CN114313674B - 一种常压储罐内循环惰化防护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油储罐技术领域，具体涉及一种常压储罐内循环惰化防护系统及方法。其技术方案为：一种常压储罐内循环惰化防护系统，包括储罐，储罐和储气罐之间连接有排气管路和充气管路，排气管路上依次设置有第一气动阀和压缩机，充气管路上设置有压力调节阀。一种常压储罐内循环惰化防护方法，其特征在于，包括以下步骤：当储罐的压力下降到预设下限值时，通过储气罐向储罐充入低氧气体；当储罐的压力上升到预设上限值时，将储罐内的气体排入储气罐中。本发明提供了一种常压储罐内循环惰化防护系统及方法，实现石油储罐在惰化保护过程中的VOC气体无外排且低氧气体在系统内的循环利用。

Description

一种常压储罐内循环惰化防护系统及方法

技术领域

本发明属于石油储罐技术领域，具体涉及一种常压储罐内循环惰化防护系统及方法。

背景技术

拱顶储罐和内浮顶储罐在储存或转运油品时，必然伴随着油品的挥发。同时，因为储罐自身结构的原因，产生的VOC气体将大量聚集在罐体内部，不易被排出。随着存储过程中储罐内部温度和压力的变化，储罐会进行呼吸作用，即从外界吸入空气和排出罐内VOC气体。

若吸入空气，达到一定氧浓度，且VOC气体在爆炸极限浓度范围内，将存在极大的安全隐患。若罐内VOC气体外排，将会造成环境污染，同时造成油品的损耗。

目前，针对石油储罐最常用的防爆阻爆技术是惰化技术。例如：利用氮封系统对石油储罐进行惰化保护，其中惰化气体介质是高纯度氮气，通过注入氮气代替呼吸作用时吸入的氧气，将气体控制为低氧状态(例如氧气占8％体积百分比)，氧气作为助燃物，含量低了，燃烧便不能发生。尽管该方法能够增强对储罐的安全保护，但是还存在着一些问题：第一、某些氮封系统未设置气体回收功能，导致罐内气体直接排放至大气中，污染空气；第二、某些氮封系统设置了气体回收功能，也对回收气体中的VOC气体进行处置，但处置后的气体同样被排放至大气中，不能循环利用，会造成资源浪费，同时增加系统的运行成本；第三、尽管能够降低油品的挥发，但效果有限，其原因在于：目前的氮封系统排出的是VOC气体和氮气的混合气体，而补充的是高浓度氮气，会导致罐内VOC气体的浓度降低，同样会有油品的蒸发。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种常压储罐内循环惰化防护系统及方法，实现石油储罐在惰化保护过程中的VOC气体无外排且低氧气体在系统内的循环利用。

本发明所采用的技术方案为：

一种常压储罐内循环惰化防护系统，包括储罐，储罐和储气罐之间连接有排气管路和充气管路，排气管路上依次设置有第一气动阀和压缩机，充气管路上设置有压力调节阀。

在储气罐中存储大量低氧气体作为储备气，对储罐进行充气惰化，使储罐内的氧气浓度处于低浓度状态，达到不爆炸的条件。在检测到储罐内压力值超过预设上限值时，将储罐内气体排出并注入到储气罐中进行储存。在检测到储罐内压力值超过预设下限值时，将储气罐内低氧气体注入到储罐中。

本发明根据储罐的压力情况，对储罐充入低氧气体或排出低氧气体，且气体在系统内循环，代替了储罐直接与外界的呼吸过程，从而避免了储罐内的VOC气体外排和外界氧气进入罐内，实现了储罐的惰化防护。低氧气体循环利用，降低了系统的运行成本。本发明采用循环利用的低氧气体，气体中的VOC气体不被处理，逐渐累积至VOC气体的饱和蒸气压后，能够有效的抑制油品的蒸发。

作为本发明的优选方案，还包括控制系统，控制系统分别与第一气动阀、压缩机、压力调节阀电连接。控制系统能远程控制第一气动阀、压缩机、压力调节阀，保证系统能及时对储罐进行充、排低氧气体。

作为本发明的优选方案，所述储罐上安装有第一压力变送器，第一压力变送器与控制系统电连接。第一压力变送器监测储罐压力，并将压力信号发送至控制系统，从而方便控制系统通过监测到的储罐压力值，对储罐进行排气或充气的操作。

作为本发明的优选方案，所述储罐上分别连接有第一氧气检测仪和阻火器呼吸阀，第一氧气检测仪与控制系统电连接。第一氧气检测仪能实时检测储罐内的氧气浓度，一旦第一氧气检测仪检测到氧气浓度超过预设上限值，控制系统控制充气管路上的压力调节阀启动，向储罐内注入低氧气体，稀释氧气浓度。在此过程中，排气上的第一气动阀和压缩机不启动，过多气体由阻火器呼吸阀排出。

