石脑油储罐加装氮封装置的重要作用

焦会峰

（中国石油大庆石化公司化工一厂，黑龙江大庆 163714）

0 引言

氮封系统由氮封阀、泄放阀、呼吸阀组成，氮封阀由指挥器和主阀两部分组成，由内反馈的压开型微压调节阀组成氮封系统主要用于保持储罐上部空间保护气（一般为氮气）的压力恒定，以避免储罐内物料与空气直接接触，防止物料挥发、被氧化以及保障储罐的安全。氮封系统具有生产运行可靠、反应动作灵敏、节能降耗、维修方便、操作简单、环保安全等特点，能有效减少VOCs（Volatile Organic Compounds，挥发性有机物）的排放，特别适用于石油化工大型储罐的气封保护系统。

1 石脑油储罐内浮顶的密封运行状况

1.1 内浮顶结构

某石化装置原料一罐区于1986 年投用，主要负责乙烯裂解装置原料的储存、输转工作。该罐区有3 台容积为5000 m3的石脑油储罐（3#、4#、5#），设计最初为储存柴油的固定拱顶罐，1995 年改造增加内浮顶，改为石脑油储罐，采用组装式铝浮盘结构，属于单盘形式，浮盘的主要结构为浮统、框架、铺板、支柱、防翻转装等置，靠浮筒提供浮力，耐高温耐腐蚀运行平稳，浮盘方便调整浮力大小及分布。组装式内浮盘与储存介质为挥发性液态石油制品的储罐配套石油，能够降低介质自然挥发量，有利于节能、降耗、安全、环温保护，增加经济效益，缺点是结构强度不够，抗油气冲击性能差。石脑油属于易挥发、易燃、易溶于有机溶剂。

1.2 内浮盘密封带结构特点及运行状况

1.2.1 结构特点

3 台储罐的内浮盘密封带均采用囊式氟橡胶带，其性能满足HG/T 2089—2009《浮顶油罐软密封装置橡胶密封带》的要求。密封带安装在内浮盘边缘板上，带中填充聚氨酯泡沫，依靠泡沫的压缩变形来实现密封，囊式密封性能远远优于舌形密封但成本比舌形的低一些，为防止密封带直接和油品接触（因为当油品进入罐中速度快或压力大时油品易上到浮盘上破损后油品进入里面易造成浮盘倾斜或沉盘），所以2015 年的隐患治理浮盘更换项目中，经过与厂家协商通过增加垫高梁避免密封带和物料接触。从3 台储罐目前的运行状况来看，浮盘运行平稳、密封效果良好，未发生浮盘切斜、浮盘上存液的情况。

1.2.2 浮盘运行效果

囊式密封属于机械密封，随着运行时间的推移，密封带对罐壁补偿效果会变差，会有少量挥发性气体逸出，按照目前VOCs监测手段和控制指标，存在挥发性有机物超标的可能性。同时，由于炼油厂的石脑油含硫较高，在储存过程中易形成硫化亚铁，遇空气有自燃危险。因此，为进一步减少油品的蒸发损耗，有必要在存储易燃易爆、低闪点、易挥发的石脑油储罐中加装氮封系统。

2 氮封系统的作用

2.1 氮封系统

氮封系统是提升储罐安全、减少油品损耗、环保排放达标的重要保障。氮封阀是一种高精度的KP 级别的用于保持氮气压力在一个设定值的压力稳定装置。当储罐收料阀打开，物料流向内储罐内时，罐内物料液面上升，导致气相部分的容积减少，储罐内气体压力上升，当储罐内的气体压力高于氮封阀压力的设定值时，泄氮阀自动打开，向外界释放氮气，使罐内气体压力下降，当压力降低到泄氮阀压力设定值时，泄氮阀自动关闭。当储罐出料阀打开，物料流出储罐，罐内物料液面降低，导致气相部分容积增大、储罐内气体压力降低，供氮阀开启，向储罐内输入氮气增压，使储罐内气体压力升高，当气体压力升高到供氮阀压力设定值时，供氮阀自动关闭[1]。

这3 台储罐均安装有一套氮封系统，其制造商为德国MANKENBERG GmbH，为DM762F-11/2 型，出入口尺寸均为DN40，导压管为NPT″，操作介质为氮气，其他工作参数见表1。

