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化工儲罐區氮封閥系統設計規范

石油化工企業的罐區經常存儲大量的易揮發化工原料，當從外界進料打入儲罐時，隨著儲罐內液體的增加，儲罐內的氣體就需要向外界排出以便液體進入儲罐中;當從儲罐輸送物料到生產設備時，隨著儲罐內液體的減少，就需要向儲罐內吸入氣體以便液體的輸送。由于儲罐設置在室外，罐內物料會隨著外界環境溫度的變化引起罐內溫度的變化，從而引起儲罐VOCs廢氣的無組織排放。為貫徹落實《大氣污染防治行動計劃》，開展石化行業VOCs綜合整治，大幅減少石化行業VOCs排放，需對石化行業的儲罐設置氮氣密封系統設計，從源頭減少VOCs泄漏排放。

 它一套氮氣微壓保護控制系統（即氮封閥），主要用于保持儲罐頂部保護氣(一般為氮氣)的壓力恒定，以避免容器內物料與空氣直接接觸，防止物料揮發、被氧化，以及容器的安全。整套系統有補氮閥、泄氮閥及呼吸閥三個閥門共同組成，相互配合工作。

    該閥壓力設定在指揮器上實現，方便、快捷，壓力設定值在運行中也可隨意調整；控制精度高，可比一般ZZY型直接操作自力式壓力調節閥高一倍，適合于控制精度要求高的場合。它廣泛應用于化工、石油、冶金、電力、輕紡等工業部門中用作生產過程的自動調節。結構由指揮器、調節閥、執行機構和閥后接管四部分組成。

工作原理：介質以所示箭頭方向進入閥體，一路經過濾減壓器減壓后的壓力被引入指揮器；另一路通過閥芯、閥座，節流后的壓力流向閥后，并通過導壓管引入指揮器執行機構。當閥后壓力高于設定壓力時，其壓力作用在指揮器薄膜有效面上產生一個推力帶動指揮器閥芯關閉，切斷引入主閥執行機構膜室中的壓力，使主閥閥芯關閉，閥后壓力隨之降低。當閥后壓力低于設定值時，由于指揮器主彈簧的反作用力打開指揮器閥芯，閥前壓力又被引入主閥執行機構膜室產生推力，使主閥閥芯打開，閥后壓力隨之升高。如此往復，保持閥后壓力為設定值。

化工儲罐區氮封閥系統設計規范引言

石油化工儲罐區的VOCS廢氣治理主要針對油品儲運罐區無組織排放的灌頂油氣進行集中收集并治理，通常采取的方法為對儲罐設置氮氣密封系統，儲罐區的油氣VOCS通過管道進行統一收集，統一收集后的VOCs采用催化燃燒、熱力焚燒等處理方式進行集中處理，處理后的VOCs達到《煉焦化學工業污染物排放標準》GB16171-2012中表6“大氣污染物特別排放限值"以及《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）中的二級標準中的最嚴值，再進行集中排放。本文就氮封系統在儲罐VOCS中的應用展開了進一步的討論。

1化工儲罐區氮封閥系統設計規范工作原理及優點

1.1氮封系統應用于儲罐VOCs治理中的工作原理

在進行儲罐頂油氣收集治理時，應保證儲罐的本質安全。

氮封系統包括氮氣、氮氣管線、氮封裝置、管內壓力檢測、呼吸閥(含阻火器)、緊急泄放裝置(泄壓閥、泄壓人孔)等組成，儲罐氮封的目的是避免儲罐壓力過低從呼吸閥吸入空氣，以保證儲罐微正壓，常壓儲罐（以設計壓力2.0KPa為列）氮封閥正常壓力設定值宜為0.2Kpa-0.5KPa。

當儲罐出液閥開啟輸送物料時，罐內液面下降，氣相部分容積增大，罐內氣相壓力降低(<100pa)，氮封閥開啟，向儲罐注入氮氣，罐內氮氣壓力上升，當罐內壓力上升至氮封閥壓力設定值時(>500pa)，氮封閥自動關閉。當儲罐進液閥開啟，向罐內添加物料時，液面上升，氣相部分容積減小，罐內壓力升高，當罐內壓力高于VOCs尾氣壓力設定值（900Pa）時，VOCs尾氣閥自動打開，VOCS尾氣統一去往下游車間進行集中處理，罐內氮氣壓力下降，降到尾氣閥壓力設定值（500pa）時，尾氣閥自動關閉。

