RTO罐區氮封系統安全要求

【資料簡介】

RTO罐區氮封系統安全要求在進行儲罐頂油氣收集治理（封閉、密連通等）時， 應保證儲罐的本質安全，這是儲罐VOCs減排一切工作的前提。根據工藝要求，蓄熱氧化反應器設計規模(以標準狀態計)15dam3/h，反應器氧化室內設計溫度為1000℃、反應器外壁溫度小于50℃，設計壓力(表壓)為12kPa。蓄熱氧化反應器為大連石油化工研究“Y”型三床結構，呈*的三角形周向均布，氧化室設置在頂部中心處，與三個蓄熱床上部聯通;在每個床層下部設置有廢氣進口、凈化氣出口和清洗氣進口并分別與相應的提升閥相連，清洗氣進口處設置有氣體分布器，保證清洗過程*。 采用ANSYS軟件對蓄熱氧化反應器(RTO)內部流場進行模擬，設計蓄熱氧化反應器和內構件。如圖1分別對進口蓄熱床層、出口蓄熱床層和清洗蓄熱床層進行了流場模擬。從圖1可以看出，進氣經過下部整流板后，均勻進入蓄熱床層，經過氧化反應后的凈化氣出氣均勻從蓄熱床流出，清洗氣通過分布器后可均勻分布，*，可有效地清洗蓄熱體中殘存的廢氣，避免下部殘留廢氣影響凈化氣的達標排放。

蓄熱氧化裝置進、出氣切換閥門是關鍵部件，因閥門切換頻次高，密封和耐腐蝕要求嚴格，為蓄熱氧化裝置易損部件和故障點，如果設計不好將影響裝置長周期穩定運行。為保證裝置正常穩定運行，設計開發了耐腐蝕氣動提升式閥門。提升閥由氣缸驅動，設置有緩沖防沖擊結構，閥桿采用導輪結構，閥座上設計有密封圈，實現了提升閥操作過程中的低噪音和良好的密封效果，保證了長周期穩定運行。

氮氣保護系統包括氮氣源、氮氣管線、氮封裝置、罐內壓力檢測等。儲罐氮封的作用主要是為了防止儲罐出現負壓而從呼吸閥吸入 空氣，以保持罐內微正壓；氮封閥正常壓力設定值宜為 0.2kPa-0.5kPa，并應避免與呼吸閥和單呼閥或控制閥等設定壓力交集，產生不必要的 氮氣損耗和浪費。當罐內氣體壓力低于氮封閥開啟壓力時，氮封閥打 開向罐內補入氮氣；當罐內氣體壓力達到氮封閥關閉壓力時，氮封閥 關閉停止向罐內補入氮氣。當罐內氣體壓力高于控制閥或呼閥定壓時，通過呼閥或揮發氣收集總管控制閥開啟向罐外排出氣體。呼吸閥外排壓力、緊急泄放閥 定壓根據儲罐設計壓力確定。對于設計壓力為-0.5kPa～2.0kPa 的儲 罐，宜采用以下控制方案:

1 RTO罐區氮封系統安全要求適用范圍
1.1 本規定所稱石油化工儲運罐區是指石油化工企業的液體物料儲運系統儲罐區，包括石油化工原料罐區、中間原料罐區、成品罐區和輔助物料罐區。
1.2 本規定適用于石油化工儲運罐區含有可燃液體物料的常壓儲罐罐頂油氣連通與 VOCs 收集系統，不適用于液態烴、液氨等低溫常壓罐區及低壓罐和壓力罐的罐頂油氣連通。
1.3 本規定適用邊界為罐區至VOCs 處理設施入口前的VOCs 收集及輸送系統，不包括 VOCs 處理設施。

