常壓儲罐壓力安全保護系統的設計

胡潔

摘 ?要：本文介紹了常壓儲罐壓力安全保護系統的設計，通過選取代表性的常壓儲罐，對氮封閥、壓控閥、呼吸閥、緊急泄放閥的配置及壓力設定進行了描述，為今后類似的工程設計起到了參考指導作用。

關鍵詞：常壓儲罐;壓力;氮封

前言：揮發性有機化合物（以下簡稱：VOCs）是導致大氣霧霾的主要原因物之一，嚴重影響空氣質量和人民身體健康。根據中石化要求，儲罐宜采取罐頂氣相平衡線、罐頂隔熱或涂敷隔熱涂料等措施減少VOCs的排放[1]。

目前儲運設計，油品、化工品儲罐選用常規的立式拱頂罐，依據《石油庫設計規范》GB50074-2014，甲B、乙A類液體化工品采用內浮頂儲罐，并設置氮氣密封保護系統及密閉回收處理罐內排出的氣體。

一、儲罐的安全保護

油品、化工品內浮頂儲罐通常配置氮氣密封系統、壓控排放系統、呼吸閥保護設施、緊急泄放閥保護設施，根據上述儲罐附件針對不同物料制定相應的壓力控制方案。

本文以常壓儲罐（以設計壓力-0.5/2.0kPaG為例）進行研究分析。

1.氮氣密封

儲罐氮氣密封系統的作用主要是為了防止儲罐出現負壓而從呼吸閥吸入空氣，以保持罐內微正壓。氮氣的補充，不但會減少物料的損耗，防止空氣的污染，還可以保證物料的品質和儲罐的安全。

氮氣保護系統包括氮氣源、氮氣管線、氮封閥、罐內壓力檢測等。氮封閥選用開-關型，以保證儲罐氮封壓力的平穩，正常氮封閥在0.2kPaG開啟，在0.5kPaG關閉。當罐內氣體壓力低于氮封閥開啟壓力時，氮封閥打開向罐內補入氮氣;當罐內氣體壓力達到氮封閥關閉壓力時，氮封閥關閉停止向罐內補入氮氣。

考慮到當氮封閥出現故障時需要下線檢修，一般在氮封閥總管上設置旁路，旁路上設置限流孔板。當氮封閥檢修時，使用限流孔板旁路給儲罐內補充氮氣。

2.壓控排放

壓控排放系統的作用主要是為了防止儲罐壓力升高過快而從呼吸閥排出罐頂氣至大氣，以保持罐內微正壓。一般可以有壓控閥和單呼閥兩種。

壓控閥的壓力設定值為0.9kPaG，當罐內氣體壓力高于壓控閥設定壓力時，通過罐頂壓控閥開啟向罐外排出氣體。

3.儲罐安全附件

除了氮封閥和壓控閥之外，常壓儲罐應配置緊急泄放閥、呼吸閥等輔助附件。

（1）補壓工況

當環境溫度驟降或大量出料時，儲罐內部物料急劇收縮，為避免儲罐被抽癟，需要向儲罐補壓。氮封系統作為首道補壓措施，保證了儲罐內部壓力維持在微正壓。

而當氮封閥事故失靈不能及時開啟時，若外界因素造成罐內壓力會繼續下降，儲罐還應設置呼吸閥（吸氣）作為二道保護措施。呼吸閥的壓力設定值為-0.3kPaG，當儲罐內部壓力降低至該值時，通過帶阻火器的呼吸閥向罐內補充空氣，確保罐內壓力不低于儲罐的設計壓力低限（-0.5kPa）。

（2）超壓工況

當環境溫度驟升或大量進料時，儲罐內部物料急劇擴張，為避免儲罐被充爆，儲罐需要向外界排氣。壓控系統作為首道排氣措施，保證了儲罐內部壓力維持在微正壓。

而當氮封閥事故失靈不能及時關閉時，若外界因素造成罐內壓力持續升高，儲罐還應設置呼吸閥（呼氣）作為二道保護措施。呼吸閥的壓力設定值為1.35kPaG，當儲罐內部壓力超過該值時，通過帶阻火器的呼吸閥外排。

當儲罐周圍出現火情或超過設計流量的物料注入儲罐時，造成罐內壓力瞬時升高，此時，壓控閥和氮封閥已不能滿足事故狀態下的排放需求，因此還應在儲罐上設置事故泄壓設備，一般常規做法是在儲罐頂部設置緊急泄放閥。緊急泄放閥在事故超壓工況下開啟，儲罐殼頂不會受到損害，保證了儲罐的安全。緊急泄放閥的壓力設定值為1.8kPaG，當儲罐內部壓力升高至該值時，通過緊急泄放閥向罐外排氣，確保罐內壓力不高于儲罐的設計壓力上限（2.0kPa）。

4.壓力設定方案

根據中石化《石油化工儲運罐區 VOCs 治理項目油氣連通工藝實施方案及安全措施指導意見》圖1， 帶氮封常壓儲罐（2.0kPa）各儲罐附件定壓值示例見下圖。

二、其它保護措施

1.阻火器

阻火器是阻止火焰蔓延和防止因回火而引起爆炸的安全裝置。它允許物料流通，但是阻止火焰的通過[2]。

儲罐 VOCs氣相支線靠近儲罐位置、廢氣處理裝置入口等必須設置阻爆轟型阻火器，型阻火器須通過現行的 ISO16852 國際標準和 GB/T 13347規定的測試要求，并出具第三方實驗驗證文件。

阻爆轟型阻火器兩端宜設置切斷閥，并應根據氣象條件和油氣性質設置清堵、防凍措施。

2.在線氧含量分析儀

若廠區設置油氣處理或者回收裝置，應在廠區收集總管上設置在線氧含量分析儀，用于判斷儲罐氮封系統的可靠性，并滿足后續油氣處理或回收設施的安全性。

三、結語

綜上所述，根據規范設置儲罐壓力保護系統中各閥（氮封閥、壓控閥、呼吸閥、緊急泄放閥），可以保障儲罐的安全性能;另外通過合理設定壓力值來控制儲罐內的壓力，能夠避免各閥設定壓力的交集，產生不必要的氮氣損耗和浪費。隨著國家安全、環保、節能要求的不斷提升，規范及安監對罐區安全系統管控也越來越嚴格，為保證罐區的安全運行，保護環境，儲罐壓力保護系統的合理配置將推廣普及。

參考文獻

[1] 《石油化工儲運罐區 VOCs 治理項目油氣連通工藝實施方案及安全措施指導意見》，2016年10月25日

[2] 姚建軍 廣州化工 2013（10）：41-20