可燃介質低壓儲罐氮封系統設計和呼吸氣量的計算

范叢峰, 張夢華

(華東理工大學工程設計研究院有限公司，上海 200237)

可燃介質低壓儲罐氮封系統設計和呼吸氣量的計算

范叢峰, 張夢華

(華東理工大學工程設計研究院有限公司，上海 200237)

在可燃介質低壓儲罐上設置氮封系統，合理設定安全裝置壓力，減少氣相揮發，避免發生燃燒爆炸。進氣閥和泄氣閥分別起“吸入”、“呼出”作用，防止儲罐抽空或者超壓。結合工程實例，介紹進氣量和泄氣量的計算方法，對調節閥選型提供依據。

可燃介質;低壓; 氮封；呼吸；計算

石油化工企業經常儲存可燃、易爆、有毒的化工原料，為減少氣相揮發，防止其和氧氣接觸進而發生燃燒爆炸，通常采用氮氣作為該儲罐的保護氣體[1]。某項目以乙酸乙酯作為氯化反應的一股反應原料，該原料用低壓儲罐存儲。

1 氮封系統設計

查物性MSDS，乙酸乙酯飽和蒸汽壓為13.33kPa(27℃),該儲罐進行微正壓儲存，操作壓力為0.014MPaG。乙酸乙酯可燃、易爆，為防止其和氧氣接觸，避免發生燃燒爆炸，采用氮氣作為保護氣體，同時乙酸乙酯有毒，為滿足環保及安全要求，其呼出氣體進入吸收塔進行吸收處理。采用兩個自力式調節閥[2]以及安全閥作為安全系統，也可以采用兩個調節閥以及壓力檢測元件代替自力式調節閥，其工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

當儲罐對外出料時，罐內液位下降，氣相空間變大；或者由于外界溫度降低，罐內氣體冷凝或者收縮；從而氣相壓力下降。當下降到進氣閥的設定壓力0.014MPaG時，進氣閥開啟，向儲罐輸入氮氣，降低氣相中乙酸乙酯的分壓，減少其物料揮發。

當槽車對儲罐卸料時，罐內液位上升，氣相空間變小；或者由于外界溫度升高，罐內氣體膨脹；從而氣相壓力上升。當壓力上升到泄氣閥的設定壓力0.02MPaG時，泄氣閥開啟，向外界排出以氮氣為主的氣體，該氣體進入吸收塔處理達標后對外排放。此時進氣閥與泄氣閥猶如呼吸閥的“吸入”、“呼出”，防止儲罐抽空或者超壓，保證儲罐的正常操作壓力。當發生火災時，儲罐因受熱引起罐內液體蒸發量急劇增加，此時安全閥開啟向罐外泄放物料，以避免因超壓而損壞儲罐[3-4]。

2 進氣量計算

在美國石油學會標準API標準2000《常壓和低壓儲罐的放空》[5]中，儲罐氮氣氣封裝置的進氣量應不小于由于出料泵泵出儲罐內液體所需的補充氣體量和由于外界氣溫變化而產生的儲罐內氣體冷縮所需補充的氣體量之和。

(1)出料泵泵出儲罐內液體所需的補充氣體量即為泵的最大輸出流量。

Vip=Vpe

(1)

式中:Vip為泵出儲罐內液體所需的補充氣體量，m3/h；Vpe為泵的最大輸出流量，m3/h。

(2)由于外界氣溫下降而產生的儲罐內氣體冷縮所需補充的氣體量。

(2)

式中:VIT為氣溫下降而產生的儲罐內氣體冷縮所需補充的氣體量，m3/h；C為系數，取決于氣相壓力，儲存溫度以及項目所在地緯度,具體見表1；Vtk為儲罐體積，m3；Ri為保溫系數，不保溫時Ri取值為1，儲罐全部保溫時Ri=Rin。

(3)

式中:h為儲罐內部傳熱系數，W/(m2.℃)，對于大部分儲罐而言，取值為4；λin為保溫材料導熱系數，W/(m.℃)；lin為保溫厚度，m。

表1 C系數 c factor

乙酸乙酯儲罐的容積為45m3，存儲溫度為25℃，泵的最大流量為12m3/h，保溫材料為巖棉，導熱系數為0.04W/(m.℃)，保溫厚度為0.05m，項目所在地的緯度為32°，通過計算得出總的進氣量Vi。

