石腦油儲罐加裝氮封裝置的重要作用

焦會峰

（中國石油大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶 163714）

0 引言

氮封系統由氮封閥、泄放閥、呼吸閥組成，氮封閥由指揮器和主閥兩部分組成，由內反饋的壓開型微壓調節閥組成氮封系統主要用于保持儲罐上部空間保護氣（一般為氮氣）的壓力恒定，以避免儲罐內物料與空氣直接接觸，防止物料揮發、被氧化以及保障儲罐的安全。氮封系統具有生產運行可靠、反應動作靈敏、節能降耗、維修方便、操作簡單、環保安全等特點，能有效減少VOCs（Volatile Organic Compounds，揮發性有機物）的排放，特別適用于石油化工大型儲罐的氣封保護系統。

1 石腦油儲罐內浮頂的密封運行狀況

1.1 內浮頂結構

某石化裝置原料一罐區于1986 年投用，主要負責乙烯裂解裝置原料的儲存、輸轉工作。該罐區有3 臺容積為5000 m3的石腦油儲罐（3#、4#、5#），設計最初為儲存柴油的固定拱頂罐，1995 年改造增加內浮頂，改為石腦油儲罐，采用組裝式鋁浮盤結構，屬于單盤形式，浮盤的主要結構為浮統、框架、鋪板、支柱、防翻轉裝等置，靠浮筒提供浮力，耐高溫耐腐蝕運行平穩，浮盤方便調整浮力大小及分布。組裝式內浮盤與儲存介質為揮發性液態石油制品的儲罐配套石油，能夠降低介質自然揮發量，有利于節能、降耗、安全、環溫保護，增加經濟效益，缺點是結構強度不夠，抗油氣沖擊性能差。石腦油屬于易揮發、易燃、易溶于有機溶劑。

1.2 內浮盤密封帶結構特點及運行狀況

1.2.1 結構特點

3 臺儲罐的內浮盤密封帶均采用囊式氟橡膠帶，其性能滿足HG/T 2089—2009《浮頂油罐軟密封裝置橡膠密封帶》的要求。密封帶安裝在內浮盤邊緣板上，帶中填充聚氨酯泡沫，依靠泡沫的壓縮變形來實現密封，囊式密封性能遠遠優于舌形密封但成本比舌形的低一些，為防止密封帶直接和油品接觸（因為當油品進入罐中速度快或壓力大時油品易上到浮盤上破損后油品進入里面易造成浮盤傾斜或沉盤），所以2015 年的隱患治理浮盤更換項目中，經過與廠家協商通過增加墊高梁避免密封帶和物料接觸。從3 臺儲罐目前的運行狀況來看，浮盤運行平穩、密封效果良好，未發生浮盤切斜、浮盤上存液的情況。

1.2.2 浮盤運行效果

囊式密封屬于機械密封，隨著運行時間的推移，密封帶對罐壁補償效果會變差，會有少量揮發性氣體逸出，按照目前VOCs監測手段和控制指標，存在揮發性有機物超標的可能性。同時，由于煉油廠的石腦油含硫較高，在儲存過程中易形成硫化亞鐵，遇空氣有自燃危險。因此，為進一步減少油品的蒸發損耗，有必要在存儲易燃易爆、低閃點、易揮發的石腦油儲罐中加裝氮封系統。

2 氮封系統的作用

2.1 氮封系統

氮封系統是提升儲罐安全、減少油品損耗、環保排放達標的重要保障。氮封閥是一種高精度的KP 級別的用于保持氮氣壓力在一個設定值的壓力穩定裝置。當儲罐收料閥打開，物料流向內儲罐內時，罐內物料液面上升，導致氣相部分的容積減少，儲罐內氣體壓力上升，當儲罐內的氣體壓力高于氮封閥壓力的設定值時，泄氮閥自動打開，向外界釋放氮氣，使罐內氣體壓力下降，當壓力降低到泄氮閥壓力設定值時，泄氮閥自動關閉。當儲罐出料閥打開，物料流出儲罐，罐內物料液面降低，導致氣相部分容積增大、儲罐內氣體壓力降低，供氮閥開啟，向儲罐內輸入氮氣增壓，使儲罐內氣體壓力升高，當氣體壓力升高到供氮閥壓力設定值時，供氮閥自動關閉[1]。

這3 臺儲罐均安裝有一套氮封系統，其制造商為德國MANKENBERG GmbH，為DM762F-11/2 型，出入口尺寸均為DN40，導壓管為NPT″，操作介質為氮氣，其他工作參數見表1。

