儲罐氣封系統(tǒng)供氣量的計算

譚海軍

中國成達工程有限公司 成都 610041

儲罐氣封系統(tǒng)供氣量的計算

譚海軍*

中國成達工程有限公司 成都 610041

氣封系統(tǒng)供氣量不僅受泵抽出儲罐內(nèi)儲存的液體所需的補充氣量與由于外界氣溫變化而產(chǎn)生的儲罐內(nèi)氣體冷凝和收縮所需補充氣量的影響，還受供氣系統(tǒng)及儲罐的安全和監(jiān)控設(shè)施的影響。結(jié)合工程實例介紹儲罐氣封系統(tǒng)的計算及與呼吸閥的異同，為類似工程設(shè)計提供參考。

儲罐 呼吸閥 氣封系統(tǒng) 安全 監(jiān)控設(shè)施

石油化工企業(yè)有不少儲存易燃、易爆和有毒的常壓或低壓儲罐。儲罐在使用過程中，由于儲罐進出物料或外界環(huán)境溫度的變化等引起儲罐內(nèi)氣體的膨脹或收縮，稱為儲罐的“呼吸”；該“呼吸”可能會泄漏從而導(dǎo)致污染環(huán)境，也可能使罐內(nèi)出現(xiàn)真空，導(dǎo)致空氣進入。為了避免上述情況的發(fā)生，儲罐需設(shè)置保護系統(tǒng)。常見的保護措施有氣封系統(tǒng)和呼吸閥。

1 氣封系統(tǒng)的組成

完整的氣封系統(tǒng)由調(diào)節(jié)閥、呼吸閥、緊急泄放閥和相應(yīng)的壓力檢測儀表等組成。調(diào)節(jié)閥可以采用壓力調(diào)節(jié)閥或?qū)I(yè)的自力式調(diào)節(jié)閥(即氮封閥)。氮封系統(tǒng)見圖1。

圖1 氮封系統(tǒng)

氣封系統(tǒng)是將氣體充到儲罐的氣相空間，使儲罐內(nèi)維持一定壓力(正壓)。氣封系統(tǒng)可以防止儲罐內(nèi)物料因與進入的空氣接觸而被污染變質(zhì)；保持儲罐內(nèi)氣相為非可燃氣體或者減少排出儲罐氣體的可燃氣體濃度；防止?jié)窨諝膺M入儲罐導(dǎo)致儲罐銹蝕等。呼吸閥是通過正負壓閥盤的重量來控制儲罐的排氣正壓和吸氣負壓，利用儲罐本身的承壓能力減少介質(zhì)排放來保護儲罐的安全裝置。呼吸閥既可作為單獨的儲罐保護設(shè)施，也可作為氣封系統(tǒng)的一部分。長期以來，對于氣封系統(tǒng)和呼吸閥的計算方法認識有誤，如《氣封的設(shè)置》HG/T20570.16和《石油化工設(shè)計手冊》均將氣封系統(tǒng)供氣量的計算等同于呼吸閥呼吸量的計算。雖然氣封系統(tǒng)和呼吸閥均需要考慮由于泵抽出儲罐內(nèi)儲存的液體所需的補充氣量與由于外界氣溫變化而產(chǎn)生的儲罐內(nèi)氣體冷凝和收縮所需補充的氣量之和。但是氣封系統(tǒng)主要是保護儲罐內(nèi)的介質(zhì)不受污染及防止儲罐內(nèi)形成燃燒或者爆炸條件，而呼吸閥主要是用于保護儲罐本身，因而二者的計算是完全不同的。

2 呼吸閥通氣量的計算

呼吸閥的吸入量由兩部分組成：① 液體出罐時最大出液量所造成的空氣吸入量，應(yīng)按照液體最大出液量考慮；② 大氣最大降溫導(dǎo)致罐內(nèi)氣體收縮造成儲罐吸入的空氣量。在《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》和《VentingAtmosphericandLow-pressureStorageTanks》API2000-2009規(guī)定儲罐熱呼入通量可按表1中的參數(shù)確定。

3 氣封系統(tǒng)通氣量的計算

API2000-2009中規(guī)定，氣封系統(tǒng)所需的氣體量需按儲罐的最大液體排出量及儲罐配備的安全和監(jiān)控設(shè)施綜合考慮確定。根據(jù)儲罐的安全和監(jiān)控設(shè)施不同可分為三個等級。另外，氣封系統(tǒng)的計算不僅僅需要考慮瞬時的通氣量，還需要考慮為了滿足氣封用氣所需要的儲備氣體量。氣封最小的供氣量流量用V表示，供氣需最小的備用氣氣體體積用V1表示。計算如下：

表1 儲罐熱呼入通量

(1)第一級：氣封的供氣需要被監(jiān)控(如檢測儲罐的壓力和檢測氧氣的濃度)。當儲罐內(nèi)真空到達設(shè)定值時，觸發(fā)報警。罐內(nèi)可根據(jù)IEC60097-10劃為1區(qū)且排放管端安裝有阻爆燃的耐燒型阻火器。對于第一級的氣封流量，可按下式計算。

