化工常压储罐压力平衡系统及其联锁保护分析

郑康迪（中机国能炼化工程有限公司，天津300270）

石油化工厂中不可缺少的设备便是化工常压储罐，在对常压储罐进行使用的过程中储罐内的液面会变化，主要原因为外界温度变化致使储罐内气体发生收缩或膨胀，随之储罐内的气体的压力也会随之变化，气压的剧烈变化很容易导致储罐发生超压或真空的情况，如果过于严重可能会形成储罐低压瘪罐和超压储罐。为了能够有效预防常压储罐出现超压、低压等失衡状态，这便需要加强工艺设计，主要做法便是在罐顶安装呼吸阀进而保持常压储罐内气压的平衡，构成了化工常压储罐压力平衡系统，保证常压储罐在超压和真空的状态下不受损，确保储罐的稳定性，还能有效降低储罐内物料的遗失，具有一定的安全意义和环保意义[1]。为了强化对化工常压储罐的使用，本文对化工常压储罐压力平衡系统及其联锁保护进行分析。

1 常压储罐内压力发生变化的原因

如果储罐的运行状态和外界环境两大因素不出现任何变化，那么常压储罐内的压力也不会出现变化，常压储罐只有满足下述清醒储罐内的压力才会失去平衡[2]。第一，常压储罐在对外界输送物料的过程中会导致储罐内压力的降低；第二，外界向常压储罐提供物料的过程中会导致储罐内压力的升高；第三，在气候等外界因素的影响下会导致常压储罐内物料蒸气压变大或变小，进而导致常压储罐内压力的提升和降低，也就是常说的热效应；第四，发生火灾时常压储罐受到热力的作用，导致蒸发量的突然增加进而致使常压储罐内压力的迅速提高。为了能在以上四种情况中确保常压储罐内压力的欧宁恒，所以需要常压储罐压力平衡系统及其联锁保护，并且确保储罐内存在足够的气体呼吸量。

2 呼吸量的确定

常压储罐内需要具有充足的呼吸量，这样才能保证其能够在正常的压力下完成工作，并且不会大于设计过程中的正压或负压，进而能够对常压储罐形成保护作用。通常情况下，储罐的进料量、泵抽出量和热效应所形成的呼吸需求量决定着常压储罐呼吸阀的呼吸量[3]。

如果发生火灾，常压储罐内物料会发生强烈汽化，并形成大量气体，这时单单凭靠呼吸阀的呼吸量已经无法有效满足常压储罐压力流失的需求，所以便需要强化设计，主要做法便是将泄入孔和泄压阀安装在常压储罐上。

3 储罐内压力保护措施

常压储罐的压力保护系统由以下几部分组成，分别是气封系统、呼吸阀系统、紧急释放阀系统和压力联锁系统。下面本文将对以上几种系统分别进行分析。

3.1 气封系统

气封系统的主要组成部分为气封阀。其主要作用为将储罐内部气压保持在一个确定的微正压状态，该装置能够有效预防储罐出现负压，降低风险发生率。

如果常压储罐向外界输送物料，或者因为外界温度因素的影响导致储罐内压力下滑时，气封系统便会自动为储罐提供相应的气体，多为氮气，这样便可以使储罐内保持确定的微正压状态，对储罐形成一定的保护作用。

如果对储罐内提供的气体达到气体阀的标准值，气封阀便会自动关闭，并且停止为储罐提供氮气，有效预防因提供气体较多而导致储罐内压力升高。

气封系统行业内主要实现方式有两种：自力式调节阀气封系统和压力变送器+气动调节阀的单回路压力调节系统。

3.1.1 自力式调节阀气封系统：

气封系统用自力式调节阀一般为阀后取压型，安装在气封管线上，一般阀后取压点为罐顶压力相对稳定位置，能更准确反应储罐压力；给一个储罐安全的压力值作为自力式调节阀的设定值，储罐压力高于此值阀门关闭停止补气，储罐压力低于此值阀门打开，开始补气，因此使储罐压力始终维持在相对稳定范围。