作为本发明的优选方案，所述排气管路上安装有缓冲罐，缓冲罐位于第一气动阀和压缩机之间。缓冲罐的作用是缓冲从储罐排出的气体的压力波动，使压缩机进口的气体压力更稳定。

作为本发明的优选方案，所述充气管路的一端连接于缓冲罐，充气管路的另一端连接于储气罐。通过将充气管路与缓冲罐连接，可减少管道的使用，并且利用缓冲罐将压力调节阀减压后的气体再次缓冲，降低压力波动，使进入储罐的气体更加稳定。

作为本发明的优选方案，所述储罐上安装有第一压力变送器，缓冲罐上连接有第三压力变送器，第一压力变送器和第三压力变送器均与控制系统电连接。

充气管路与储罐连接时：

第一压力变送器检测到石油储罐内压力值低于预设的下限值时，控制系统控制充气管路上的压力调节阀开启，通过充气管路注入储罐中。在第一压力变送器检测到石油储罐的压力上升并高于预设上限值时，控制系统控制排气管路上的第一气动阀开启，储罐通过排气管路与缓冲罐连通，储罐内的低氧气体排入缓冲罐。当第三压力变送器检测到缓冲罐内的压力值高于预设的上限值时，压缩机启动，将缓冲罐内的低氧气体压缩注入到储气罐内储存。

充气管路与缓冲罐连接时：

在第一压力变送器检测到石油储罐的压力上升并高于预设上限值时，控制系统控制排气管路上的第一气动阀开启，储罐通过排气管路与缓冲罐连通，储罐内的低氧气体排入缓冲罐。当第三压力变送器检测到缓冲罐内的压力值高于预设的上限值时，压缩机启动，将缓冲罐内的低氧气体压缩注入到储气罐内储存。在第一压力变送器检测到石油储罐内压力值低于预设的下限值时，控制系统控制第一气动阀开启，缓冲罐内的气体通过排气管路进入储罐中。当第三压力变送器检测到缓冲罐内的压力值低于预设的缓冲罐下限值时，控制系统控制压力调节阀开启，低氧气体再依次通过压力调节阀、缓冲罐、第一气动阀进入储罐中。

作为本发明的优选方案，所述储罐上分别连接有第一氧气检测仪，缓冲罐上分别连接有第二氧气检测仪和缓冲罐安全管路，第一氧气检测仪和第二氧气检测仪均与控制系统电连接。

充气管路与储罐连接时：

一旦第一氧气检测仪检测到氧气浓度超过预设上限值(第二氧气检测仪检测到氧气浓度在预设上限值内)，控制系统控制充气管路上的压力调节阀启动，向储罐内注入低氧气体，稀释氧气浓度。在此过程中，压缩机不启动，第一气动阀不开启，过多气体由阻火器呼吸阀排出。

一旦第二氧气检测仪检测到氧气浓度超过预设上限值(无论第一氧气检测仪是否检测到缓冲罐内的氧气超过预设上限值)，控制系统依次控制充气管路上的压力调节阀和排气管路上的第一气动阀启动，向储罐和缓冲罐内注入低氧气体，稀释氧气浓度。在此过程中，压缩机不启动，过多气体由缓冲罐上的缓冲罐安全管路排出。

充气管路与缓冲罐连接时：

一旦第一氧气检测仪检测到氧气浓度超过预设上限值(无论第二氧气检测仪是否检测到缓冲罐内的氧气超过预设上限值)，控制系统控制第一气动阀和充气管路上的压力调节阀启动，向储罐内注入低氧气体，稀释氧气浓度。在此过程中，压缩机不启动，过多气体由阻火器呼吸阀排出。

一旦仅有第二氧气检测仪检测到氧气浓度超过预设上限值，控制系统6控制充气管路上的压力调节阀启动，向缓冲罐内注入低氧气体，稀释氧气浓度。在此过程中，第一气动阀不开启、压缩机不启动，过多气体由缓冲罐上的安全管路排出。

作为本发明的优选方案，所述储罐是指一个独立储罐或者一组气相空间连通的多个储罐。

一种常压储罐内循环惰化防护方法，包括以下步骤：

当储罐的压力下降到预设下限值时，通过储气罐向储罐充入低氧气体；

当储罐的压力上升到预设上限值时，将储罐内的气体排入储气罐中。

一种常压储罐内循环惰化防护方法，包括以下步骤：

当储罐的压力下降到预设下限值时，通过储气罐或缓冲罐向储罐充入低氧气体；

当储罐的压力上升到预设上限值时，将储罐内的气体排入缓冲罐中；当缓冲罐的压力高于缓冲罐上限值时，将缓冲罐中的气体注入储气罐中。

本发明的有益效果为：

1.本发明的本发明根据储罐的压力情况，对储罐充入低氧气体或排出低氧气体，且气体在系统内循环，代替了储罐直接与外界的呼吸过程，从而避免了储罐内的VOC气体外排和外界氧气进入罐内，实现了储罐的惰化防护。

