一、压力设定的核心原则:
氮封系统的压力设定以“微正压”为基础(通常表压范围200Pa -500Pa,特殊工况可放宽至 100 Pa -1000Pa),需满足:
· 下限要求:压力≥介质的饱和蒸气压(或呼吸阀正压设定值),防止空气 / 湿气进入罐内,避免介质氧化、污染或形成爆炸性混合物。
· 上限要求:压力≤储罐的设计允许正压(通常常压储罐≤1.5kPa),防止储罐超压变形,同时减少氮气消耗和介质挥发损失。
二、关键影响因素与设定依据:
1. 介质特性
· 挥发性与毒性:
高挥发性介质(如汽油、甲醇):需较低的正压(200-300Pa),避免压力过高导致介质通过呼吸阀 / 紧急泄放阀泄漏,增加损耗和安全风险。
低挥发性或毒性介质(如原油、苯酚):可适当提高压力(300-500Pa),强化密封效果,防止空气进入引发变质。
· 饱和蒸气压:
氮封压力需 ≥介质在操作温度下的饱和蒸气压(至少高 50-100Pa),否则空气会因罐内压力低于蒸气压而渗入(尤其低温时)。
示例:若某介质 20℃时饱和蒸气压为 150Pa,氮封设定压力需≥200Pa(150+50)。
2. 储罐结构与设计参数
· 储罐设计压力:常压储罐的最大允许正压通常为 1.5kPa(GB 50341《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》),氮封压力需远低于此值(一般不超过 50%),预留安全余量。
· 呼吸阀/紧急泄放阀设定值:氮封压力需: 低于呼吸阀正压设定值(通常低 100-200Pa),避免正常操作时呼吸阀开启导致氮气浪费或介质泄漏。
示例:若呼吸阀正压设定为 600Pa,氮封压力宜设为 400 Pa -500Pa。
3. 操作工况
· 进出料频率与速率:
频繁出料或大流量出料时,罐内压力波动大,需设定稍高压力(如 400-500Pa),减少压力骤降导致的空气吸入。
长期静置的储罐,可设较低压力(200-300Pa),降低氮气消耗。
· 环境温度变化:昼夜温差大的地区,需考虑温度升高导致的罐内压力上升(气体膨胀),设定值需预留膨胀空间,避免超压泄放。
经验值:温差每 10℃,罐内压力约上升 30-50Pa,设定时需扣除该部分潜在升压。
4. 安全与环保要求
· 防爆需求:对于易燃易爆介质(如溶剂油),氮封压力需确保罐内氧含量≤8%(体积分数),通过压力抑制空气渗入,此时压力需根据介质爆炸极限计算(通常需更高压力,如 400-600Pa)。
· 环保合规:挥发性有机物(VOCs)排放控制严格的场景,需提高氮封压力(如 300-500Pa),减少介质通过密封面的无组织排放。
三、压力设定值的具体确定步骤:
1. 收集基础参数:
介质饱和蒸气压(操作温度下,可查手册或实验测定);
储罐设计最大允许正压(查设计文件);
呼吸阀 / 紧急泄放阀的正压设定值(通常由储罐安全泄放计算确定);
介质爆炸极限、毒性等级及环保排放标准。
2. 计算理论范围:
下限值:Pmin=介质饱和蒸气压+(50~100)Pa(确保优于介质自身密封能力);
上限值:Pmax=min[呼吸阀正压设定值?(100~200Pa), 0.5×储罐设计正压]。
3. 结合工况修正:
若进出料频繁,取下限值与上限值的中高值(如上限值的 80%);
若环境温差大,取中低值(如下限值的 1.2 倍);
若介质易燃易爆,优先满足氧含量控制,可适当接近上限值。
4. 验证与调整:
试运行时监测压力波动(正常操作应稳定在设定值 ±50Pa 内);
若频繁触发呼吸阀泄放,需降低设定值;若氧含量超标,需提高设定值。
四、典型介质的压力设定参考:
五、规范依据:
国内:《石油化工储运系统罐区设计规范》(SH/T 3007-2014)规定,氮封系统的设定压力应高于介质操作温度下的饱和蒸气压,且低于呼吸阀正压设定值,通常取 200-500Pa。
国际:API 2000《常压和低压储罐的通气》建议,氮封压力需确保罐内气体空间氧含量≤5%(针对易燃介质),并与呼吸阀设定值协调。
通过以上方法,可确定既能保障储罐安全、介质稳定,又能控制能耗的氮封压力设定值,实际应用中需结合现场调试优化。
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来源:储运汇
中国化学品安全协会
编辑:静安
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