石腦油罐氮封系統故障解決方案氮封系統是通過一套氮氣供給系統將低壓氮氣輸入固定頂罐的油氣空間，使罐內氣相空間維持微正壓的狀態。在運行過程中，發現油罐氮封罐存在多個問題。針對問題產生的原因進行分析，制定解決方案。儲罐安裝呼吸閥和氮封閥的依據和目的，根據具體事故分析了拱頂油罐抽癟事故發生的原因，總結導致油罐抽癟事故的主要原因，并制定相應的防護措施。
關鍵詞：氮封，油罐，解決方案
1、石腦油罐氮封系統故障解決方案概述
近年來，氮封設施在儲罐運行上得到廣泛的應用。它主要起到兩個作用：
一是減少輕質油品蒸發損失；二是起到隔絕空氣，防止罐內形成混合爆炸氣體。具體到石腦油罐氮封設施的應用主要是為了防止FeS自燃、雷擊、靜電或明火等引燃罐頂空間的可燃氣體。
2、石腦油罐氮封系統故障解決方案氮封原理介紹
油品在儲運過程中，不可避免的存在油品揮發。在國內大部分輕質油罐主要采用了內浮頂密封方式來降低油氣的揮發。由于輕質油品本來易揮發的性質，加之浮盤密封本身結構的制約，導致不能*阻隔油氣揮發，于是在罐內浮盤上方空間會充滿混合爆炸氣體。使油罐的安全運行存在重大隱患。特別對于盛裝高硫介質的儲罐來說，FeS自燃導致罐內起火或者爆炸的可能性是非常高的。因此在這種情況下，我們需要一種使儲罐密閉環境下安全運行的方式。氮封設施就是方法之一。2000 年10 月，某煉油廠的一個儲罐就是由于沒有做好氮封，導致FeS 在常溫下與氧氣接觸發生自燃，終造成儲罐起火，損失幾十萬元。
氮封系統是通過一套氮氣供給系統將低壓氮氣輸入固定頂罐的油氣空間，因氮氣的密度小于油氣，所以氮氣浮在油氣之上。當罐內氮氣壓力達到規定值時,調節閥關閉，氮氣自動停止供 給。同樣，當罐內氮氣壓力低于下限值時,調節閥開啟，氮氣自動供給。在正常情況下限流孔板旁路保持連通，管線內微量向罐內補充氮氣，終使罐內氣相空間維持微正壓的狀態。這種方式可以有效的避免罐外空氣進入罐內，隔絕了氧氣與FeS的接觸。流程見圖1。
石腦油罐氮封系統故障解決方案規格及技術參數：
| 公稱通徑 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 |
| 額定Kv | 7 | 11 | 20 | 30 | 48 | 75 | 120 | 190 | 300 | 480 |
| 額定行程L（mm） | 8 | 10 | 12 | 20 | 22 | 25 | ||||
| 公稱壓力 | PN系列：1.6MPa 4.0MPa Class系列：Class150Lb 300Lb | |||||||||
| 固有流量特性 | 快開,修正線性 | |||||||||
| 正常工作時 閥門小壓差 | ≥0.2MPa | |||||||||
| 適用介質 | 非腐蝕性氣體(以氮氣為主) | |||||||||
| 使用溫度 | ≤80℃ | |||||||||
| 壓力調節范圍(KPa) | 0.14-2.0 1-6 5-10 9-15 12-19 18-25 22-30 28-35 32-40 38-50 48-60 58-72 70-100 | |||||||||
| 調節精度 | ±5% | |||||||||
| 允許泄漏量 | 硬密封: Ⅳ級;軟密封:Ⅵ級 | |||||||||
| 連接方式 | 法蘭式、焊接式、螺紋式 | |||||||||
| 閥體及閥蓋材質 | WCB、WC6、WC9、LCB、CF8、CF3、CF8M、CF3M等特殊材料等 | |||||||||
