余婷, 廉雅斌

（天津渤化工程有限公司，天津 300193）

本文將對(duì)氮封系統(tǒng)對(duì)不同介質(zhì)的工藝運(yùn)用作出相關(guān)討論， 為從事相關(guān)工作人員提供一定的參考借鑒。

1 常壓低壓儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)

現(xiàn)有技術(shù)的儲(chǔ)罐氮封工藝是在每個(gè)儲(chǔ)罐頂部設(shè)置一個(gè)氮封系統(tǒng)， 氮封管線上均有氮封閥、限流孔板、止回閥等，造成管線附件投資增加[1]。而且每個(gè)氮封儲(chǔ)罐排放的氮封尾氣沒(méi)有充分利用且用量不均，罐區(qū)初建時(shí)考慮的是氮?dú)庾畲筮\(yùn)用量，這樣造成氮?dú)饫速M(fèi)，系統(tǒng)運(yùn)行能耗增加。 這種投資高利用率低的氮封工藝不僅安裝麻煩，管理維護(hù)也不方便，壓力變送器測(cè)量誤差或氮封閥調(diào)節(jié)閥故障往往造成大量氮?dú)膺M(jìn)入儲(chǔ)罐，并呼出大量油氣，或者氮封閥不能及時(shí)補(bǔ)氮?dú)?，而造成空氣由呼吸閥吸入儲(chǔ)罐影響液體品質(zhì)，而這些故障往往不易發(fā)現(xiàn)[2]。

另外，油品的存儲(chǔ)由于“大小呼吸”導(dǎo)致油氣損失巨大， 導(dǎo)致氮封尾氣主要是油氣和惰性氣體，為此需設(shè)置回收系統(tǒng)將油氣集中處理。 油氣回收是儲(chǔ)罐組各個(gè)油氣支路與油氣總管路連接，油氣經(jīng)過(guò)油氣總線進(jìn)入油氣回收裝置。 但是，若將所有儲(chǔ)罐通過(guò)管路連接，一旦有一個(gè)儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)等意外事故， 將會(huì)波及整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)所有儲(chǔ)罐，造成難以想象的災(zāi)難。 因此，在對(duì)儲(chǔ)罐油氣集中回收處理時(shí)，氮封系統(tǒng)的設(shè)置必須要確保儲(chǔ)罐系統(tǒng)的安全。

為解決上述問(wèn)題，改進(jìn)的氮封系統(tǒng)技術(shù)方案是這樣的： 各油氣支線由罐頂呼吸閥前引出，在各油氣支線上分別設(shè)有阻火器和切斷閥，在單個(gè)儲(chǔ)罐出現(xiàn)故障，需要與氮?dú)饪偩€和氮封尾氣排放系統(tǒng)切斷時(shí)，關(guān)閉切斷閥。 將氮封閥移到氮?dú)庵鞴?，氮封閥之后的氮?dú)庵鞴芎椭Ч芗醋鳛閮?chǔ)罐氮封尾氣排放管線和油氣回收管線，總線氮封閥前設(shè)有壓力變送器、止回閥和限流孔板，止回閥可有效防止油氣逆流和可燃?xì)怏w倒竄到總管，限流孔板為流量控制元件，可有效防止流速過(guò)快導(dǎo)致儲(chǔ)罐超壓泄放。 總線開關(guān)閥后設(shè)有引風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)連接油氣回收裝置，總線開關(guān)閥前有一根與油氣回收裝置連通的相連的排氣線，排氣線上設(shè)有開關(guān)閥，如圖1 所示。