表2 紧急泄放阀的工作参数

2.2 呼吸阀

呼吸阀的主要作用是减少介质挥发、维护储罐内部气体压力平衡，利用储罐材料自身的承压能力来减少介质排放，实现储罐的安全节能环保。呼吸阀的工作原理是，利用正负压阀盘的重量来控制储罐的排气正压和吸气负压；当物料流出储罐，罐内上部空间的气体压力降低，当压力降低到呼吸阀的操作负压时，储罐内外的大气压差将顶开呼吸阀的负压阀盘，外界的大气流入储罐内，使罐内的气体压力逐渐升高不再持续下降，让罐内外的气体压力保持平衡，来保护储罐安全的一种装置[2]。

这3 台储罐的储存介质均为石脑油罐，常温储存，每台储罐配备两个呼吸阀（德国PROTEGO 生产，型号为UB/SF-G0-150），采用与阻火器组合使用的方式，正负压开启值为+1.2～-0.36 kPa（G.）。在同一台储罐上，呼吸阀的投用时间与氮封系统一致。

2.3 紧急泄放阀

紧急泄放阀是安装在石油、化工等物料储罐上的应急安全装置，通常与呼吸阀配套使用。在正常生产运行情况下，紧急泄放阀基本保持密封状态，储罐内的压力正常。当呼吸阀的工作满足不了因意外原因造成储罐急剧超压时，紧急泄放阀的泄压阀自动打开，对储罐进行紧急泄压，使罐内压力保持正常，以保护储罐生产运行的安全[3]。

这3 台储罐的储存介质均为石脑油罐，每台储罐配备1 个紧急泄放阀（Braunschweiger Flamefilter GmbH 生产，ER/V-500型，重161 kg，入口尺寸DN500），安装于石脑油罐顶。

3 氮封阀与呼吸阀的协调作用

3.1 常压储罐加装氮封的目的

（1）保证储罐内的压力维持在一定水平。呼吸阀既可以向外呼气又可以向罐内吸气，当罐内压力低于设定值时，需要向罐内充氮以增加压力；当罐内压力高于设定值时，呼吸阀会自动排出多余的氮气。

（2）氮气可以隔绝空气和罐内介质，防止介质被氧化，同时避免罐内进入空气形成爆炸性混合物。

3.2 安装呼吸阀的必要性

如果氮封阀出现故障、储罐内压力过低时，呼吸阀会工作向储罐内吸入空气，保证储罐不被吸扁。而氮封阀既要保证气体的压力恒定又要防止物料的挥发，这就要求呼吸阀的数值调整要大于泄压阀的设定值，以避免呼吸阀的启动。所以，储罐安装了氮封调节阀后，依然还要安装防爆阻火呼吸阀。储罐呼吸阀、氮封阀的安装依据和目的的依据是《石油化工企业设计防火规范》，甲、乙类液体的固定顶罐，应设阻火器和呼吸阀[4]。

3.3 呼吸阀的泄漏量检测（VOCs）

受储罐内浮盘密封带泄漏以及罐壁挂油的影响，无论储罐采用何种内浮盘密封技术进行密封，罐内气相空间油气浓度存在超标的可能，因此氮封储罐应重点关注氮封系统的密闭性、罐内氧含量的控制，关键在于控制呼吸阀的泄漏量[5]。但是储罐不属于特种设备，其安全附件检验并无标准体系。原料一罐区通过每季度的VOCs 检测，定期检测储罐的呼吸口等泄漏点，并对泄漏状况进行分析和整改，加大对石脑油储罐的日常检查管理力度，做好运行期间罐内氧含量和油气浓度监测工作，从源头上进行安全和环保的治理。

4 结论

原料一罐区的3 台石脑油储罐自加装氮封系统后，内浮盘上部空间为微量油气和氮气的混合气体，增加的氮封气体将氧气阻隔在系统之外，因而不会形成混合性爆炸气体，有效防止了石脑油中硫化物的自燃。由于氮气密度低于油气，呼气时呼出罐外的主要是氮气而不是石脑油挥发出来的油气，因此可避免储罐向外呼出有毒有害油气造成的环境污染。运用氮封等技术能够提高储罐应对风险的能力，降低储罐运行风险，延长储罐使用寿命，对于企业的安全平稳生产具有重要意义。

图1 原料一罐区石脑油罐罐顶氮封系统