| 填料 | "O"型圈(材質:丁橡膠、氟橡膠、耐油橡膠) | |||||||||
3、石腦油罐氮封系統故障解決方案石腦油罐氮封運行實際情況
氮封系統自2015年11月份投用以來運行基本保持正常，罐內壓力維持在儲罐呼吸閥、氮封閥的安裝依據和目的根據國家標準《石油化工企業設計防火規范》(GB50160-92)之規定:“甲、乙類液體的固定頂罐,應設阻火器和呼吸閥”。可見呼吸閥、阻火器是儲罐*的安全設施,是用來調節油罐內外壓力平衡,降低油品損耗,保證儲罐運行安全的。
儲罐呼吸閥、氮封閥的安裝依據和目的根據國家標準《石油化工企業設計防火規范》(GB50160- 92)之規定:“甲、乙類液體的固定頂罐，應設阻火器和呼吸閥”。可見呼吸閥、阻火器是儲罐*的安全設施，是用來調節油罐內外壓力平衡，降低油品損耗，保證儲罐運行安全的。適用于安裝在儲存閃點低于28℃的甲類和小于60℃的乙類油品，如汽油、煤油、輕柴油、苯、甲苯、原油等及化工原料的儲罐上方。而氮封該系列閥門有供氮調節和泄氮調節兩種，能依靠被調介質自身的壓力變化達到自動調節和穩定壓力的目的。主要用于保持容器頂部保護氣(一般為氮氣)的壓力恒定，以避免容器內物料與空氣直接接觸，防止物料揮發、被氧化，以及容器的安全性；該系列氮封裝置特別適用于各類大型儲罐的氣封保護系統。
特點：減壓比大，可調范圍寬；壓力調節在一定范圍內可更換彈簧滿足現場要求；采用無填料設計，無摩擦式活動組件；節能、動作靈敏、運行可靠、操作與維護方便。調節閥主要用于儲罐頂部氮氣壓力恒定控制，以保護罐內物料不被氧化，同時防止罐內進入空氣形成爆炸性混合物。
儲罐呼吸閥適用于安裝在儲存閃點低于28℃的甲類和小于60℃的乙類油品,如汽油、煤油、輕柴油、苯、甲苯、原油等及化工原料的儲罐上方。而氮封調節閥主要用于儲罐頂部氮氣壓力恒定控制,以保護罐內物料不被氧化,同時防止罐內進入空氣形成爆炸性混合物。
1.13KPa以上（設計定壓值為1.2KPa）。已達到設計效果。但在運行過程中，我們逐漸發現石腦油氮封罐依然存在多個問題。以下我將逐步分析問題原因，并根據分析的結果討論解決問題可行的辦法。
3.1 油罐附件故障造成大量氮氣泄漏。密封點腐蝕嚴重，泄露點多，造成了氮氣浪費。
3.1.1 透光孔等附件的材質無抗硫腐蝕的能力
目前根據檢查V252和V253罐體附件情況來看，發現兩臺罐的透光孔（每罐兩個DN500透光孔，共四個）的密封面均出現了較嚴重的腐蝕，密封效果非常差。這樣就造成氮封閥頻繁補氣的現象。我們分別對4個透光孔氣相泄漏量進行了測定，V252罐靠樓梯一側的透光孔泄露嚴重，大約為0.2m3/h。造成金屬腐蝕的根本原因就是石腦油中的H2S。空氣中的水蒸氣凝結成水滴，從油中析出的H2S溶于水滴中，再加上氧化作用，將造成化學腐蝕，生成硫化鐵、硫化亞鐵、硫酸，反應式如下：
2Fe+2H2S+O2→2FeS+2H2O 4Fe+6H2S+3O2→2Fe2S3+6H2O
H2S+2O2→H2SO4
上述化學腐蝕的結果終形成了硫酸，而硫酸對鋼材有非常強的腐蝕性，因而加深了電化學腐蝕，這種因硫化氫造成的腐蝕是非常嚴重的，當空氣中相對濕度等于或大于80%時，這種腐蝕現象更為嚴重。因此石腦油罐體附件應盡量考慮抗硫腐蝕。
