气连通线便发挥作用，收油油罐中氮气经连通线流至压力较低的发油油罐中，使3台油罐的气相压力保持平衡，可有效减少氮气的损耗，据相关资料，增设氮气平衡线后氮气损耗量为未加氮气平衡线时的一半。

2.3氮气量的确定

氮封气的需用量由两部分组成：一部分为泵抽出液体需补充的氮气量，这个气量在数值上等于泵的最大输出流量，对于同一原料类型的储罐，由于工艺上不可能出现各储罐同时作业情况，该部分气量按最大储罐作业情况下而定。另一部分是由气温变化引起罐内气体冷凝所需补充的气量。

2.4氮气缓冲罐压力的确定

因氮封阀前管网压力与氮气缓冲罐的压力基本一致，可根据氮封阀的工作压力要求来确定缓冲罐压力。考虑到氮封阀前管网压力过大时，氮封阀需要2级减压才能减至设定压力，多一级减压即意味着多一套减压机构，而压力设低即意味着更大的缓冲罐罐容，综合考虑后将氮气缓冲罐压力设定为0.6 MPa（G）。

2.5氮气缓冲罐的罐容确定

氮气缓冲罐容量并无相关规范标准做明确要求，本次改造从安全角度出发，考虑缓冲罐能储存3套氮封设施1min内最大氮氣需用量。储罐由于温降所需的氮气用量大，而且要求3套氮封设施需同时供氮。故缓冲罐罐容按储罐最大温降加上单罐最大流量出油时所需的氮气量设计。

3.设备改造

重整原料罐在罐壁设置了8只通气孔，罐顶通气孔1只，通气孔与大气直通，浮盘密封装置采用囊式密封，虽然囊式密封装置密封效果较好，但相对更容易破损。由于储罐为装置原料罐，储罐进、出油操作频繁，密封装置的密封效果下降再所难免。轻质油气随着缝隙进入浮盘上层，导致铝浮盘上侧空间的的易燃气体浓度相对比较高，而浮盘上侧空间与大气直接连通，也进一步加剧了油气的挥发，这就是罐区内油气味很重的主要原因之一。

储罐增加氮封设施后，原来直通大气的常压储罐设计显然不再适用，需对罐体进行必要的改造，首先将罐壁及罐顶通气孔封死，将储罐改成“内浮顶拱顶罐”。同时在罐顶增设几个必需的管口以满足氮封设施的要求。包括：氮气入口、氮封取压口、氮气平衡口。

原储罐设计压力为常压，增设氮封后储罐成为微正压储罐，为确保储罐超压情况下的安全，根据《石油化工企业储运系统罐区设计规范》中的呼吸量的要求并结合介质组份轻，易挥发的特性，每台罐选用全天候防火呼吸阀2台，型号为QZF-250，正压取压为980.7Pa，负压294.2 Pa。为防止呼吸阀高压失效时对储罐的破坏，每台储罐还需增设液压安全阀1台，型号为GYA-250，正压取压为呼吸阀取压的1.1倍，即为1078.8Pa。液压安全阀是呼吸阀的安全备用设备，它的吸气和呼气的动作压力略高于呼吸阀，在呼吸阀一旦失灵或在冬季冻结时，液压安全阀的液封即被破坏从而保护油罐免遭破坏。

4.结论

通过本文的研究，取得以下结论：

（1）安全是生产永恒的主题，轻质油内浮顶罐增设氮封能有效保证油罐安全，本文对诸如汽油、石脑油、凝析油等轻质油储罐的改造具有一定的借鉴意义。

（2）内浮顶油罐增设氮封时，必然需要对储罐进行相应的设备改造以适应新的储存工况。

参考文献

[1]  谢水海. 石油储罐防腐蚀技术规范在镇海炼化的实施[J]. 石油化工腐蚀与防护，2011（2）：24-26.

[2]  孙茂成. 大型储罐设计有关问题探讨[J]. 石油化工设备，2005，34（2）：39-41.

[3]  王振新. 炼化企业储罐事故风险分析及防范措施[J]. 炼油与化工，2018（1）：70-72.

[4]  庞法拥，林树彦，张波. 浅谈大型低温储罐的设计[J]. 化学工程与装备，2011（12）：69-70.

[5]  董绍平. 常压储罐的运行管理[J]. 现代职业安全，2015（6）：28-30.