圖1 改進(jìn)常壓儲(chǔ)罐氮封工藝

各儲(chǔ)罐壓力與油氣支線和油氣總線形成的油氣系統(tǒng)的壓力隨各儲(chǔ)罐進(jìn)出物料以及氣溫氣壓變化引起油氣體積增減而變化。

當(dāng)油氣總線壓力大于補(bǔ)氮壓力時(shí)，油氣在各儲(chǔ)罐之間自平衡；或者總開關(guān)閥打開，多余油氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)升壓，進(jìn)入回收裝置；當(dāng)油氣總線壓力進(jìn)一步提高，油氣量超過(guò)油氣回收系統(tǒng)，或回收裝置出現(xiàn)故障，排氣開關(guān)閥打開，油氣經(jīng)排氣線，油氣回收裝置和阻火器排空。 當(dāng)油氣總線壓力再次提高，超出呼吸閥壓力，油氣經(jīng)罐頂呼吸閥呼出；此時(shí)油氣總線控制壓力順序?yàn)椋貉a(bǔ)氮壓力＜回收壓力＜排氣壓力＜罐頂呼吸閥呼出壓力。 當(dāng)油氣壓力降低，低于補(bǔ)氮壓力時(shí)，補(bǔ)氮閥打開，給油氣總線補(bǔ)入氮?dú)?；?dāng)油氣總線進(jìn)一步降低，低于呼吸閥壓力時(shí)，補(bǔ)氮閥繼續(xù)打開，同時(shí)空氣經(jīng)罐頂呼吸閥吸入油氣系統(tǒng)。 此時(shí)油氣總線控制壓力順序?yàn)椋?呼吸閥吸氣壓力＜補(bǔ)氮壓力＜回收壓力＜排氣壓力＜罐頂呼吸閥呼出壓力。

與每個(gè)儲(chǔ)罐設(shè)置獨(dú)立的氮封系統(tǒng)，各儲(chǔ)罐獨(dú)立呼吸不同，這套儲(chǔ)罐油氣回收系統(tǒng)及氮封工藝將整個(gè)罐組氣相系統(tǒng)連成一體，使各儲(chǔ)罐之間互相連通達(dá)到壓力平衡。 進(jìn)入油氣回收裝置的油氣量不是各個(gè)儲(chǔ)罐排氣量之和，而是各個(gè)儲(chǔ)罐在油氣平衡后，多余油氣部分的排氣量，降低了罐區(qū)用氮量的不均衡性，單儲(chǔ)罐液位變化不會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)性的大幅補(bǔ)氮?dú)夂团诺馕矚獾默F(xiàn)象； 其次，整個(gè)罐組的補(bǔ)氮量不是各個(gè)儲(chǔ)罐補(bǔ)氮量之和，而是各個(gè)儲(chǔ)罐油氣平衡后，缺少部分油氣體積的補(bǔ)氮量，這樣氮?dú)庀拇罅繙p少，節(jié)約氮?dú)庠?0%以上； 最后也不用在每個(gè)儲(chǔ)罐上都設(shè)置氮封系統(tǒng)， 只用在油氣總管上集中設(shè)置1 套或2 套氮封系統(tǒng)，空分裝置規(guī)模明顯縮小，預(yù)計(jì)空分裝置規(guī)模可縮減30%以上。 這樣不但投資省，廠區(qū)運(yùn)行成本降低，而且安裝維護(hù)方便，可靠性也更高。 每條油氣線上都有阻火器， 由于有阻火器的間隔，即使有一個(gè)儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)，也不會(huì)迅速波及其他儲(chǔ)罐，造成事故蔓延，大大提高罐區(qū)的安全性。 防止儲(chǔ)罐發(fā)生燃燒爆炸事故， 另一種解決辦法：只要降低儲(chǔ)罐內(nèi)氧氣含量即可。 儲(chǔ)罐內(nèi)含氧量只要低于一定值就不會(huì)發(fā)生。 可以將氮?dú)馀c氧氣進(jìn)入儲(chǔ)罐之前進(jìn)行混合，制成氧含量在發(fā)生燃燒的最低值以下的低氧空氣。 低氧空氣在進(jìn)入儲(chǔ)罐以后被進(jìn)一步稀釋，這樣儲(chǔ)罐的氧含量一直處在必須氧含量以下，可以從根本上解決儲(chǔ)罐發(fā)生燃燒和爆炸的事故。 此外，由于系統(tǒng)設(shè)置多個(gè)排氣閥、氮封閥和壓力變送器，所有儲(chǔ)罐都配有呼吸閥等多重保護(hù)措施，因而儲(chǔ)罐發(fā)生超壓破壞和負(fù)壓吸癟的概率大大降低。