呼吸閥應安裝在儲罐氣源的點，以降低物料蒸發損耗并保證提供儲罐呼吸直接和大的通道。對于立式罐，通常該閥應盡量安裝在罐頂頂板范圍內，對于罐頂需設隔熱層的儲罐、可安裝在梯子平臺附近。當需要安裝兩個呼吸閥時，它們與罐頂中心應對稱布置。若呼吸閥用在氮封罐上，則氮氣供氣管的接管位置應遠離該閥接口，并由罐頂部插入儲罐內約200mm，這樣氮氣進罐后不直接排出，達到氮封的目的個人認為：油品的儲罐必須裝有呼吸閥，氮封是必須的。因為收油送油液面上部的空間會發生變化，送油時空間變大氮氣可以進入不會形成負壓，但是收油時空間變小內部氣體沒有排出的通道油罐就成為正壓會有什么后果呢
3.1.2 泡沫產生器玻璃破損造成氮氣大量損耗
泡沫產生器的玻璃是氮封罐所有的密封點中薄弱之處。由于氮封罐內保持正壓，玻璃在罐內壓力的作用下破碎。從2015年11月氮封開始投用，我們不定期上罐（V252和V253）檢查氮封罐附件情況。經過檢查發現個別儲罐泡沫線的消防玻璃會出現破損。具體時間及檢查情況如下表1。
表1：泡沫產生器玻璃檢查情況
根據上表時間分析，基本上在6個月之內都會有部分玻璃出現裂紋，此時氮氣泄漏量尚且不大。由此來看，對氮封玻璃的檢查和維護至少需要每半年一次。否則可能出現玻璃*破損，氮氣大量泄漏的情況。例如2016年5月20日我們發現氮氣用量過多，上罐檢查發現V252和V253罐玻璃均出現破損，氮氣大量從泡沫產生器中泄漏出來。當天就造成了將近2000m3的氮氣損耗。由此看來，及時維護泡沫產生器的玻璃是非常有必要的。
3.1.3、氮封調節閥閥芯卡死造成氮氣浪費。
現如今我廠采用的氮封調節閥為自立式調節閥。它主要原理是罐內壓力在檢測元件上產生一個作用力與閥門的彈簧產生的預緊力相平衡來改變閥芯的開和關的狀態，從而達到調節氮氣進出的作用。但閥芯一點被卡死，這種平衡即被打破。造成閥門失去作用。從2015年11月至今，氮封閥的閥芯已發生過3次卡死的情況，導致閥門一直無法關閉，氮氣不停地向罐內補充。造成了大約20000m3氮氣損失。事后我們對閥門進行了解體清渣，發現渣子成分主要為繡渣，并且附著有少量水漬。 3.2、 從節能增效方面來分析。
石腦油罐氮封系統故障解決方案安裝要求：
①呼吸閥應安裝在儲罐氣源的點,以降低物料蒸發損耗并保證提供儲罐呼吸直接和大的通道。對于立式罐,通常該閥應盡量安裝在罐頂頂板范圍內,對于罐頂需設隔熱層的儲罐、可安裝在梯子平臺附近。
②當需要安裝兩個呼吸閥時,它們與罐頂中心應對稱布置。
③若呼吸閥用在氮封罐上,則氮氣供氣管的接管位置應遠離該閥接口,并由罐頂部插入儲罐內約200mm,這樣氮氣進罐后不直接排出,達到氮封的目的。
石腦油氮封設施自開始投用以來在一年半的時間已使用氮氣量超過60000m3（除去故障情況下的氮氣損壞）。雖然石腦油罐氮封設施是著眼于儲罐安全運行的考慮，但如此大的氮氣損耗量也給我們能耗達標帶來了巨大的壓力和負擔。因此如何減少氮氣用量著實成為我們亟待探索的一個命題。根據《輕質油罐隱患治理》的設計說明，氮封高壓報警壓力為1.4 KPa，高高報壓力為1.5 KPa；低壓報警壓力為0.8 KPa，低低報警壓力為-0.3 KPa。而設計上的指導壓力為1.2KPa。
從上述結果不難看出，其實氮封壓力的正常區間是在0.8KPa-1.4KPa之間。因此只要在這正常區間內的壓力都符合設計要求。那么定壓值的高、低會不會影響氮氣的使用量？
我們分別將調節閥的定壓值設定為1.2KPa、1.0KPa和0.9KPa。讓氮封罐在每個壓力下分別運行30天，統計各個設定的壓力下氮氣損耗量，算出氮氣日平均損耗量。。注：為了保障數據的準確可靠，每次調節壓力后均保持
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