淺析儲罐充氮放空流程設(shè)計

許諾(東華工程科技股份有限公司， 安徽 合肥 230024)

淺析儲罐充氮放空流程設(shè)計

許諾(東華工程科技股份有限公司， 安徽 合肥 230024)

儲罐，尤其是在化工行業(yè)中，往往儲存的物質(zhì)及其復(fù)雜。其安全性不言而喻。目前常見的低壓儲罐充氮放空流程有分層調(diào)節(jié)和自力式氮封閥調(diào)節(jié)。不同的充氮和放空方式，對儲罐的設(shè)計也是不一致的。

儲罐設(shè)計；充氮設(shè)計；儲罐附件

1 引言

常低壓儲罐是指設(shè)計壓力小于6.9kPa的儲罐。目前我國常壓內(nèi)浮頂儲罐應(yīng)用較廣。雖然《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[1]中提到可以用具有高效密封形式的內(nèi)浮頂儲罐。但目前我國所采用的高效密封形式并不能起到較好的作用。所以隨著環(huán)保指標(biāo)的嚴(yán)格，越來越多的常壓內(nèi)浮頂儲罐改為帶尾氣回收的低壓內(nèi)浮頂充氮儲罐。

儲罐充氮具有以下優(yōu)點：(1)避免儲存物料聚合、氧化以及和水發(fā)生反應(yīng)等；(2)減少儲存物料的蒸發(fā)損耗；(3)減少尾氣回收時可燃?xì)怏w的含量；常見的儲罐充氮流程主要有分層調(diào)節(jié)和自力式氮封閥兩種。無論采用哪種方式，均需要確定儲罐的設(shè)計壓力。

2 設(shè)計壓力

在以往的設(shè)計中，儲罐的設(shè)計壓力往往選擇較大，如設(shè)計正壓取值5kPa。但是過大的設(shè)計正壓取值較大導(dǎo)致以下后果：(1)儲罐壁厚選擇較大，儲罐本體造價提高；(2)根據(jù)新版《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范》[2]中提到，儲罐的設(shè)計壓力的舉升力大于罐壁、罐頂及其所支撐構(gòu)件的總重量，應(yīng)當(dāng)錨固。這一規(guī)范導(dǎo)致儲罐的地腳螺栓起升力較大，從而使得儲罐基礎(chǔ)土建投資成本大大增加。筆者曾經(jīng)計算過。在一個30萬噸的乙二醇項目的配套罐區(qū)中，若設(shè)計壓力為5kPa，則僅僅土建基礎(chǔ)成本需增加約2000萬。

所以在保證安全和規(guī)范的前提下，降低儲罐的設(shè)計壓力十分重要。在《鋼制立式圓筒形固定頂儲罐系列》[3]中提到“儲罐設(shè)計正壓為2kPa，設(shè)計負(fù)壓為0.5kPa”。因此可設(shè)置儲罐設(shè)計壓力為-0.49～2kPa。同時儲罐的設(shè)計壓力還需考慮各儲罐附件的壓力設(shè)定。

3 分程調(diào)節(jié)

分程調(diào)節(jié)在化工工藝裝置中應(yīng)用較為廣泛。利用罐頂?shù)倪h(yuǎn)傳壓力表進(jìn)行充氮閥門和放空閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)。在儲罐充氮和放空過程中，采用的是反向規(guī)律。由于分程調(diào)節(jié)所采用的是壓力調(diào)節(jié)閥，會增加在儲罐正常工作時的氮氣損耗，對于大型儲罐而言并非經(jīng)濟(jì)首選。

4 自力式氮封閥充氮流程

自力式氮封閥是利用流經(jīng)閥內(nèi)介質(zhì)的氣質(zhì)自身的壓力作為能源來驅(qū)動閥門自動工作。故其可靠性要優(yōu)于調(diào)節(jié)閥。同時所消耗的氮氣量也要小于分程調(diào)節(jié)。其放空方式也存在兩種。