2 RTO罐區氮封系統安全要求術語和定義
2.1 揮發性有機物（volatile organic compounds，簡稱 VOCs） 指參與大氣光化學反應的有機化合物，或者根據規定的方法測
量或核算確定的有機化合物。
2.2 直接連通
將多個儲存相同或性質相近物料儲罐的氣相空間通過管道連通， 且每個儲罐 VOCs 氣相支線無排氣控制設施，從而使連通的儲罐氣相空間通過連通管道構成一個整體。在收發油過程中，VOCs 可自發從壓力高的儲罐向壓力低的儲罐流動，實現壓力平衡。
2.3 氣相平衡管方案
在一個罐區內將存儲同一種油品多個儲罐的氣相空間用管道連  通，使一個儲罐收料時排出的氣體為同時付料的另一個儲罐所容納， 從而降低呼吸損耗（見附錄 B）。氣相平衡管連接的儲罐為直接連通。
2.4 直接連通共用切斷閥方案
多個儲罐氣相通過連通管道連通，實現氣相平衡功能，并在罐組連通收集總管道上設置遠程開關閥，通過監測儲罐壓力和（或）罐組收集總管的壓力，控制連通罐組排氣（見附錄 B）。共用一個排氣開關閥的幾個連通儲罐為直接連通。
2.5 單罐單控
在每臺儲罐 VOCs 氣相支線與管道爆轟型阻火器之間的管段上設置遠程開關閥，通過監測儲罐氣相壓力與開關閥前后的壓力（壓差）控制儲罐排氣，不同儲罐的排氣通過油氣管道并入罐組收集總管（見附錄 B）。單罐單控方案中連接的儲罐不屬于直接連通。

2.6 單呼閥方案
在每臺儲罐 VOCs 氣相支線與管道爆轟型阻火器之間的管段上設置單呼閥，控制儲罐排氣。不同儲罐的排氣通過油氣管道并入罐組收集總管（見附錄 B）。單呼閥法案中連接的儲罐不屬于直接連通。
2.7 試驗安全間隙 MESG
在標準試驗條件下（0.1MPa，20℃），剛好使火焰不能通過的狹縫寬度（狹縫長為 25mm）。
2.8 極限氧濃度 LOC
在規定的試驗條件下，不會發生爆炸的可燃性物質、空氣與惰性氣體混合物的氧氣濃度。

3 RTO罐區氮封系統安全要求基本原則
3.1 石油化工儲運罐區罐頂油氣連通方案及相關設施應符合《石油化工企業設計防火規范》（GB 50160）、《石油化工儲運系統罐區設計規范》（SH/T 3007）等國家相關標準規范及《石油化工儲運罐區VOCs  治理項目油氣連通工藝實施方案及安全措施指導意見》（以下簡稱《指導意見》）等中石化相關管理規定的要求，同時滿足本規定 的要求。

3.2 揮發性有機液體儲罐污染控制與治理應符合《石化行業揮發性有機物綜合整治方案》（環發〔2014〕177 號）、《石油煉制工業污染物排放標準》（GB31570）和《石油化學工業污染物排放標準》（GB31571）等相關法規及標準的規定。應優先采用壓力罐、低溫 罐、高效密封的內浮頂罐等源頭控制措施滿足國家和地方的 VOCs 排放標準，無法滿足時采用罐頂油氣連通集中處理方案。
3.3 罐頂油氣連通系統應按《關于進一步加強化學品罐區安全管理的通知》（安監總管三〔2014〕68 號）要求進行安全論證。
3.4 罐頂油氣連通的安全風險防控重點應是防止重大群罐火災。 罐頂油氣連通安全風險控制準則見附錄 C。
3.5 氣相連通罐組采用氮封（或其它氣體密封）和 VOCs 抽氣系統時，應確保在正常生產過程中儲罐維持正壓，防止形成爆炸性氣體環境。

3.6 罐頂油氣連通與VOCs 收集工藝應開展 HAZOP 分析，并滿足后續處理設備的安全技術要求。
1）在每臺儲罐上應設置氮封閥組和限流孔板旁路，正常情況下使用氮封閥組維持罐內氣相空間壓力在 0.3kPa 左右，當氣相空間壓力高于 0.5kPa 時，氮封閥關閉，停止氮氣供應；當氣相空間壓力低于 0.2kPa 時，氮封閥開啟，開始補充氮氣。當氮封閥需要檢修或故 障時，使用限流孔板旁路給儲罐內補充氮氣。