Vi=Vip+VIT

(4)

3 泄氣量計算

在美國石油學會標準API標準2000《常壓和低壓儲罐的放空》[5]中，儲罐氮氣氣封裝置的泄氣量應不小于由于進料泵泵入儲罐內液體所需的排放氣體量和由于外界氣溫變化而產生的儲罐內氣體膨脹所需排放的氣體量之和。

(1)進料泵泵入儲罐內液體所需的排放氣體量即為泵的最大輸入流量。

Vop=Vpf

(5)

式中:Vop為泵入儲罐內液體所需的排放氣體量，m3/h；Vpf為泵的最大輸入流量，m3/h。

(2)由于外界氣溫上升而產生的儲罐內氣體膨脹所需排放的氣體量。

(6)

式中，VOT為氣溫上升而產生的儲罐內氣體膨脹所需排放的氣體量，m3/h；Y為系數，取決于項目所在地緯度,具體見表1；Vtk為儲罐體積，m3；Ri為保溫系數，不保溫時Ri取值為1，儲罐全部保溫時Ri=Rin，具體見公式3。

表2 Y系數 Y factor

乙酸乙酯儲罐的容積為45m3，存儲溫度為25℃，泵的最大流量為12m3/h，保溫材料為巖棉，導熱系數為0.04w/(m.℃)，保溫厚度為0.05m，項目所在地的緯度為32°，通過計算得出總的出氣量VO。

V0=Vop+VOT

(7)

經過計算得出進氣閥和泄氣閥的氣體量，且進氣閥閥前氮氣壓力為0.10.MPaG，閥后定壓為0.014MPaG；泄氣閥閥前定壓為0.02.MPaG，閥后根據背壓反推為0.015MPaG；這些數據對調節閥的選型提供依據。

4 結語

(1)在乙酸乙酯低壓儲罐上設置氮封裝置，合理設定進氣閥和泄氣閥的設定壓力，減少氣相揮發，避免發生燃燒爆炸。

(2)進氣閥和泄氣閥分別起“吸入”、“呼出”作用，防止儲罐抽空或者超壓。

(3)為滿足環保及安全要求，其呼出氣體進入吸收塔進行吸收處理達標后對外排放。

(4)結合工程實例，介紹進氣量和泄氣量的計算方法。

(5)進氣閥和泄氣閥的氣體量以及閥前閥后的壓力，對調節閥選型提供依據。

[1] 化工部工藝系統設計技術中心站.HG/T 20570.16-1995, 氣封的設置[S]. 北京：化工部工程建設標準編輯中心，1996.

[2] 武興華.自力式調節閥在氮封系統中的應用[J]．揚子石油化工，2007 (4):4-7．

[3] 徐頂旺.氮封設計中氮封供氣量計算方法的研究[J]．化工設計，2012,22(5):13-15．

[4] 王佰亮.石油化工常壓及低壓儲罐的氮封系統設計[J]．化工設計，2016,26(5):14-16．

[5] American Petroleum Institute .API 2000,常壓和低壓儲罐的放空[S]. WASHINGTON: American Petroleum Institute,2000.

(本文文獻格式：范叢峰, 張夢華.可燃介質低壓儲罐氮封系統設計和呼吸氣量的計算[J].山東化工，2017，46(06)：114-115.)

Design for Nitrogen Sealing System and Calculation for Breathing Quantity of Combustible Medium Low Pressure Tank

FanCongfeng,ZhangMenghua

(Ecust Engineering Design and Research Institute Co.,Ltd., Shanghai 200237,China)

The nitrogen sealing system is set on the low pressure tank which stored the combustible medium,the pressure of the safety device is properly set,reduced the volatilization of the gas phase , avoided the combustion and explosion. The inlet valve and the outlet valve are respectively take effect as "in-breathing" and "out-breathing", prevented the tank pump vacuum or overpressure. With a project as an example, the calculation method for breathing quantity is introduced,which provided basis for regulating vale selection.

combustible medium;low pressure; nitrogen sealing system;breath;calculation

2017-02-16

范叢峰(1985—)，江蘇南通人，2007畢業于南京理工大學化學工程與工藝專業，獲學士學位，注冊化工工程師，從事化工設計工作。

TQ053.2;TE65

A

1008-021X(2017)06-0114-02