储罐氮封，常见的隐患和日常安全管理要求

氮封，即氮气密封，是一种利用氮气作为密封介质的密封方法。通常用于保护内部物料，防止因空气（氧气）存在而发生氧化、腐蚀、聚合、降解、形成爆炸性混合物等现象。

储罐氮封失效导致事故案例分析

一、事故案例概述

‌案例一‌：山东某新材料有限公司“4.29”一般火灾事故

2023年4月29日，山东某新材料有限公司在实施纯苯储罐区RTO蓄热焚烧装置项目改造过程中，在对常压苯储罐的油气回收管线进行焊接（动火）作业时，储罐顶部发生闪燃，随后罐顶掀开、罐内起火燃烧。

事故原因：企业在实施动火改造过程中停用了苯罐的氮封，导致空气进入与苯挥发气体形成爆炸性混合气体。

（素材来自于网络）

‌案例二‌：西北某炼油厂石脑油罐（内浮顶罐）发生火灾爆炸事故

2009年7月12日，西北某炼油厂石脑油罐（内浮顶罐）发生火灾爆炸事故。

事故原因：储罐浮盘落底后，液位继续下降，由于没有氮封，导致大量的空气吸入并充满浮盘下方的气相空间，另外罐壁长期受硫化氢腐蚀，腐蚀生成的硫化亚铁与空气接触发生氧化放热反应，热量在罐内密闭空间内积聚，导致温度越来越高，最终引爆气相空间。

‌案例三‌：东北某石化公司柴油罐在收油过程中发生火灾事故

2011年8月29日，东北某石化公司柴油罐在收油过程中发生火灾事故。

事故原因：该储罐在收油时液面高度较低，而浮盘支腿高度较高，在油面和浮盘之间形成了气相空间。随着物料的持续挥发，这些气相空间充斥着爆炸性气体混合物。同时在物料输送过程中，由于流速过快导致产生了大量的静电积聚，最终静电放电引爆了浮盘下方的爆炸性混合气体（该储罐无氮封设计）。

二、氮封失效导致事故的原因分析

1.‌爆炸性混合气体形成‌：

当储罐氮封失效时，空气会进入储罐内部与可燃气体混合，形成爆炸性混合气体。一旦遇到火源或静电放电等激发条件，就会发生爆炸。

2.‌动火作业风险增加‌：

在氮封失效的情况下进行动火作业，如焊接、切割等，飞溅的火花容易引燃罐内气相空间泄漏出来的爆炸性混合气体，导致储罐内部闪爆。

3.‌浮盘落底风险‌：

对于内浮顶储罐，当浮盘落底且氮封失效时，空气会进入浮盘下方形成气相空间。在再次进料时，由于液位上升和静电积聚等原因，容易引发爆炸事故。

（素材来自于网络）

储罐氮封系统基础知识

一、氮封装置的应用目的

氮封装置主要用于储罐顶部，通过注入氮气来实现储罐内部气相空间维持在一个惰性气体密封的环境，隔绝空气或氧气的进入。这可以使储罐内部的气相组分始终处在爆炸下限之下或者维持一个非爆炸性的气体混合物，从而减少物料的挥发和浪费，保护储罐安全，并实现本质防爆的目的。

二、需要设置氮封的储罐类型

根据多项相关标准，以下类型的储罐通常需要设置氮封系统：

1.‌甲B、乙A类液体储罐‌

• 根据《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T3007），其他甲B、乙A类液体化工品有特殊储存需要时，可以选用固定顶储罐、低压储罐和容量小于或等于100m³的卧式储罐，但应设置氮气或其他惰性气体密封保护系统。储存Ⅰ、Ⅱ级毒性的甲B、乙A类液体储罐不应大于10000m³，且应设置氮气或其他惰性气体密封保护系统。
  
