周開君(鎮(zhèn)海石化工程股份有限公司設計部安裝室， 浙江 寧波 315042)

輕質油內(nèi)浮頂罐增設氮封的工藝設計及設備改造

周開君(鎮(zhèn)海石化工程股份有限公司設計部安裝室， 浙江 寧波 315042)

罐上設置氮封設施是保障輕質油內(nèi)浮頂儲罐安全運行的有效措施之一。以鎮(zhèn)海煉化儲存重整原料油的內(nèi)浮頂油罐G912～G914為例，從氮氣緩沖罐的罐容確定、氮氣管道水力計算、增設呼吸閥及泄壓閥等方面，詳細介紹了輕質油內(nèi)浮頂罐增設氮封設施的工藝設計及設備改造，提出了氮封設施改造過程中應該注意的問題。

氮封；內(nèi)浮頂罐；緩沖罐；呼吸閥

1 氮封必要性

鎮(zhèn)海煉化重整原料罐G912～G914為常壓內(nèi)浮頂罐，罐容均為5000m3，儲罐在罐壁設置了8個通氣孔、1個罐頂通氣孔。重整原料主要由輕質烴類組成，含硫、砷、鉛、銅等少量雜質。在使用過程中發(fā)現(xiàn)油罐輕組分揮發(fā)嚴重，罐區(qū)內(nèi)即便在不操作時也有濃重的油氣味。大量輕組分的揮發(fā)不但使油品質量降低、數(shù)量損失，造成大氣污染，還將聚集在浮盤上部空間，大大增加罐區(qū)發(fā)生火災的危險性。

為消除儲罐安全隱患，在罐上設置氮封設施，使儲罐保持微正壓是有效措施之一。氮氣密封技術就是用氮氣補充罐內(nèi)氣體空間，利用氮氣比油蒸氣輕的特性，使氮氣浮在油蒸氣上面。當呼氣時，呼出罐外的是氮氣而不是油蒸氣，減少蒸發(fā)損耗。當罐內(nèi)壓力降低時，在氮封閥的作用下氮氣自動進罐補充氣體空間，使其中油氣濃度相對降低，同時氮氣起到密封的作用，避免油品直接接觸空氣而被氧化。因此，儲罐G912～G914考慮增設氮封設施，同時需對儲罐的相關設備進行改造。

2 氮封設施設計

(1)氮封設施流程描述 氮封設施由高壓氮減壓系統(tǒng)、氮氣緩沖罐、氮封閥等部分組成。氮封設施典型流程圖見附圖1。

圖1 氮封設施典型流程圖

氮氣自現(xiàn)有高壓氮氣系統(tǒng)管網(wǎng)接出，通過減壓閥組減壓后接至氮氣緩沖罐。經(jīng)氮氣緩沖罐緩沖后接至罐頂?shù)忾y，當設置于罐頂?shù)娜嚎诟袘絻迚毫Φ陀诘忾y設定壓力時，氮封閥開啟，氮氣流入儲罐，隨著罐內(nèi)壓力的升高并達到氮封閥的設定壓力時，氮封閥關閉，完成補氮過程。

(2)氮氣量的確定 氮封氣的需用量由兩部分組成：一部分為泵抽出液體需補充的氮氣量，這個氣量在數(shù)值上等于泵的最大輸出流量，對于同一原料類型的儲罐，由于工藝上不可能出現(xiàn)各儲罐同時作業(yè)情況，該部分氣量按最大儲罐作業(yè)情況下而定。另一部分是由氣溫變化引起罐內(nèi)氣體冷凝所需補充的氣量。第二部分氣量的計算按美國石油學會API標準2000《常壓和低壓儲罐的放空》中規(guī)定取值，該數(shù)值的計算基準是允許罐內(nèi)氣體每小時溫度變化37.8℃[1]。儲罐G912～G914各工況下需補氮氣量計算見表1。

表1 補氮氣量計算

(3)氮氣緩沖罐壓力的確定 因氮封閥前管網(wǎng)壓力與氮氣緩沖罐的壓力基本一致，可根據(jù)氮封閥的工作壓力要求來確定緩沖罐壓力。綜合考慮后將氮氣緩沖罐壓力設定為0.6MPa(G)。

