危险品储罐压力保护和排放控制

储罐可以安全地储存成千上万桶的产品，但它们对于超压或减压都很敏感，甚至可能导致产品损失或额外的泄漏。如果超出了设计的极限，储罐还可能爆裂或塌陷。

有一种直截了当的解决方案，就是在储罐上安装大型风阀，使它能自由地释放压力或避免压力降低。如果储罐内是没有危险性的产品，那么这种方法就很合适。反之如果储罐内是挥发性有机化合物，这样做就会产生严重的安全隐患和环境影响。这样的储罐需要更加谨慎、周全的设备加以保护，才能保障产品质量和运行安全，并将环境影响降到最低限度。储罐保护方案可能同时涉及到储罐气封调压器、真空及压力释放阀（压力安全阀，PVRV）、计量口、紧急风阀和其它一些相关设备。

满足最新的排放控制要求储罐的设计有多种多样，本文关注的是储存常温下稳定化学品的低压储罐。这类储罐通常采用固定式顶盖，在罐内液体和顶盖之间通常存在一个化学品蒸汽层。本文不讨论高压储罐和低温储罐。就低压储罐而言，最关键的是要调节罐内压力，避免超过减压（真空）或增压的设计极限。许多储罐仅能承受相当于数英寸水压的减压，能够承受的最高额外压力可能只有1磅/平方英寸（PSI）或更低。使用中如果压力略微超过或低于设计极限，都可能立即导致灾难性后果（图1）。

为了避免储罐损坏，储罐内化学品蒸汽层的压力，需要根据环境或工况的变化谨慎地调节。最近，环境保护署（EPA）的环境保护条例又新增了不少内容。其中第40卷/第一章/C分章/第60篇/ OOOOb/c分篇（通常被简称为“Quad O”）的强制规定进一步拓宽了管辖范围，凡是2022年12月6日之后开始建造、改造或重建的储罐，以及挥发性有机化合物年度排放量超过六吨的储罐，都须受到Quad O条例的约束。上述各类储罐至少要将泄漏率降低95%。

压力控制设计

虽然并非显而易见，但储罐注定需要随着运行模式和环境影响的变化，不断地吸入和排放气体。为了妥善设计储罐的保护系统，必须充分考虑到储罐的这种呼吸效应。

发生下列情况时，储罐内压力具有降低的趋势，需要吸入气体：

· 物料从储罐内泵出，由此减少的液体所占容积必须由蒸汽代替。
· 气候变化导致气温降低，进而导致罐内蒸汽体积缩小。

发生下列情况时，储罐内压力具有升高的趋势，需要排出气体：

· 物料被泵入储罐，液体体积增加，挤占了蒸汽的空间。
· 环境温度上升可能导致储罐内液体蒸发并进入蒸汽层，导致蒸汽压力上升。
· 储罐所在区域的明火，例如储罐附近的池火，会导致罐内液体沸腾并产生极高的蒸汽压力，必须进行排放。
· 由罐内液体和附近设备的具体情况导致的超压。

储罐压力控制系统依靠一系列设备，将罐内压力保持在略微正压的水平，通常小于10″水柱压力。典型的储罐压力控制系统（图2）通常由一组压力控制装置组成，可以提供多层保护。理想状态下，可以让气封调压器（图2，设备1#）注入氮气，或在超压时排气至涤气器/蒸汽回收装置/火炬（图2，设备2#），将罐内压力保持在绿色区段。这样的操作可以将氧气阻挡在储罐之外，避免蒸汽层内出现容易爆炸的混合气体。此外也能最大限度减少蒸汽/产品的对外排放和泄漏，或者说减少它们的损失。

非常事件，例如极端天气等，可能会摧毁第一层保护，并触发压力/真空风阀的启动和运行（图2，设备3#）。风阀可以让空气进入储罐，从而恢复罐内压力。它也可以将罐内空气释放到大气中，从而降低罐内压力。

