储罐气封系统供气量的计算

储罐气封系统供气量的计算
谭海军
【摘要】气封系统供气量不仅受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气量的影响,还受供气系统
及储罐的安全和监控设施的影响.结合工程实例介绍储罐气封系统的计算及与呼吸
阀的异同,为类似工程设计提供参考.
【期刊名称】《化工设计》
【年(卷),期】2017(027)002
【总页数】3页(P12-13,11)
【关键词】储罐;呼吸阀;气封系统;安全;监控设施
【作者】谭海军
【作者单位】中国成达工程有限公司成都 610041
【正文语种】中文
石油化工企业有不少储存易燃、易爆和有毒的常压或低压储罐。

储罐在使用过程中，由于储罐进出物料或外界环境温度的变化等引起储罐内气体的膨胀或收缩，称为储罐的“呼吸”；该“呼吸”可能会泄漏从而导致污染环境，也可能使罐内出现真空，导致空气进入。

为了避免上述情况的发生，储罐需设置保护系统。

常见的保护措施有气封系统和呼吸阀。

完整的气封系统由调节阀、呼吸阀、紧急泄放阀和相应的压力检测仪表等组成。

调节阀可以采用压力调节阀或专业的自力式调节阀(即氮封阀)。

氮封系统见图1。

气封系统是将气体充到储罐的气相空间，使储罐内维持一定压力(正压)。

气封系统可以防止储罐内物料因与进入的空气接触而被污染变质；保持储罐内气相为非可燃气体或者减少排出储罐气体的可燃气体浓度；防止湿空气进入储罐导致储罐锈蚀等。

呼吸阀是通过正负压阀盘的重量来控制储罐的排气正压和吸气负压，利用储罐本身的承压能力减少介质排放来保护储罐的安全装置。

呼吸阀既可作为单独的储罐保护设施，也可作为气封系统的一部分。

长期以来，对于气封系统和呼吸阀的计算方法认识有误，如《气封的设置》HG/T 20570.16和《石油化工设计手册》均将气封
系统供气量的计算等同于呼吸阀呼吸量的计算。

虽然气封系统和呼吸阀均需要考虑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。

但是气封系统主要是保护储罐内的介质不受污染及防止储罐内形成燃烧或者爆炸条件，而呼吸阀主要是用于保护储罐本身，因而二者的计算是完全不同的。

呼吸阀的吸入量由两部分组成：① 液体出罐时最大出液量所造成的空气吸入量，
应按照液体最大出液量考虑；② 大气最大降温导致罐内气体收缩造成储罐吸入的
空气量。

在《石油化工储运系统罐区设计规范》和《Venting Atmospheric and Low-pressure Storage Tanks》API 2000-2009规定储罐热呼入通量可按表1中的参数确定。

API 2000-2009中规定，气封系统所需的气体量需按储罐的最大液体排出量及储
罐配备的安全和监控设施综合考虑确定。

根据储罐的安全和监控设施不同可分为三个等级。

另外，气封系统的计算不仅仅需要考虑瞬时的通气量，还需要考虑为了满足气封用气所需要的储备气体量。

气封最小的供气量流量用V表示，供气需最小
的备用气气体体积用V1表示。

计算如下：
(1)第一级：气封的供气需要被监控(如检测储罐的压力和检测氧气的浓度)。

当储罐内真空到达设定值时，触发报警。

罐内可根据IEC 60097-10划为1区且排放管端
安装有阻爆燃的耐烧型阻火器。

对于第一级的气封流量，可按下式计算。

式中，C为系数，与物料的饱和蒸汽压，储存温度和项目所在地纬度有关，见表2[4]；Vtk为储罐容积，m3；Vpe为最大液体排出量，m3/h。

(2) 第二级：储罐气封压力第一级报警触发后需连锁停止出料。

罐内可根据IEC 60097-10划为2区且排放管端安装有阻爆燃的阻火器。

对于第二级的气封量，可按下式计算。

(3)第三级：储罐无压力监控连锁等措施或排放管未设阻火器。

对于第三级的气封量，可按下式计算。

新疆某项目甲醇罐区设有3台5000m3的甲醇储罐，甲醇输送泵的流量为
100m3/h。

储罐设有氮封系统并配有阻火器、压力高低报警及连锁等。

分别根据上述方法计算储罐呼吸阀和氮封系统的通气量。

4.1 储罐呼吸阀通气量
查表1，储罐的热呼吸通气量应为787m3/h，则储罐呼吸阀的总通气量为：
4.2 储罐氮封系统通气量
由于储罐设有阻火器、压力报警及连锁，无氧气浓度检测，应按第二级计算储罐需要的通气量。

该项目纬度为43.77，甲醇20℃饱和蒸汽压与己烷近似，平均储存温度低于25℃，所以系数C取3。

4.3 储罐氮封系统通气量
按一、三级计算储罐氮封系统通气量。

(1)第一级储罐氮封系统通气量的计算。

(2)第三级储罐氮封系统通气量的计算。

虽然储罐呼吸阀和气封系统均需要考虑储罐内液体泵出所需的补充气量和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。

但是二者的计算和需要考虑的因素是完全不同的。

气封系统既需要考虑气封所需的通气量，还需要考
虑满足气封用气所需要的储备气体量。

气封系统通气量不仅仅与储罐容积、出液量有关系，还与项目所在地纬度及物料的饱和蒸汽压有关。

从以上计算可知，不同的安全监控等级下储罐气封系统所需的通气量均小于呼吸阀的通气量，所以如果简单的使用呼吸阀的通气量作为气封系统的用气量很不合理；气封系统计算不仅仅需要考虑其通气量，还需要考虑满足气封通气的储备气体。

另外，气封系统的用气量还与储罐的安全和监控设施有关，不同安全及监控等级的储罐气封系统需要的气体用量相差很大。

因此从节省运行费用考虑，应该增加储罐的安全及监控设施，减少气封系统的密封气消耗；且不能用呼吸阀的通气量代替气封系统用气量，否则会增加运行费用。

【相关文献】
1 HG/T 20570.16-95，气封的设置[S].
2 王松汉.石油化工设计手册(第4卷)工艺和系统设计[M].北京：化学工业出版社，2002.
3 SH/T 3007-2014，石油化工储运系统罐区设计规范[S].
4 API STANDARD 2000 SIXTH EDITION, NOVEMBER 2009 Venting Atmospheric and Low-pressure Storage Tanks[S].。