3.1.2 压力变送器+气动调节阀的单回路压力调节气封系统：

此种气封形式需通过DCS过程控制系统来实现，罐顶压力相对稳定位置安装1 台压力变送器，气封管线安装1 台气动调节阀，信号均送至DCS系统，在DCS系统内完成组态，设定一个安全的储罐压力给定值，系统会实时自动监测储罐压力，并实时调节阀门开度大小，使储罐不超压也不憋压的同时压力也相对稳定。

3.2 呼吸阀系统

呼吸阀也是常压储罐的重要组成部分，通常被安装在罐顶，控制罐内外气体的开启和关闭，保持压力平衡。当储罐在进料状态时，外部温度提高导致储罐内压力提高，如果达到呼气阀的标准值，将会自动打开，并排出多余气体，确保压力大于标准值。

如果储罐内压力下降，并且气封阀提供的气体不能够保持罐内压力，会导致罐内降低至吸气阀的标准值，将会自动打开，并将气体吸入到储罐内，以防储罐压力的持续下降。

3.3 紧急泄放系统

如果发生火灾等意外情况时会导致储罐发生剧烈超压，仅仅使用呼吸阀释放压力是远远不够的，无法有效保持储罐压力。所以可以使用以下几种方法将储罐内压力释放。第一，可以在常压储罐上安装爆破片或者紧急泄压阀；第二，可以将弱连接方式应用于储罐的罐顶和罐壳。如果储罐内压力提高并且打开呼吸阀也不能将压力释放，如果储罐内压力达到紧急泄放阀的标准值，它便会自动打开并向外界喷气，对于降低储罐内压力作用明显，所以该装置被用来解决事故情形下超压问题。

3.4 压力联锁系统

常压储罐压力变化的主要原因为液位的变化，所以应使用储罐的压力联锁系统，该系统的主要作用为防止储罐内液位发生改变，进而达到控制压力变化的效果，同时也是一种预防储罐超压和负压的一种装置。

当外界向储罐输送物料时，如果储罐顶部的压力变送器发现储罐内压力大于呼吸阀的标准值并且小于紧急释放阀的标准值，这就表明呼吸阀的排气能力较弱，联锁系统便会将进料泵关闭，从源头防止储罐内压力升高。

当储罐向外界输送物料时，如果储罐顶部的压力变送器发现储罐内压力小于呼吸阀的标准值并且大于紧急释放阀的标准值，这就表明气封阀不具备一定的补气能力联锁系统便会将出料泵关闭，从源头防止储罐内压力降低[4]。

此压力联锁系统需要通过装置DCS过程控制系统来实现，需要将所有检测信号、状态信号及停泵、关阀等命令信号均引入DCS系统，并将控制、联锁关系、PID流程图及相关控制、联锁值均在DCS系统内进行组态和设定。

4 常压储罐压力联锁设定值

上述的全部储罐压力调控装置相互关系密切，不同装置的标准值也具有一定的关系，本文对石化行业使用较为广泛的常压储罐进行分析，分别从负压控制、超压控制对其设计过程中常压储罐各装置的标准值进行阐述。

4.1 负压控制

正常操作压力的范围在1kPa-3kPa 之间，如果储罐的压力值小于1kPa时，应将气封阀打开，并为储罐提供压力，保持罐内压力的平衡，这也是负压保护的第一步。打开气封阀之后，如果储罐内压力仍处于下降状态，通过罐顶的压力检测仪发现罐内压力值等于0kPa 时，联锁系统会自动将出料泵关闭，进而从源头防止管内压力继续降低，这便是负压保护的第二步。如果将出料泵关闭后，管内压力降至-0.1kPa，会自动打开呼吸阀，将空气吸入罐内，保持压力平衡，这是负压保护的第三步[5]。

4.2 超压控制

如果罐内压力大于3kPa时，呼吸阀会自动打开，完成排气，释放压力。打开呼吸阀后，如果罐内压力仍处于上升状态，将进料泵关闭，从源头防止压力提高。将进料泵关闭后，罐内压力升至8kPa使，打开紧急释放阀，大量排气，将压力释放。

5 结语

近些年来化工储罐导致的安全事故较多，所以加强工艺设计，优化平衡系统和控制系统，达到安全设计的目标。并且在其运行过程中要做好维护工作，有效控制风险，确保常压储罐的安全稳定运转。