• 根据《石油化工储运罐区VOCs治理项目指导意见》，甲B、乙A类中间原料储罐、芳烃类储罐、轻污油储罐、酸性水罐、排放气中含有较高浓度油气和硫化物等需对排放气体进行收集治理的储罐应设置氮气密封系统。
  
• 根据《精细化工企业工程设计防火标准》（GB 51283-2020），单罐容积不小于100m³的甲B、乙A液体当采用固定顶罐或低压罐储罐时，应采用氮气或惰性气体密封。
  
• 根据《石油库设计规范》（GB50074-2014），储存沸点低于45℃或37.8℃的饱和蒸气压大于88kpa的甲B类液体，选用低温常压储罐时（无论是内浮顶还是固定顶）应设置氮气密封保护系统；储存沸点不低于45℃或37.8℃的饱和蒸气压不大于88KPA的甲B、乙A类液体，当出于特殊储存的需要，采用容量小于或等于10000m³的固定顶储罐、低压储罐或容量不大于100m³的卧式储罐，应设置氮气密封保护系统。
  
  
  

2.‌其他特殊储罐‌

根据《石油化工企业设计防火标准》（GB 50160-2018），储存甲B、乙A类的液体，当单罐容积小于或等于5000m³的内浮顶储罐采用易熔材料制作的浮盘时，应设置氮气保护等安全措施。储存温度超过120℃的重油固定顶罐应设置氮气保护。

从以上可知对储罐设置氮封的强制性要求中，精细规的要求是最严格的，油库规的要求次之，石化规的要求是最宽松的（只有采用内浮顶储罐且容量不大于5000m³且同时采用了易熔材料的浮盘，三个限定条件同时满足才需要加氮封）。

三、氮封系统的具体设置要求

1.‌氮气源及氮气浓度‌：氮气供应通常采用制氮机、液氮储罐或氮气瓶等。氮封系统使用的氮气纯度不宜低于99.96%，氮气压力宜为0.5~0.6MPa。虽然相关标准中未找到关于氮封系统氮气浓度的具体参数要求，但理论上可以根据各种可燃气体介质的极限氧浓度来选择氮封的浓度值。实际生产中通常采用99.2%浓度以上的氮气源。

2.‌氮封阀组设置‌：在每台储罐上应设置先导式氮封阀组和限流孔板旁路。正常情况下，使用氮封阀组维持罐内气相空间压力在0.2~0.5kPa。当气相空间压力高于0.5kPa时，氮封阀关闭，停止氮气供应；当气相空间压力低于0.2kPa时，氮封阀开启，开始补充氮气。当氮封阀需要检修或出现故障时，可使用限流孔板旁路给储罐内补充氮气。

（素材来自于网络）

3.‌呼吸阀与紧急泄放阀‌：呼吸阀和紧急泄放阀在氮封系统中起到安全作用。当罐内压力超过设定值时，呼吸阀或紧急泄放阀会开启，以避免储罐超压。紧急泄放阀的定压不应高于储罐的设计压力上限。

4.‌阻火器设置‌：若在相同油品储罐之间设置有气相连通管道，每台储罐气相出口管道均应设置阻火器，以防止事故扩大。阻火器应选用安全性能满足要求的产品，且阻力降不应大于0.3kPa。

5.‌氮封管线布置‌：氮气管线的入罐位置应远离呼吸阀并伸入罐内约200mm。氮封阀应安装在尽量靠近罐顶入口的氮气管线上，外取压管线的取源点宜设在罐顶，以便检测罐内的真实压力。

四、氮封设置及工作原理

1.常见氮封设置方式一

该氮封系统主要由供氮阀、 泄氮阀、呼吸阀组成。

当储罐进液阀开启，向罐内添加物料时，液面上升，气相部分容积减小，压力升高，当罐内压力升至高于泄氮阀开启压力设定值时，泄氮阀打开，向外界释放氮气，使罐内压力下降，降至泄氮阀关闭压力设定点时，自动关闭。