當氮封閥和尾氣閥失靈時，儲槽內壓力進一步增大，壓力增大至1350Pa時，呼吸閥自動開啟代替氮封閥和尾氣閥起到保護作用。當發生火災或其他事故時，儲罐因受熱引起罐內液體蒸發量劇增，當壓力大于1765pa時，緊急泄放裝置(卸壓閥、泄放人孔)開啟，此時泄放裝置便開始向罐外呼出，以避免儲罐因超壓而損壞。

1.2化工儲罐區氮封閥系統設計規范氮封系統應用于儲罐的優點

儲罐氮封系統裝置(氮封閥、泄氮閥、呼吸閥)是一套自力式微壓力控制系統，主要用于保持容器頂部保護氣的壓力恒定，維持儲罐內的不可燃環境并抑制儲罐的氣體排放。氮封裝置具有節能，動作靈敏、運行可靠、操作與維修方便等特點，氮封裝置廣泛應用于石油化工行業，產品特點無需外加能源，在無電無氣的場合利用被調介質自身能量為動力源，引入壓力閥的指揮器以控制壓力閥芯位置，改變流經閥門介質流量，使閥門后端壓力保持恒定。氮封裝置的供(泄)氮壓力設定方便，可連續運行。

產品特點： 
供（泄）氮封閥壓力設定方便，且可在連續生產的條件下進行；
氮氣壓力設定范圍廣，低至0.3Kpa（30mmH2O），比值達120倍，壓力檢測膜片有效面積大，設定彈簧剛度小，動作極靈敏。
無需外界能源，能在無電、無氣的場合工作，既方便，又節約能源，降低成本；
供氮閥、泄氮閥壓力設定方便，可在連續生產的條件下進行；
壓力檢測膜片有效面積大，設定彈簧剛度小，動作靈敏，裝置工作平穩；
采用無填料設計，閥桿所受摩擦力小，反應迅速，控制精度高；
供氮閥采用指揮器操作，減壓比可達100:1，減壓效果好，控制精度高；
為確保儲罐的安全，需在罐頂設置呼吸閥；
呼吸閥僅起安全作用，避免了常規氮封閥中啟閉頻繁易損壞的缺陷。

化工儲罐區氮封閥系統設計規范結構與工作原理：
    由供氮閥、 泄氮閥、 呼吸閥組成，供氮閥由指揮器和主閥兩部分組成；泄氮閥由內反饋的壓開型微壓調節閥組成，氮氣壓力一般設為100mmH2O，
    通過供泄氮閥的精確控制。當儲罐進液閥開啟，向罐內添加物料時，液面上升，氣相部分容積減小，壓力升高，當罐內壓力升至高于泄氮閥壓力設定值時，泄氮閥打開，向外界釋放氮氣，使罐內壓力下降，降至泄氮閥壓力設定點時，自動關閉。
    當儲罐出液閥開啟，用戶放料時，液面下降，氣相部分容積增大，罐內壓力降低，供氮閥開啟，向儲罐內注入氮氣，使罐內壓力上升，升至供氮閥壓力設定點，自動關閉。

2化工儲罐區氮封閥系統設計規范氮封系統設計時的注意事項

為了防止氮氣產生短路現象，接氮氣供氣管的管子應該從儲罐的頂部插到儲罐里，深度大約為20cm，同時也要和VOCs管的接口保持一定的安全距離。為了避免火災發生時呼吸閥不能為儲罐提供最有利、通道，同時也為了使原物料蒸發的損耗能夠降到，呼吸閥安置點是在儲罐氣源最高的地方。如果兩個呼吸閥需要同時被安裝時，呼吸閥應該對稱布置在罐頂中心，呼吸閥應該一直保持開啟的狀態。

一般情況下氮氣壓力不宜過高，為了提高氮封系統的可靠性及使用效果，在安裝氮氣調節閥組之前，會在氮氣主管上安裝自立式減壓閥，減壓閥將氮氣主管壓力減至0.1MPa以下，可避免儲罐應超壓造成設備事故。

由于氮封閥組和VOCs尾氣閥的背壓管線比較長，調節壓力的精度也比較差，因此VOCs尾氣閥和氮封閥不適合安在儲罐的底部，應該安在儲罐罐頂，以便于維持儲罐的微正壓，從而隔離物料與外界接觸，避免物料的揮發和浪費，保護儲罐的安全。為了降低投資的成本，適當減少供氣量，應該采取一系列的有效措施如：根據當地的天氣情況合理的設置儲罐里氮氣的容量、采取保溫措施、采取隔熱等措施。