表2 緊急泄放閥的工作參數

2.2 呼吸閥

呼吸閥的主要作用是減少介質揮發、維護儲罐內部氣體壓力平衡，利用儲罐材料自身的承壓能力來減少介質排放，實現儲罐的安全節能環保。呼吸閥的工作原理是，利用正負壓閥盤的重量來控制儲罐的排氣正壓和吸氣負壓；當物料流出儲罐，罐內上部空間的氣體壓力降低，當壓力降低到呼吸閥的操作負壓時，儲罐內外的大氣壓差將頂開呼吸閥的負壓閥盤，外界的大氣流入儲罐內，使罐內的氣體壓力逐漸升高不再持續下降，讓罐內外的氣體壓力保持平衡，來保護儲罐安全的一種裝置[2]。

這3 臺儲罐的儲存介質均為石腦油罐，常溫儲存，每臺儲罐配備兩個呼吸閥（德國PROTEGO 生產，型號為UB/SF-G0-150），采用與阻火器組合使用的方式，正負壓開啟值為+1.2～-0.36 kPa（G.）。在同一臺儲罐上，呼吸閥的投用時間與氮封系統一致。

2.3 緊急泄放閥

緊急泄放閥是安裝在石油、化工等物料儲罐上的應急安全裝置，通常與呼吸閥配套使用。在正常生產運行情況下，緊急泄放閥基本保持密封狀態，儲罐內的壓力正常。當呼吸閥的工作滿足不了因意外原因造成儲罐急劇超壓時，緊急泄放閥的泄壓閥自動打開，對儲罐進行緊急泄壓，使罐內壓力保持正常，以保護儲罐生產運行的安全[3]。

這3 臺儲罐的儲存介質均為石腦油罐，每臺儲罐配備1 個緊急泄放閥（Braunschweiger Flamefilter GmbH 生產，ER/V-500型，重161 kg，入口尺寸DN500），安裝于石腦油罐頂。

3 氮封閥與呼吸閥的協調作用

3.1 常壓儲罐加裝氮封的目的

（1）保證儲罐內的壓力維持在一定水平。呼吸閥既可以向外呼氣又可以向罐內吸氣，當罐內壓力低于設定值時，需要向罐內充氮以增加壓力；當罐內壓力高于設定值時，呼吸閥會自動排出多余的氮氣。

（2）氮氣可以隔絕空氣和罐內介質，防止介質被氧化，同時避免罐內進入空氣形成爆炸性混合物。

3.2 安裝呼吸閥的必要性

如果氮封閥出現故障、儲罐內壓力過低時，呼吸閥會工作向儲罐內吸入空氣，保證儲罐不被吸扁。而氮封閥既要保證氣體的壓力恒定又要防止物料的揮發，這就要求呼吸閥的數值調整要大于泄壓閥的設定值，以避免呼吸閥的啟動。所以，儲罐安裝了氮封調節閥后，依然還要安裝防爆阻火呼吸閥。儲罐呼吸閥、氮封閥的安裝依據和目的的依據是《石油化工企業設計防火規范》，甲、乙類液體的固定頂罐，應設阻火器和呼吸閥[4]。

3.3 呼吸閥的泄漏量檢測（VOCs）

受儲罐內浮盤密封帶泄漏以及罐壁掛油的影響，無論儲罐采用何種內浮盤密封技術進行密封，罐內氣相空間油氣濃度存在超標的可能，因此氮封儲罐應重點關注氮封系統的密閉性、罐內氧含量的控制，關鍵在于控制呼吸閥的泄漏量[5]。但是儲罐不屬于特種設備，其安全附件檢驗并無標準體系。原料一罐區通過每季度的VOCs 檢測，定期檢測儲罐的呼吸口等泄漏點，并對泄漏狀況進行分析和整改，加大對石腦油儲罐的日常檢查管理力度，做好運行期間罐內氧含量和油氣濃度監測工作，從源頭上進行安全和環保的治理。

4 結論

原料一罐區的3 臺石腦油儲罐自加裝氮封系統后，內浮盤上部空間為微量油氣和氮氣的混合氣體，增加的氮封氣體將氧氣阻隔在系統之外，因而不會形成混合性爆炸氣體，有效防止了石腦油中硫化物的自燃。由于氮氣密度低于油氣，呼氣時呼出罐外的主要是氮氣而不是石腦油揮發出來的油氣，因此可避免儲罐向外呼出有毒有害油氣造成的環境污染。運用氮封等技術能夠提高儲罐應對風險的能力，降低儲罐運行風險，延長儲罐使用壽命，對于企業的安全平穩生產具有重要意義。

圖1 原料一罐區石腦油罐罐頂氮封系統