4.1 設(shè)有兩臺全能力的呼吸閥的流程

為了更好的起到對罐區(qū)尾氣的回收，設(shè)計兩臺全能力的呼吸閥，兩臺呼吸閥均外接管道，將儲罐所呼出的氣體全部輸送至尾氣處理裝置。

由于管路中氣體不便于觀察，所以在程氮氣進(jìn)口處設(shè)置流量計，便于觀察管路中氮氣的工作情況。在項目中往往為了減少投資，充氮管線選用以碳鋼管為多，所以存在管道中的鐵銹堵塞氮封閥，導(dǎo)致氮封閥損壞。為了保護(hù)氮封閥，在氮封閥前設(shè)置過濾器，過濾器后管路采用不銹鋼管。即減少了投資，又保證了儲罐的安全。對于其他附件的設(shè)定同時需要考慮儲罐的設(shè)計壓力，而各個附件的壓力設(shè)定值不能存在重疊，避免增加氮氣的損耗。

(1)氮封閥。儲罐氮封的作用主要是為了防止儲罐出現(xiàn)負(fù)壓而從呼吸閥吸入空氣，以保持罐內(nèi)微正壓；氮封壓力設(shè)置為1kPa，當(dāng)罐內(nèi)氣體壓力低于1kPa時，氮封閥打開向罐內(nèi)補入氮氣；當(dāng)罐內(nèi)氣體壓力達(dá)到1kPa時，氮封閥關(guān)閉停止向罐內(nèi)補入氮氣。(2)呼吸閥。呼吸閥工作壓力(儲罐操作壓力)為-0.295kPa～1.375kPa。當(dāng)?shù)忾y事故失靈不能及時開啟和環(huán)境溫度驟降時，造成罐內(nèi)壓力降低至-0.295kPa時，通過帶阻爆轟阻火器呼吸閥向罐內(nèi)補充空氣，確保罐內(nèi)壓力不低于儲罐的設(shè)計壓力低限(-0.49kPa)；當(dāng)?shù)忾y事故失靈不能及時關(guān)閉和環(huán)境溫度驟增時，造成罐內(nèi)壓力超過1.375kPa時，通過帶阻爆轟阻火器的呼吸閥外排，排出氣體通過管線進(jìn)入尾氣處理裝置。為減少因大氣溫度導(dǎo)致的儲罐熱呼吸量，所有氮封儲罐均設(shè)有保溫。(3)緊急泄放人孔。為確保設(shè)置氮封儲罐事故工況下的安全排放，應(yīng)在儲罐上設(shè)置事故泄壓設(shè)備，緊急泄放閥定壓不應(yīng)高于儲罐的設(shè)計壓力上限(2.0kPa)，考慮到緊急泄放人孔和呼吸閥之間不能有設(shè)定壓力的交集，緊急泄放人孔起跳壓力為1.8kPa。

4.2 設(shè)有一臺單呼閥和一臺呼吸閥的流程

一部分設(shè)計人員認(rèn)為呼吸閥工作屬于非正常工作情況，所以呼吸閥呼出氣體可以無組織排放，可以了減少尾氣處理的能力。因而設(shè)置一個呼吸閥和一個單呼閥。其中單呼閥僅能夠呼出氣體，不能夠吸入氣體，所呼出氣體由管道輸送至下游為期處理裝置。而呼吸閥所呼出的氣體屬于非正常工況，故不進(jìn)行回收，減少了尾氣處理的能力。

當(dāng)加入單呼閥后，為了避免壓力等級的重疊，各儲罐附件及充氮壓力等的壓力設(shè)計也需要重新考慮。其中儲罐的充氮壓力(氮封閥)設(shè)計壓力由1kPa改為0.4kPa，而單呼閥的起跳壓力為0.9kPa。其余儲罐附件設(shè)定和4.1中相同。

5 結(jié)論

不同的充氮和放空流程，各有其優(yōu)缺點。對于大型儲罐而言，更多的采用自力式氮封閥。而采用何種放空方式，則需要根據(jù)項目的實際情況以及環(huán)保要求等來綜合考慮。

[1]《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 31571-2015)

[2]《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范》(GB 50341-2014)

[3]《鋼制立式圓筒形固定頂儲罐系列》(HG21502.1-1992)