各儲罐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，材質應選用不銹鋼。防爆轟阻火器須通過現行的ISO16852國際標準和GB/T13347規定的測試要求，并出具第三方實驗驗證文件，且阻力降不應大于0.3KPa.阻爆轟型阻火器兩端宜設置切斷閥，并根據氣象條件和油氣性質設置清堵、防凍措施。

化工儲罐區氮封閥系統設計規范主要參數及主要性能指標見表一      表一

2、化工儲罐區氮封閥系統設計規范壓力調節范圍見表二              表二

3、主要零件材料見表三                                                   表三

【化工儲罐區氮封閥系統設計規范壓力調節范圍確定】

設定壓力調節范圍分段詳見規格與技術參數表，應盡量將常用壓力設定值選取在范圍的中間值附近。

氮封閥本身是一種調節系統，主閥需一定的推動壓力，即閥前壓力不得低于200KPa（表壓）。3化工儲罐區氮封閥系統設計規范常壓及低壓儲罐VOCs收集及處理的設計和運用

3.1呼吸閥通氣量及VOCs廢氣量確定

根據《石油化工儲運系統罐區設計規范》(SH/T3007－2014)第5.1.3條規定:儲存甲B、乙類液體的固定儲罐和地上臥式儲罐;采用氮氣或其他惰性氣體密封保護系統的儲罐。均應使用呼吸閥。

對石油化工產品而言，常壓及低壓儲罐發揮著儲存作用，其中非常關鍵的保護措施就是呼吸閥:通過呼吸閥通氣作用(呼氣或吸氣)，使儲罐在進出物料或溫度變化時，保持罐內正常的壓力狀態，防超壓或真空致使儲罐受損;常壓及低壓儲罐安裝呼吸閥，有利于減少物料的蒸發，并降低火災風險的發生概率。

以設計壓力2.0KPa的儲罐為例，呼吸閥開啟壓力區間為（-295Pa~+1375Pa），

1)VOCs廢氣通氣管或呼吸閥的通氣量，不得小于下列各項的呼出量之和或吸入量之和；

2)液體出罐時的最大出液量所造成的空氣吸入量，應按液體最大出液量考慮；

3)液體進入固定項儲罐時所造成的罐內液體氣體呼出量，當液體閃點(閉口)高于45℃時，應按最大進液量的1.07倍考慮:當液體閃點(閉口)低于或等于45攝氏度時，應按最大進液量的2.14倍考慮。液體進入采用氮氣或其他惰性氣體密封保護系統的內浮項儲罐時所造成的罐內氣體呼出量，應按最大進液量考慮；

4)因大氣最大溫降導致罐內氣體收縮所造成儲罐吸入的空氣量和和因大氣最大溫升導致罐內氣體膨脹而呼出的氣體。

3.2 化工儲罐區氮封閥系統設計規范罐區VOCs油氣連通方案

儲罐區的VOCs排放至罐區收集總管的控制方案可采用切斷閥控制方案。儲存同類油品罐區的VOCs支管通過連通管道并入罐組收集總管。在罐組收集總管上設置切斷閥，切斷閥的開啟壓力由VOCs尾氣總管壓力及VOCs支管壓力同時控制，當罐組收集總管上的壓力設定值于限壓值時打開切斷閥將VOCs尾氣送至后續工段集中處理。當罐組上收集總管的壓力設定值低于低限值時關閉切斷閥。

3.2 化工儲罐區氮封閥系統設計規范VOCs尾氣集中處理的一般方法

石化行業常用的尾氣處理方法有吸收法、吸附法、冷凝回收法、燃燒法等。

1) 吸收法：選用具有較小的揮發性的液體吸收劑，根據需要處理的氣體種類選用合適的吸收劑，常用的吸收劑有水、洗油、酸和堿等，與被吸收組分有較高的親和力，吸收飽和后經加熱、解吸、冷卻后重新使用。該法用于氣量大、溫度低、濃度低的尾氣。缺點是裝置復雜、投資較大，處理后部分指標不能達到新的環保標準；優點是可以采用不同的吸收劑，適用范圍廣。現在聚焦精各裝置區廣泛采用的排氣洗凈裝置即為吸收法。