(4)氮氣緩沖罐的罐容確定 氮氣緩沖罐容量并無相關規(guī)范標準做明確要求，本次改造從安全角度出發(fā)，考慮緩沖罐能儲存3套氮封設施1min內(nèi)最大氮氣需用量。從上表可以看出，儲罐由于溫降所需的氮氣用量大，而且要求3套氮封設施需同時供氮，故緩沖罐罐容按儲罐最大溫降加上發(fā)油時單罐最大輸出流量所需氮氣設置。根據(jù)相關資料，在夏日極端氣候改變情況下，罐內(nèi)氣體溫度會急劇的下降，下降速率最高可達1℃/min左右，故按1℃/min溫度下降速率進行核算。假設溫度下降前儲罐氣相溫度T1為40℃(313K)，1min后氣體溫度降至T2：39℃(312K)，油罐內(nèi)氣相初始體積V1按浮盤降至最低時浮盤上方的氣相空間4800 m 考慮，罐內(nèi)氣體空間溫度變化前后壓力不變，根據(jù)蓋。呂薩克定律：V1/T1=V2/T2，可以得到：V2=(4800×312)/313=4784m3，單罐所需氣量為16m3。由于3臺罐同時產(chǎn)生溫降，最大所需氮氣量為48m3/min，氮封閥設定壓力，憑經(jīng)驗按500Pa(G)考慮，溫度為39℃，折算為標準狀態(tài)下的量V3為42.2 Nm3/min，發(fā)油時所需氮氣量V4為泵的最大輸出流量，即V4=250Nm3/h =4.2Nm3/min，總氮氣量V=42.2+4.2=46.4Nm3/min。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，46.4Nm3在P=0.6MPa(G)，T=312K時體積為7.6m3，因此選取氮氣緩沖罐的罐容為8m3。

(5)氮氣管道水力計算 根據(jù)常用介質流速的推薦，可初選氮氣管道流速u為20m/s，Q為2650Nm3/h,按管徑計算公式[2]

可得管道的內(nèi)徑為88mm。由此初選主管管徑為DN100，計算出摩擦壓降約為17kPa，從主管至各個罐的氮氣支管流量按1050Nm3/h考慮，用同樣的方法可求得支管選用DN80管道，管道摩擦壓降約為10kPa。

3 設備改造

(1)罐體改造 儲罐增加氮封設施后，需對罐體進行改造，首先將罐壁及罐頂通氣孔封堵，同時在罐頂增設氮氣入口、氮封取壓口，并更換鋁浮盤的密封膠帶。

(2)增設呼吸閥及泄壓閥 增設氮封后儲罐成為微正壓儲罐，為確保儲罐超壓情況下的安全，根據(jù)《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(guī)范》[3]中的呼吸量的要求，為每臺罐選用2臺DN250全天候防火呼吸閥。當罐內(nèi)壓力高于氮封閥的設定值時，呼吸閥打開，呼出罐內(nèi)氣體直到壓力下降到設定值。為防止呼吸閥高壓失效時對儲罐的破壞，每臺儲罐還需增設1臺DN500抽屜式阻火吸入泄壓閥。當呼吸閥正常工作滿足不了因意外原因造成儲罐壓力急劇超壓時，泄壓閥的泄壓蓋自動頂開，進行緊急泄壓，使罐內(nèi)壓力保持正常，當罐內(nèi)壓力急劇減壓時，吸入閥便開啟吸入大氣，維持罐內(nèi)正常壓力。

4 氮封設施改造過程中應該注意的問題

(1)為防止氮氣管線中的鐵銹、雜質等進入氮封閥內(nèi)造成氮封閥的腐蝕、卡堵，氮封閥前應設置過濾器。

(2)儲罐頂應設置壓力報警設施，以保證呼吸閥及泄壓閥失效時能及時提醒工人檢查儲罐安全設施。

(3)氮封取壓口應與氮氣入口盡量遠，以保證氮氣進罐時不影響氮氣取壓口的取壓精度。

5 結束語

安全生產(chǎn)是企業(yè)管理永恒的主題，輕質油內(nèi)浮頂罐增設氮封能有效保證油罐安全，本文對諸如汽油、石腦油、凝析油等輕質油儲罐的改造具有一定的借鑒意義。

[1]龔人偉，楊宜.HG/T 20570-95， 化工裝置工藝系統(tǒng)工程設計規(guī)定(二)[S].北京:化工部工程建設標準編輯中心，1996:463.

[2]張德姜，王懷義，劉紹葉.石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊第一篇設計與計算(第四版)[M].北京:中國石化出版社，2009:20.

[3]韓鈞，何躍華，王惠勤，等.SH/T 3007-2014,石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(guī)范[S].北京:中國石化出版社，2015:9.

Process design and equipment modification of nitrogen seal in light oil inner floating roof tank

ZHOU Kai-jun(Installation sector,design department, Zhenhai Petrochemical Engineering Co.,Ltd., Zhejiang Ningbo 315042, China)

Nitrogen seal installation on tank is one of the effective measures to ensure the safe operation of light oil floating roof tank. Taking inner floating roof tank G912～ G914 which is used to store reforming raw oil in Sinopec Zhenhai Refining and Chemical Company for example,process design and equipment modification of nitrogen seal in light oil inner floating roof tank is thoroughly introduced in terms of tank capacity determination of nitrogen buffer tank,nitrogen pipeline hydraulic calculation,additional breathing valve and pressure relief valve; What is more,the problems that should be valued in the reformation of nitrogen sealing facilities are put forward.

Nitrogen seal; Inner floating roof tank;buffer tank,breathing valve.

周開君(1981- )，女，2003年7月畢業(yè)于西南石油學院油氣儲運工程專業(yè),學士學位 ,現(xiàn)從事儲運設計工作,工程師。