储罐氮封系统设置要求

氮封是一种向储存容器或反应器的顶部气相空间填充氮气的工艺，通常用于保护内部物料，防止因空气（氧气）存在而发生氧化、腐蚀、聚合、降解、形成爆炸性混合物等现象。

1、储罐设置氮封的目的

主要有两种目的：

  一、通过注入氮气来实现储罐内部气相空间维持在一个惰性气体密封的环境，隔绝空气或氧气的进入，从而使储罐内部的气相组分始终处在爆炸下限之下或者维持一个非爆炸性的气体混合物，从而实现本质防爆的目的。

  二、通过注入氮气来提高储罐内部气相空间的平衡压力来降低介质物料的挥发，避免物料受氧化或污染，从而达到节能降耗的目的。

2、哪些储罐需要设置氮封

（1）《精细化工企业工程设计防火标准》GB 51283-2020 ：

6.2.2 单罐容积不小于 100m³的甲B、乙A液体当采用固定顶罐或低压罐储罐时，应采用氮气或惰性气体密封。

（2）《石油化工企业设计防火标准》GB 50160-2018：

6.2.2 储存甲B、乙A类的液体，当单罐容积小于或等于5000m³的内浮顶储罐采用易熔材料制作的浮盘时，应设置氮气保护等安全措施。6.2.4A 储存温度超过120℃的重油固定顶罐应设置氮气保护。

（3）《石油库设计规范》GB50074-2014 ：

6.1.2 储存沸点低于45℃或37.8℃的饱和蒸气压大于88kpa的甲B类液体，选用低温常压储罐时(无论是内浮顶还是固定顶)应设置氮气密封保护系统。

6.1.3 储存沸点不低于45℃或37.8℃的饱和蒸气压不大于88KPA的甲B、乙A类液体，当出于特殊储存的需要，采用容量小于或等于10000m³的固定顶储罐、低压储罐或容量不大于100m³的卧式储罐，应设置氮气密封保护系统。

6.1.8 储存I、Ⅱ级毒性的甲B、乙A类液体储罐应设置氮封保护系统。

     从以上三个标准的条款要求中，可知对储罐设置氮封的强制性要求中，精细规的要求是最严格的，油库规的要求次之，石化规的要求是最宽松的（只有采用内浮顶储罐且容量不大于5000m³且同时采用了易熔材料的浮盘，三个限定条件同时满足才需要加氮封）。

3、氮气源及氮气浓度要求

氮气供应：

    通常采用制氮机、液氮储罐或氮气瓶等为氮封系统提供高纯度氮气。

氮封系统氮气浓度要求：

      相关标准中未找到关于氮封系统氮气浓度的具体参数要求。氮封的目的是将可燃气体的浓度惰化到远远低于爆炸浓度下限，我们可以参考《GB/T 37241-2018 惰化防爆指南》中附录A表的内容，理论上可以根据各种可燃气体介质的极限氧浓度来选择我们氮封的浓度值。比如苯在氮气中的极限氧浓度为10.1%，理论上只要保证氮气浓度大于（1-10.1%）89.9%即可。另根据工业氮气纯度要求为99.2%以上，用作保护气体的纯氮纯度最低是99.99%，实际生产中通常采用99.2%浓度以上的氮气源。

4、氮封设置及工作原理

（1）常见氮封设置方式一：

   该氮封系统主要由供氮阀、 泄氮阀、呼吸阀组成。

   当储罐进液阀开启，向罐内添加物料时，液面上升，气相部分容积减小，压力升高，当罐内压力升至高于泄氮阀开启压力设定值时，泄氮阀打开，向外界释放氮气，使罐内压力下降，降至泄氮阀关闭压力设定点时，自动关闭。

   当储罐出液阀开启，开始放料时，液面下降，气相部分容积增大，罐内压力降低，供氮阀开启，向储罐内注入氮气，使罐内压力上升，升至供氮阀压力设定点，自动关闭。

注意：氮封系统氮气入口管线应设置止回阀，且应设置就地压力表。

（2）常见氮封设置方式二：

   该氮封系统主要由供氮阀、 单呼阀、呼吸阀组成。（与方式一相比，将泄氮阀更换为单呼阀）

   当储罐进液阀开启，向罐内添加物料时，液面上升，气相部分容积减小，压力升高，当罐内压力升至高于单呼阀压力设定值时，单呼阀打开，向外界释放氮气，使罐内压力下降，降至单呼阀压力设定点时，自动关闭。

    当储罐出液阀开启，开始放料时，液面下降，气相部分容积增大，罐内压力降低，供氮阀开启，向储罐内注入氮气，使罐内压力上升，升至供氮阀压力设定点，自动关闭。

      呼吸阀、紧急泄放阀或泄压人孔仅在事故工况（如氮封阀失效、泄氮封失效、火灾工况等）启动，避免储罐运行时呼吸阀频繁动作，减少呼吸阀故障率。

（3）氮封管线布置：

     氮气管线的入罐位置应远离呼吸阀并伸入罐内约200mm。《管道仪表流程图设计规定》(HG 20559-1993)第6.0.3.4条款。

     氮封阀应安装在尽量靠近罐顶入口的氮气管线上，外取压管线的取源点宜设在罐顶，以便检测罐内的真实压力。《石油化工罐区自动化系统设计规范》(SH/T3184-2017)第5.4.5.3条款。

（4）氮封系统的压力设定：

     采用氮封的常压可燃液体储罐，其操作压力宜为0.2kpa-0.5kpa；其他设置有呼吸阀的储罐，其操作压力宜为1Kpa～1.5KPa。

   （如：供氮阀开启压力宜设为0.2kpa，关闭压力宜设为0.5kpa。当罐内压力低于0.2kap时，供氮阀开启向罐内充氮；当罐内压力达到0.5kap时，供氮阀关闭停止充氮）

注意：对于设置有泡沫灭火系统的储罐，还应考虑泡沫系统密封玻璃的耐压性能，避免氮封压力过高冲破玻璃。

（5）氮封系统的氮气供气量计算：

     根据《气封的设置》HG/T 20570.16-95：

2.0.1.1 储罐气封装置的供气量应大于或等于由于泵抽出储罐内储存的液体所需的补充气量与由于外界气温变化而产生的储罐内气体冷凝和收缩所需补充的气量之和。

     泵抽出储罐内储存的液体所需补充的气量等于泵的最大输出能力。

     储罐内气体冷凝和收缩所需补充的气量参考HG/T 20570.16表2.0.1。

     两者所需气量相加,即得氮封装置所需供气量。