当储罐出液阀开启，开始放料时，液面下降，气相部分容积增大，罐内压力降低，供氮阀开启，向储罐内注入氮气，使罐内压力上升，升至供氮阀压力设定点，自动关闭。

（素材来自于网络）

注意：氮封系统氮气入口管线应设置止回阀，且应设置就地压力表。

2.常见氮封设置方式二

该氮封系统主要由供氮阀、 单呼阀、呼吸阀组成。（与方式一相比，将泄氮阀更换为单呼阀）

当储罐进液阀开启，向罐内添加物料时，液面上升，气相部分容积减小，压力升高，当罐内压力升至高于单呼阀压力设定值时，单呼阀打开，向外界释放氮气，使罐内压力下降，降至单呼阀压力设定点时，自动关闭。

当储罐出液阀开启，开始放料时，液面下降，气相部分容积增大，罐内压力降低，供氮阀开启，向储罐内注入氮气，使罐内压力上升，升至供氮阀压力设定点，自动关闭。

（素材来自于网络）

呼吸阀、紧急泄放阀或泄压人孔仅在事故工况（如氮封阀失效、泄氮封失效、火灾工况等）启动，避免储罐运行时呼吸阀频繁动作，减少呼吸阀故障率。

3.氮封管线布置

氮气管线的入罐位置应远离呼吸阀并伸入罐内约200mm。《管道仪表流程图设计规定》(HG 20559-1993)第6.0.3.4条款。

氮封阀应安装在尽量靠近罐顶入口的氮气管线上，外取压管线的取源点宜设在罐顶，以便检测罐内的真实压力。《石油化工罐区自动化系统设计规范》(SH/T3184-2017)第5.4.5.3条款。

（素材来自于网络）

4.氮封系统的压力设定

采用氮封的常压可燃液体储罐，其操作压力宜为0.2kpa-0.5kpa；其他设置有呼吸阀的储罐，其操作压力宜为1Kpa～1.5KPa。

（如：供氮阀开启压力宜设为0.2kpa，关闭压力宜设为0.5kpa。当罐内压力低于0.2kap时，供氮阀开启向罐内充氮；当罐内压力达到0.5kap时，供氮阀关闭停止充氮）

注意：对于设置有泡沫灭火系统的储罐，还应考虑泡沫系统密封玻璃的耐压性能，避免氮封压力过高冲破玻璃。

5.氮封系统的氮气供气量计算

根据《气封的设置》HG/T 20570.16-95：

2.0.1.1 储罐气封装置的供气量应大于或等于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。

泵抽出储罐内储存的液体所需补充的气量等于泵的最大输出能力。

储罐内气体冷凝和收缩所需补充的气量参考HG/T 20570.16表2.0.1。

两者所需气量相加,即得氮封装置所需供气量。

氮封系统现场常见问题隐患

（素材来自于网络）

隐患1描述：储罐氮封系统氮气入口管线未设置止回阀；氮封阀阀前手阀处于关闭状态，前后手阀未管控。

管控措施：1.氮气入口管线应设置止回阀，防止罐内气体在异常工况下倒串进入公共氮气系统；2.氮封阀前后手阀应保持常开状态，并进行管控，确保氮封正常投用。

（素材来自于网络）

隐患2描述：甲类罐区甲醇储罐V1113远传气相压为-0.31KPa。经确认此时该储罐无出料操作，氮封未正常投用。

管控措施：加强储罐氮封系统管理，定期检查储罐氮封系统，设定高、低压报警功能，及时检测压力变化情况确保氮封系统完好在用。

（素材来自于网络）

隐患3描述：乙醇中间罐氮封阀及取压管设置在罐底氮气管道上。（此时氮封阀取压点与中间储的真实压力可能存在偏差，如果储罐内乙醇快速进出储罐导致压力骤变，氮封系统不能及时作出反应，无法及时调整氮气的补充，无法有效维持储罐内的压力稳定，会出现呼吸阀频繁动作的风险；氮封阀装在罐底，还要考虑阀后凝液的排放问题）。