2 液硫儲(chǔ)罐氮?dú)饷芊庋b置

液硫在常溫常壓下是黃色無(wú)味的固體，120℃可熔化成黃色液體。 液硫儲(chǔ)罐工作溫度在135～142℃，罐頂設(shè)有通氣孔、消防蒸汽口、液位計(jì)口。為防止液硫及硫蒸汽將儲(chǔ)罐設(shè)備及管嘴堵塞，罐壁和罐底及罐頂設(shè)加熱盤管， 儲(chǔ)罐外壁貼保溫層，加熱和保溫措施共同作用，能夠彌補(bǔ)設(shè)備與外部熱交換損失的熱量，確保了溫度在可控制的范圍內(nèi)。 液硫中溶有一定量的硫化氫和多硫化氫， 在存儲(chǔ)過(guò)程中多硫化氫分解產(chǎn)生硫化氫，然后在氣相中富集，高溫液硫蒸汽、液硫中的H2S 在通氣孔空氣的進(jìn)入下都可對(duì)金屬罐壁造成腐蝕，發(fā)生FeS 自燃。 雖然液硫儲(chǔ)罐在罐底、 罐中及罐頂設(shè)置了熱電偶溫度計(jì)， 用來(lái)檢測(cè)儲(chǔ)罐的溫度，用來(lái)判斷儲(chǔ)罐是否著火，但是當(dāng)火焰只是小規(guī)模燃燒時(shí)， 測(cè)溫點(diǎn)短時(shí)間是不易檢測(cè)是否著火的。此外儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)時(shí)，滅火方式是通入蒸汽將液硫與空氣隔離達(dá)到滅火目的。 但蒸汽冷凝水會(huì)使液硫凝固，還與液硫中的氫離子形成稀酸進(jìn)一步腐蝕設(shè)備[3]。

徹底解決液硫儲(chǔ)罐著火的安全問(wèn)題、管嘴堵塞及儲(chǔ)罐腐蝕問(wèn)題， 液硫儲(chǔ)罐采用氮?dú)饷芊庋b置。 在儲(chǔ)罐內(nèi)用氮?dú)鈱⒁毫蚺c空氣隔離，通過(guò)氮?dú)夤芫€為液硫儲(chǔ)罐供氮?dú)?，?dāng)儲(chǔ)罐壓力低于供氮閥時(shí)自動(dòng)開啟供氮， 當(dāng)儲(chǔ)罐高于氮封閥關(guān)閉供氮，同時(shí)增設(shè)一泄壓閥，液硫儲(chǔ)罐罐頂還增加一防爆板，確保儲(chǔ)罐安全。 液硫儲(chǔ)罐上方設(shè)置一蒸汽滅火口，泄氮口處連接除異味管道。 氮封閥自帶氮?dú)夥创祾吖δ埽忾y的引壓管蒸汽伴熱至氮封閥前，確保氮封閥和引壓管不易堵塞。 罐頂?shù)乃泄芸诰O(shè)為蒸汽夾套管口， 包括呼吸閥、泄壓人孔等。 罐頂?shù)囊何挥?jì)口、呼吸閥口、壓力變送口、氣相出口管嘴上充滿氮?dú)?，形成氮?dú)鈮|層，這樣不易被硫晶體堵塞[4]。

3 順酐儲(chǔ)罐氮封裝置

順酐是一種廣泛用于合成樹脂、涂料、農(nóng)藥、穩(wěn)定劑等領(lǐng)域，是一種用量較大的有機(jī)原料。 它作為液體介質(zhì)輸送具有密閉性好、無(wú)泄漏、安全環(huán)保、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)控制等一系列優(yōu)點(diǎn)。 順酐常溫下是白色顆粒狀固體， 當(dāng)溫度高于52.8℃以后，開始轉(zhuǎn)為液態(tài)，故而順酐輸送多為液態(tài)夾套管運(yùn)輸，沸點(diǎn)202.2℃，在較低溫度下60～80℃也能升華，粉塵和蒸汽有明顯刺激性，其蒸汽與空氣混合，可形成爆炸混合物。 順酐純度不高，通常含有雜質(zhì)， 為防止順酐接觸空氣而變色影響品質(zhì)，故要設(shè)置氮封[5]。