2) 吸附法：a）直接吸附法：有機氣體直接通過活性碳，可達到95%的凈化率，設備簡單、投資小、操作方便，但活性炭吸附容量僅約40%，以致需經常更換活性碳，用于濃度低、污染物不需回收的場合。b）吸附回收法：有機氣體經活性碳吸附，活性碳飽和后用熱空氣或水蒸汽進行脫附再生，脫附后的氣體經換熱器冷凝回收。此方法處理效率高，但是裝置復雜，投資較大，適合氣體范疇較窄，如苯類組成較單一的揮發性較好的簡單有機物。另外，吸附后的活性碳屬于危險固廢物，需要廢棄物回收公司處理；

3) 冷凝回收法：將尾氣直接冷凝或吸附濃縮后冷凝，冷凝液經分離回收有價值的有機物。該法用于組成較單一、濃度高、溫度低、風量小的尾氣處理。但此法投資大、能耗高、運行費用大，因此無特殊需要，一般不采用此法；

4) 燃燒法：a）蓄熱式燃燒法：采用蓄熱式煙氣余熱回收裝置，交替切換空氣或尾氣與煙氣，使之流經蓄熱體，能夠在上回收高溫煙氣的顯熱，排煙溫度可降到180℃以下。b）直接燃燒法：利用燃氣或燃油等輔助燃料燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到一定溫度（800℃以上），駐留一定的時間，使可燃的有害氣體燃燒并分解為二氧化碳和水等。該法工藝簡單、能有效解決有機尾氣污染，是有效的“管子末端技術"之一。

石化行業儲罐區傳統的尾氣VOCs處理方法多為通過排氣洗凈塔進行洗油吸收凈化后集中排放，由于尾氣組成較復雜，后續不適用于吸附或冷凝等處理方法。為了滿足國家針對大氣污染物日趨嚴格的管控要求，近年來常采取直接燃燒法。

經焚燒處理后的尾氣達到《煉焦化學工業污染物排放標準》GB16171-2012中表6“大氣污染物特別排放限值"以及《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297-1996）中的二級標準中的最嚴值，具體詳見表1.1：

化工儲罐區氮封閥系統設計規范表1.1 本項目排放限值

化工儲罐區氮封閥系統設計規范安裝使用與維護：

1、安裝：
（1）在安裝前，檢查整機零件是否缺損或者松動，對管道應進行清洗，介質流向應與閥體箭頭指向一致。
（2）為便于現場維修與操作，閥四周應留有適當的空間。
（3）閥門應正立垂直安裝在水平管道上，閥體與管道的法蘭連接，要注意軸度，并應安裝在環境溫度不超過-25~55°C的場合使用。
2、使用：
（1）開啟閥前截止閥，使介質緩慢流入閥體
（2）擰開指揮器護罩，松開指揮器調節螺釘
（3）調節指揮器主彈簧，使閥后壓力至設定值
（4）固定指揮器調節螺釘，裝好護罩，調壓閥即可開始工作
（5）不用時，關閉閥前截止閥
3、維護
（1）拆卸閥門時，要保護好精密零件的表面，拆裝閥座時，要使用工具
（2）閥芯與閥座，不管修理或者更換，密封面都必須進行研磨
（3）彈簧若有裂縫跡象，必須更換
（4）密封墊片與0型圈每次檢修時全部更換，膜片根據檢查結果而定。
（5）閥門平時維護，只有觀察閥后導壓器上的壓力表是否符合設計值要求即可。另外若發現各連接處有滲漏，可擰緊螺母與螺釘或更換密封墊片與0型圈

化工儲罐區氮封閥系統設計規范結語

石油化工罐區VOCs治理主要針對油品儲運罐區無組織排放的罐頂油氣VOCs進行集中收集并治理，油氣收集系統應能滿足同一系統內同時運行的不同介質儲罐的小時最大排氣量的要求，在進行儲罐頂油氣收集治理時應保證儲罐的本質安全，氮封系統通過有效的設定各閥的壓力，從而實現控制罐內的壓力，這樣才能使得氮封系統的設計更加的合理，避免安全事故的發生。其中尾氣VOCs閥和氮封閥在氮封系統中扮演著重要的角色，而呼吸閥和緊急血壓裝置只能起到安全保護的效果。

隨著近年來氮封系統的應用更加的廣泛，儲罐區經過氮氣密封后，收集的尾氣再送至下游車間進行集中處理，企業生產的安全環保性也不斷得到提高，降低了損耗，提高了企業的經濟效益，同時減少了有毒氣體的排放保護了生態環境。