管控措施：氮封阀应安装在尽量靠近罐顶入口的氮气管线上，外取压管线的取源点宜设在罐顶，以便检测罐内的真实压力。

（素材来自于网络）

隐患4描述：某甲醇储罐氮封系统未设置氮封阀，使用手阀控制。（氮封系统使用手阀控制，手阀常开，储罐内持续通入氮气，呼吸阀处于常开状态，造成大量的氮气浪费;另外，若手阀开度过大，储罐气相压力升高,当呼吸阀泄放量不能满足要求时，储罐存在超压风险）。

管控措施：储罐应设置氮封阀，氮封阀应安装在尽量靠近罐顶入口的氮气管线上。

（素材来自于网络）

隐患5描述：某甲醇储槽罐顶设置了1台压力变送器(量程范围为0-2.5kPa)、1台现场就地压力表(量程为0-1MPa)，均未考虑负压工况且压力表量程范围过大，量程选型错误。

管控措施：储罐就地压力表应选择真空压力表，压力监测仪表的量程范围应包含负压，且量程的选型应符合要求，一般正常操作压力为仪表量程的1/3～2/3。

氮封系统相关问题思考

问题1:氮封废气（泄氮阀、单呼阀及呼吸阀产生的废气）是否需要密闭回收处理？

认为氮封废气应密闭回收处理，原因: 氮封废气往往为可燃气体和氮气的混合物，直接排放可能会对环境造成严重污染，一些密度比空气重的可燃气体可能会在低洼处积聚，存在安全风险。《石油库规》、《石化规》等规范中有提出对氮封罐应密闭回收处理罐内排出的气体的要求。氮封废气应通过尾气回收系统处理后，经催化燃烧再排入大气。

问题2: 氮封阀取压管的取压源点一定要设置在储罐罐顶？是否可以设置在氮封阀阀后的氮气管线上？

（素材来自于网络）

认为氮封阀取压管的取压源点应尽量选择在罐顶；取源点如要设置在氮封阀阀后管道上，应确保阀后管道的管径和管道当量长度符合要求。

原因: 氮封阀测取的压力信号应能真实反映储罐内的工作压力，也就是氮封阀取压管的取压源点的位置是否合适的问题。取源点设在氮封阀阀后管道上时，应考虑管道阻力降的问题，此时要选取合适的管径，使管道阻力降相对于氮封阀的设定压力（表压）要比较小，否则就会影响氮封阀的控制。（阻力降跟管道长度成正比，跟管径成反比）

问题3:如精细化工企业一个50m³甲醇储罐，是否需要设置氮封？《精细化工企业工程设计防火标准》GB 51283-2020 ：6.2.2 单罐容积不小于 100m³的甲B、乙A液体当采用固定顶罐或低压罐储罐时，应采用氮气或惰性气体密封。

（素材来自于网络）

认为应设置氮封，原因：虽然从合规性角度来看，50m³的甲醇储罐不设置氮封也满足标准要求。但从风险角度，设置氮封十分必要。有二方面原因：

一、从氮封的目的来看，是为了隔绝空气进入，实现防爆。如果未设置氮封，储罐内部气相空间就始终处于一个爆炸性混合气体的状态。这样的后果就是现场一旦有动火作业、设备工具不防爆、防雷防静电失效，就极可能会造成事故。除非你现场永不动火、电气设施防爆功能一直完好，防雷防静电设施持续可靠（企业真能完全做到吗？）。

二、从事故追责来看，我们现阶段生产安全事故的追责机制是十分严厉的，处处要留痕，事事要追责。即使调查组没有追究企业加不加氮封的责任，但会追究企业诸如“隐患排查不彻底”、“风险辨识不全面”、“安全主体责任落实不到位”等无法辩解的责任，所以责任肯定是无法逃脱的。（反观相关事故案例可知）