順酐儲(chǔ)罐通常為常壓儲(chǔ)罐，為防止順酐結(jié)晶導(dǎo)致管道堵塞，應(yīng)設(shè)盤管伴熱，且用珍珠巖材料保溫。順酐儲(chǔ)罐設(shè)有進(jìn)料管、氮?dú)夤芎秃粑y。液酐進(jìn)料管應(yīng)插入儲(chǔ)罐底部，深度為5m 以上。 呼吸閥帶夾套并保溫，上面設(shè)有阻火器，可以防止外部火焰竄入儲(chǔ)罐和阻止火焰在設(shè)備內(nèi)蔓延。 進(jìn)料管上有一個(gè)開關(guān)閥，與儲(chǔ)罐的液位計(jì)共同調(diào)節(jié)液位。 氮?dú)夤苌显O(shè)有氮封閥組與泄氮調(diào)壓閥組，兩個(gè)閥組共用一根管道測(cè)壓更靈敏， 節(jié)約氮?dú)庥昧俊?儲(chǔ)罐上設(shè)置有壓力傳感器，能夠更靈敏的采集到儲(chǔ)罐內(nèi)部的壓力值，以更好的控制裝置的穩(wěn)定性。 壓力測(cè)量?jī)x根據(jù)罐內(nèi)壓力大小調(diào)節(jié)氮封閥及泄氮閥開度，從而控制氮?dú)獾呐欧帕俊?當(dāng)儲(chǔ)罐放料或溫度下降時(shí)，儲(chǔ)罐壓力變小，此時(shí)氮封閥開啟，繼續(xù)輸入氮?dú)庵羶?chǔ)罐為微正壓狀態(tài)。 氮?dú)饪梢杂行У膶?duì)液體順酐起到液封作用，避免液體順酐從罐體的頂部和出料管泄露。 為防氮?dú)忾y及泄氮閥故障及堵塞， 均設(shè)置一并聯(lián)管路并保溫。尾氣排放管路與儲(chǔ)罐壓力表連鎖，防止儲(chǔ)罐送料或溫升時(shí)儲(chǔ)罐的超壓狀態(tài)。 為防尾氣回流至氮?dú)夤?，氮封閥組管路增加一止回閥，止回閥需要保溫且管道等級(jí)與順酐管道相同。 為防止順酐凝固堵塞管道，方便停工檢修，順酐管道還設(shè)置吹掃管線。

綜上所述，氮封工藝的改進(jìn)主要有：1）節(jié)省投資，比如充氮閥組移到泄氮閥組上，兩個(gè)閥組用同一個(gè)壓力傳送器，2）管道受壓線過(guò)長(zhǎng)壓力測(cè)量不夠精確，采用聯(lián)鎖裝置。 3）符合尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，將泄氮閥組與油氣回收或處理裝置聯(lián)通。 4）將氮?dú)馀c空氣混合形成氧含量低于發(fā)生燃燒的低氧空氣，從根本上防止儲(chǔ)罐燃燒爆炸事故。 合理設(shè)定氮封系統(tǒng)中各閥的壓力來(lái)控制儲(chǔ)罐壓力，提高供氮閥、泄氮閥和緊急泄放閥的壓力精度仍是未來(lái)改善的方向。 氮封工藝是低沸點(diǎn)危險(xiǎn)化學(xué)品固定儲(chǔ)罐的安全保障，其中泄氮閥和氮封閥是重要附件，呼吸閥一般不工作。 呼吸閥是在氮封閥和泄氮閥損壞或是在儲(chǔ)罐過(guò)高過(guò)低的情況下，對(duì)儲(chǔ)罐起安全保護(hù)作用。 隨著環(huán)保節(jié)能意識(shí)的提高，氮封工藝會(huì)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在石化企業(yè)中。 合理運(yùn)用氮封技術(shù)， 對(duì)油品儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的節(jié)能降耗、環(huán)境保護(hù)、生產(chǎn)安全有著重大的意義。

1）裝置生產(chǎn)穩(wěn)定性提高，降低大小呼吸損耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，有效抑制油品蒸發(fā)，可以給企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2）保護(hù)環(huán)境，有效減少操作空間有毒有害的油蒸汽，維護(hù)職工身心健康。

3） 消除了安全隱患。 儲(chǔ)罐經(jīng)過(guò)氮封改造后，儲(chǔ)罐內(nèi)沒(méi)有了氧氣，油氣空間濃度降低。 從而避免了硫化亞鐵等硫化物的產(chǎn)生，消除了儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)爆炸的安全隱患。