油罐氮封问题的解决方案
摘要：氮封系统是通过一套氮气供给系统将低压氮气输入固定顶罐的油气空间，
使罐内气相空间维持微正压的状态。在运行过程中，发现油罐氮封罐存在多个问题。针对问题产生的原因进行分析，制定解决方案。
关键词：氮封，油罐，解决方案
1、概述
近年来，氮封设施在储罐运行上得到广泛的应用。它主要起到两个作用：
一是减少轻质油品蒸发损失；二是起到隔绝空气，防止罐内形成混合爆炸气体。具体到石脑油罐氮封设施的应用主要是为了防止FeS自燃、雷击、静电或明火等引燃罐顶空间的可燃气体。 2、氮封原理介绍
油品在储运过程中，不可避免的存在油品挥发。在国内大部分轻质油罐主要采用了内浮顶密封方式来降低油气的挥发。由于轻质油品本来易挥发的性质，加之浮盘密封本身结构的制约，导致不能完全阻隔油气挥发，于是在罐内浮盘上方空间会充满混合爆炸气体。使油罐的安全运行存在重大隐患。特别对于盛装高硫介质的储罐来说，FeS自燃导致罐内起火或者爆炸的可能性是非常高的。因此在这种情况下，我们需要一种使储罐密闭环境下安全运行的方式。氮封设施就是方法之一。2000 年10 月，某炼油厂的一个储罐就是由于没有做好氮封，导致FeS 在常温下与氧气接触发生自燃，最终造成储罐起火，损失几十万元。
氮封系统是通过一套氮气供给系统将低压氮气输入固定顶罐的油气空间，因氮气的密度小于油气，所以氮气浮在油气之上。当罐内氮气压力达到规定值时,调节阀关闭，氮气自动停止供 给。同样，当罐内氮气压力低于下限值时,调节阀开启，氮气自动供给。在正常情况下限流孔板旁路保持连通，管线内微量向罐内补充氮气，最终使罐内气相空间维持微正压的状态。这种方式可以有效的避免罐外空气进入罐内，隔绝了氧气与FeS的接触。流程见图1。
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图1
3、石脑油罐氮封运行实际情况
氮封系统自2015年11月份投用以来运行基本保持正常，罐内压力维持在
1.13KPa以上（设计定压值为1.2KPa）。已达到设计效果。但在运行过程中，我们逐渐发现石脑油氮封罐依然存在多个问题。以下我将逐步分析问题原因，并根据分析的结果讨论解决问题可行的办法。
3.1 油罐附件故障造成大量氮气泄漏。密封点腐蚀严重，泄露点多，造成了氮气浪费。
3.1.1 透光孔等附件的材质无抗硫腐蚀的能力
目前根据检查V252和V253罐体附件情况来看，发现两台罐的透光孔（每罐两个DN500透光孔，共四个）的密封面均出现了较严重的腐蚀，密封效果非常差。这样就造成氮封阀频繁补气的现象。我们分别对4个透光孔气相泄漏量进行了测定，V252罐靠楼梯一侧的透光孔泄露最严重，大约为0.2m3/h。造成金属腐蚀的根本原因就是石脑油中的H2S。
空气中的水蒸气凝结成水滴，从油中析出的H2S溶于水滴中，再加上氧化作用，将造成化学腐蚀，生成硫化铁、硫化亚铁、硫酸，反应式如下：
2Fe+2H2S+O2→2FeS+2H2O 4Fe+6H2S+3O2→2Fe2S3+6H2O
H2S+2O2→H2SO4
上述化学腐蚀的结果最终形成了硫酸，而硫酸对钢材有非常强的腐蚀性，因而加深了电化学腐蚀，这种因硫化氢造成的腐蚀是非常严重的，当空气中相对湿度等于或大于80%时，这种腐蚀现象更为严重。因此石脑油罐体附件应尽量考虑抗硫腐蚀。