2）當氮封閥事故失靈不能及時關閉，造成罐內壓力超過 1.5kPa時，通過帶阻火器的呼吸閥外排；當氮封閥事故失靈不能及時開啟時， 造成罐內壓力降低至-0.3kPa 時，通過帶阻火器呼吸閥向罐內補充空 氣，確保罐內壓力不低于儲罐的設計壓力低限（-0.5kPa）。

3）為確保設置氮封儲罐事故工況下的安全排放，應在儲罐上設置事故泄壓設備，緊急泄放閥定壓不應高于儲罐的設計壓力上限（2.0kPa）。

4）在廠區收集總管上設置在線氧分析儀，判斷儲罐氮封系統的可靠性，并滿足后續油氣處理設施的安全性。

 

5 RTO罐區氮封系統安全要求氮封系統安全要求
5.1 除 SH/T3007 要求外，甲 B、乙 A 類中間原料儲罐、芳烴類儲罐、輕污油儲罐、酸性水罐、排放氣中含有較高濃度油氣和硫化物等需對排放氣體進行收集治理的儲罐應設置氮氣密封系統。
5.2 對于需要設置氮封系統的儲罐，每臺儲罐應設置單獨的氮封閥組，氮氣接入口和引壓口應位于罐頂。氮封流程應符合《指導意見》的規定。

5.3 儲罐氮封量應考慮儲罐出料及外界氣溫變化的影響，可參考《 Venting Atmospheric and Low-pressure Storage Tanks 》（API2000-2014）規定進行設計，并采取相應的工藝控制措施（見附錄 D）。當采用附錄 D 中級別及其以下補氮速率的儲罐（儲罐氣相空間為 1 區），應采取以下安全措施：
5.3.1 甲 B、乙 A 類可燃液體儲罐，芳烴類儲罐、輕污油儲罐、酸性水罐等容積為1000m3 以上的儲罐應在每臺儲罐或氣相連通罐組VOCs 收集管道上設置在線氧分析儀；
5.3.2 呼吸閥阻火器應為長時間耐燒大氣爆燃型阻火器，耐燒時間不低于 2 小時。全天候阻火呼吸閥應選用進行了整體阻火測試的產品。
5.4 氮封閥宜選用先導式或自立式開關型調節閥，并應符合下列規定：
5.4.1 根據閥前和閥后壓力確定閥門的公稱壓力；
5.4.2 閥門口徑應根據閥門的流量-壓力曲線和進罐氮氣流量及壓力確定；
5.4.3 設定開啟/關閉壓力差不應大于 0.3kPaG；
5.4.4 閥體、閥桿和閥芯材料應為 316L 不銹鋼，膜片宜為聚四氟乙烯，閥蓋材料可為碳鋼;
5.4.5 閥門應自帶過濾器以清除雜質。
5.5 每個設置有氮封的罐組宜設置一套氮氣計量系統。

(3)安全措施
①對罐區儲罐增設氮封設施，保證各罐區氮封系統的合理設置及有效運行。
②相同油品儲罐之間設置有氣相聯通管道，每臺儲罐油氣出口均設置管道阻爆型阻火器，材質選用不銹鋼。阻火器選用阻火性能良好的產品，須通過現行的ISO16852國標標準和GB/T13347規定的測試要求，并出具第三方試驗驗證文件且阻力降不應大于0.3KPa。
③在儲罐油氣出口（引風機入口遠端）安裝氧氣在線檢測儀器，同時將氧氣在線檢測器與風機出口管道控制閥門連鎖，當氧含量達到高濃度值時報警，連鎖關閉引風機，同時向系統補充氮氣，直至檢測指標達到設定要求。氧含量監測信號引入控制室，以便實時監測。控制室設氧含量超標報警儀。

RTO罐區氮封系統安全要求 結論

綜上所述，罐頂油氣收集去低壓瓦斯工藝可行，滿足相關標準規范，項目改造實施后，正常情況下能夠實現*，減少對環境的污染，滿足大氣污染物特別排放限值要求（非甲烷總烴去除效率≥97%）。故本次設計選用“罐頂氣收集去低壓瓦斯工藝技術方案”。