V=0.1CVtk0.7+Vpe

(1)

式中，C為系數(shù)，與物料的飽和蒸汽壓，儲存溫度和項目所在地緯度有關(guān)，見表2[4]；Vtk為儲罐容積，m3；Vpe為最大液體排出量，m3/h。

V1=0.04Vtk (2)

(2) 第二級：儲罐氣封壓力第一級報警觸發(fā)后需連鎖停止出料。罐內(nèi)可根據(jù)IEC 60097-10劃為2區(qū)且排放管端安裝有阻爆燃的阻火器。對于第二級的氣封量，可按下式計算。

V=0.2CVtk0.7+Vpe

(3)

V1=0.08Vtk

(4)

(3)第三級：儲罐無壓力監(jiān)控連鎖等措施或排放管未設(shè)阻火器。對于第三級的氣封量，可按下式計算。

V=0.5CVtk0.7+Vpe

(5)

V1=0.12Vtk

(6)

4 實例

新疆某項目甲醇罐區(qū)設(shè)有3臺5000m3的甲醇儲罐，甲醇輸送泵的流量為100m3/h。儲罐設(shè)有氮封系統(tǒng)并配有阻火器、壓力高低報警及連鎖等。分別根據(jù)上述方法計算儲罐呼吸閥和氮封系統(tǒng)的通氣量。

4.1 儲罐呼吸閥通氣量

查表1，儲罐的熱呼吸通氣量應(yīng)為787m3/h，則儲罐呼吸閥的總通氣量為：

V=787+100=887 m3/h

4.2 儲罐氮封系統(tǒng)通氣量

由于儲罐設(shè)有阻火器、壓力報警及連鎖，無氧氣濃度檢測，應(yīng)按第二級計算儲罐需要的通氣量。該項目緯度為43.77，甲醇20℃飽和蒸汽壓與己烷近似，平均儲存溫度低于25℃，所以系數(shù)C取3。

V=0.2×3×50000.7+100=333 m3/h

V1=0.08×5000=400 m3

4.3 儲罐氮封系統(tǒng)通氣量

按一、三級計算儲罐氮封系統(tǒng)通氣量。

(1)第一級儲罐氮封系統(tǒng)通氣量的計算。

V=0.1×3×50000.7+100=216.5 m3/h

V1=0.04*5000=200 m3

(2)第三級儲罐氮封系統(tǒng)通氣量的計算。

V=0.5×3×50000.7+100=732.5 m3/h

V1=0.12×5000=600 m3

5 結(jié)語

雖然儲罐呼吸閥和氣封系統(tǒng)均需要考慮儲罐內(nèi)液體泵出所需的補充氣量和由于外界氣溫變化而產(chǎn)生的儲罐內(nèi)氣體冷凝和收縮所需補充的氣量之和。但是二者的計算和需要考慮的因素是完全不同的。氣封系統(tǒng)既需要考慮氣封所需的通氣量，還需要考慮滿足氣封用氣所需要的儲備氣體量。氣封系統(tǒng)通氣量不僅僅與儲罐容積、出液量有關(guān)系，還與項目所在地緯度及物料的飽和蒸汽壓有關(guān)。從以上計算可知，不同的安全監(jiān)控等級下儲罐氣封系統(tǒng)所需的通氣量均小于呼吸閥的通氣量，所以如果簡單的使用呼吸閥的通氣量作為氣封系統(tǒng)的用氣量很不合理；氣封系統(tǒng)計算不僅僅需要考慮其通氣量，還需要考慮滿足氣封通氣的儲備氣體。另外，氣封系統(tǒng)的用氣量還與儲罐的安全和監(jiān)控設(shè)施有關(guān)，不同安全及監(jiān)控等級的儲罐氣封系統(tǒng)需要的氣體用量相差很大。因此從節(jié)省運行費用考慮，應(yīng)該增加儲罐的安全及監(jiān)控設(shè)施，減少氣封系統(tǒng)的密封氣消耗；且不能用呼吸閥的通氣量代替氣封系統(tǒng)用氣量，否則會增加運行費用。

1HG/T20570.16-95，氣封的設(shè)置[S].

2 王松漢.石油化工設(shè)計手冊(第4卷)工藝和系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002.

3SH/T3007-2014，石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范[S].

4APISTANDARD2000SIXTHEDITION,NOVEMBER2009VentingAtmosphericandLow-pressureStorageTanks[S].

2016-05-19)

*譚海軍：高級工程師。2007年畢業(yè)于中國石油大學(北京)油氣儲運專業(yè)獲碩士學位。主要從事化工工藝設(shè)計。 聯(lián)系電話：(028)65537144，E-mail：tanhaijun@chengda.com。