3.1.2 泡沫产生器玻璃破损造成氮气大量损耗
泡沫产生器的玻璃是氮封罐所有的密封点中最薄弱之处。由于氮封罐内长期保持正压，玻璃在罐内压力的作用下破碎。从2015年11月氮封开始投用，我们不定期上罐（V252和V253）检查氮封罐附件情况。经过检查发现个别储罐泡沫线的消防玻璃会出现破损。具体时间及检查情况如下表1。
表1：泡沫产生器玻璃检查情况
序号 检查时间 损坏情况 V252和V253罐玻璃均破损（4块），氮1 2015年11月11日 气泄漏量较大，无法稳压。当天进行了更换 V252和V253罐玻璃各坏一块（共22 2015年12月24日 块）。消防玻璃出现裂纹，氮气从裂缝中泄漏出来，泄漏量较小，未进行更换 V252和V253罐玻璃均出现破损（23 2016年5月20日 块），氮气泄漏量较大，当天更换了玻璃。 4 2016年11月30日 V252玻璃出现裂纹（共1块），氮气泄漏量较小，当天更换了玻璃。 V252和V253罐玻璃出现裂纹（2块），氮气泄漏量较小。当天进行了更换。 5 2017年04月14日 2015年11月11日氮封第一次投用调试时，玻璃完全破损，氮气大量泄漏，罐内无法稳压。之后我们不定期（大约每次间隔4-6个月）上罐检查一次泡沫
产生器。根据上表时间分析，基本上在6个月之内都会有部分玻璃出现裂纹，此时氮气泄漏量尚且不大。由此来看，对氮封玻璃的检查和维护至少需要每半年一次。否则可能出现玻璃完全破损，氮气大量泄漏的情况。例如2016年5月20日我们发现氮气用量过多，上罐检查发现V252和V253罐玻璃均出现破损，氮气大量从泡沫产生器中泄漏出来。当天就造成了将近2000m3的氮气损耗。由此看来，及时维护泡沫产生器的玻璃是非常有必要的。 3.1.3、氮封调节阀阀芯卡死造成氮气浪费。
现如今我厂采用的氮封调节阀为自立式调节阀。它主要原理是罐内压力在检测元件上产生一个作用力与阀门的弹簧产生的预紧力相平衡来改变阀芯的开和关的状态，从而达到调节氮气进出的作用。但阀芯一点被卡死，这种平衡即被打破。造成阀门失去作用。从2015年11月至今，氮封阀的阀芯已发生过3次卡死的情况，导致阀门一直无法关闭，氮气不停地向罐内补充。造成了大约20000m3氮气损失。事后我们对阀门进行了解体清渣，发现渣子成分主要为绣渣，并且附着有少量水渍。 3.2、 从节能增效方面来分析。
石脑油氮封设施自开始投用以来在一年半的时间已使用氮气量超过60000m3（除去故障情况下的氮气损坏）。虽然石脑油罐氮封设施是着眼于储罐安全运行的考虑，但如此大的氮气损耗量也给我们能耗达标带来了巨大的压力和负担。因此如何减少氮气用量着实成为我们亟待探索的一个命题。根据《轻质油罐隐患治理》的设计说明，氮封高压报警压力为1.4 KPa，高高报压力为1.5 KPa；低压报警压力为0.8 KPa，低低报警压力为-0.3 KPa。而设计上的指导压力为1.2KPa。
从上述结果不难看出，其实氮封压力的正常区间是在0.8KPa-1.4KPa之间。因此只要在这正常区间内的压力都符合设计要求。那么定压值的高、低会不会影响氮气的使用量？
我们分别将调节阀的定压值设定为1.2KPa、1.0KPa和0.9KPa。让氮封罐在每个压力下分别运行30天，统计各个设定的压力下氮气损耗量，算出氮气日平均损耗量。如图2。注：为了保障数据的准确可靠，每次调节压力后均保持