相关法规和行业规范都要求储罐配置紧急风阀，以便应对各种突发状况，比如邻近的火灾等。有些情况下，储罐的压力/真空风阀（图2，设备3#）能够实现上述功能。但是有很多储罐需要非常大尺寸的紧急风阀（图2，设备4#），才能及时释放火灾导致的极大蒸汽压力。有些储罐还会配置取样孔（图2，设备5#），以便对罐内物料进行人工测量和/或取样。

超压、真空（失压）和排放设备的设计

根据储罐的具体情况和用途，会有不同的设计要求。但是危险品储罐通常都要求配置若干种保护装置，确保超压时实现排放和/或失压时补充空气。以下是各种保护装置的关键选型标准：

储罐气封调压器

储罐气封调压器可以感知储罐内压力，并在压力偏低时注入惰性气体，通常是氮气。调压器压力临界点的正确设置是比大气压高出若干英寸水压，即略微保持一点正压，阻止氧气进入储罐。气封调压器面对的挑战是承受全压氮气的压力（通常是80磅/平方英寸或更高），并且降压，使其和储罐的设定压力相同（通常是1至2英寸水柱压力）并保持稳定。有很多种选择可以确保调压器能承受输入惰性气体的不同压力和流率（图3）。大流量调压器通常是由导向阀驱动的，带有外置压力传感器，适用于流量大、出口端压力容易上升的场合。气封调压器是专为调节储罐压力而设计的设备，关键的设计要求包括：在流量较低的情况下精确控制压力；操作时不可以有惰性气体泄漏至大气中，从而节约惰性气体。对于高流量或高压惰性气体，通常需要多阶式导向阀驱动的调压器。

蒸汽回收调压器

背压调压器可以将储罐内的蒸汽排放至涤气器、蒸汽回收或火炬系统，以便通过后续处理，达到环境保护方面的基本要求。此类设备能够保持背压和储罐设定压力相同，即比储罐气封调压器的压力略高若干英寸水压，同时又比储罐的风阀设定压力略低若干英寸。精确的控制性能和紧密的关断功能，都是必须达到的设计要求，以便避免将产品蒸汽和/或氮气毫无意义地排放到大气中，同时也避免储罐压力升高到直接触发压力风阀开启的程度，那样会使蒸汽直接排放进入大气。

此类设备的关键设计要求包括：在极低压力下，在狭窄压力范围内实现极高的控制精度；并且能在设备不工作时，实现极端紧密的关断。背压调压器的密封元件和软性配件，必须谨慎设定技术规格，以便与储罐内蒸汽的特性相匹配。值得注意的是，下游的设备和压力都会对此类设备的尺寸计算和选型产生影响。例如蒸汽回收系统，它可能在低压下工作，而且系统中的爆震阻火器会在流率较高时，产生极大的压降。

储罐压力/真空风阀

只有在特定条件下，即需要的流率超过了气封调压器和蒸汽回收调压器的流率时，储罐压力/真空风阀（图4）才会开启。风阀开启后，外界空气就能进入储罐，或者反之，让罐内蒸汽排放至大气中。气封调压器和蒸汽回收调压器的尺寸和设置都须经过合理的考量，确保它们只会在特定情况下才被启用。

此类设备的关键设计要求包括：即使经年累月都没有被触发启用，也要保持功能正常和可靠。未被启用时，泄漏率必须接近零。高端产品在压力相当于设定压力的90%时，泄漏率低于0.1 SCFH（标准立方英尺每小时）。

总结

充分的专业知识和经验。设计师如果对工艺和技术规格不熟悉，需要向储罐卖家咨询。这样有助于全面了解情况，针对特定用途做出合理的判断和选择。设计合理的系统，可以常年可靠地运行，同时还能最大限度减少氮气消耗和环境影响。而糟糕的设计会导致储罐和邻近设备面临极大风险。

感谢艾默生（Emerson）提供了所有图片！