2.本发明将低氧气体循环利用，降低了系统的运行成本。

3.本发明采用循环利用的低氧气体，气体中的VOC气体不被处理，逐渐累积至VOC气体的饱和蒸气压后，能够有效的抑制油品的蒸发。

附图说明

图1是实施例1中本发明的结构示意图；

图2是实施例2中本发明的结构示意图；

图3是实施例3中本发明的结构示意图。

图中，1为储罐；2-1为第一氧气检测仪；2-2为第二氧气检测仪；3-1为第一压力变送器；3-2为第二压力变送器；3-3为第三压力变送器；4为阻火器呼吸阀；5-1为第一气动阀；5-2为第二气动阀；6为控制系统；7为储气罐；8为压力调节阀；9为压缩机；10为缓冲罐；11-1为排气管路；11-2为充气管路；11-3为充排管道；12为三通接头；13-1为储气罐安全管路；13-2为缓冲罐安全管路。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一：

如图1所示，本实施例的常压储罐内循环惰化防护系统，系统包括储罐1、储气罐7以及控制系统6。所述储罐1可为一个独立储罐或者一组气相空间连通的多个储罐。

所述储罐1通过排气管路11-1与充气管路11-2与储气罐7相连通。所述储罐1上安装有三通接头12，三通接头12的其中一个接头连接有阻火器呼吸阀4，三通接头12的另一个接头上连接有第一氧气检测仪2-1和第一压力变送器3-1。排气管路11-1上依次设置有第一气动阀5-1和压缩机9，压缩机9的出口再通过管路连通到储气罐7。所述充气管路11-2上设置有压力调节阀8(也可是其他具有减压作用的控制阀门)。

所述三通接头12上的第一氧气检测仪2-1和第一压力变送器3-1对储罐1内的气相空间压力和气体氧气浓度进行检测。

所述储气罐7与充排管路11-3连通，管路上设置有第二气动阀5-2。在储气罐7上安装有第二压力变送器3-2，对储气罐7内的压力进行检测。同时在储气罐7上还设置有安全管路13-1，可安装安全阀，也可与充排气口连通，用于保护储气罐7，并将排出气体回收。

所述控制系统6接收氧气检测仪以及压力变送器传输的数据，进行分析，并控制各阀门的开闭、压缩机的启停。

具体在使用时，其工作过程如下：

在位于三通接头12上的第一压力变送器3-1检测到储罐1的压力下降并低于预设下限值例如0.4KPa时(储罐1在发油时或温度下降时，压力会下降)，控制系统6控制充气管路11-2上的压力调节阀8开启，将储气罐7内的高压低氧气体减压后，通过充气管路11-2注入储罐1中。当第一压力变送器3-1检测到储罐1的压力恢复达到预设阈值例如0.8KPa时，控制系统6控制压力调节阀8关闭。

在位于三通接头12上的第一压力变送器3-1检测到储罐1的压力上升并高于预设上限值例如1.2KPa时(储罐1在收油时或温度上升时，压力会增加)，控制系统6控制排气管路11-1上的第一气动阀5-1开启，同时也控制压缩机9启动，将储罐1排出的低氧气体通过排气管路11-1输送、压缩机9加压后注入储气罐7中。当第一压力变送器3-1检测到储罐1的压力恢复达到预设阈值例如0.8KPa时，控制系统6依次控制压缩机9和第一气动阀5-1关闭。

储气罐7的作用是对储罐1排出的低氧气体进行回收、储存，实现气体的循环利用，位于储气罐7上的第二压力变送器3-2对储气罐7内的储气情况进行判断。当第二压力变送器3-2检测到储气罐7内压力值高于预设的上限值例如1.2MPa，控制系统6控制充排管路11-3上的第二气动阀5-2开启，将气体从充排气口排出，排出的气体可进行后续净化处理。当第二压力变送器3-2检测到储气罐7内压力值低于预设的下限值例如0.2MPa，控制系统6控制充排管路11-3上的第二气动阀5-2开启，从充排气口补入气体。

为了防止意外情况(氧气浓度超过预设值例如8％体积百分比，混合气体在压缩机内被压缩，易发生爆炸)的出现，在储罐1上所设的第一氧气检测仪2-1的作用是实时检测储罐1内的氧气含量。一旦第一氧气检测仪2-1检测到氧气浓度超过预设上限值例如8％，控制系统6控制充气管路11-2上的压力调节阀8启动，向储罐内注入低氧气体，稀释氧气浓度。在此过程中，排气管路11-1上的第一气动阀5-1和压缩机9不启动，过多气体由阻火器呼吸阀4排出。

实施例二：

如图2所示，本实施例的常压储罐内循环惰化防护系统，在实施例一的基础上，本实施例增加一缓冲罐10，该缓冲罐10安装在排气管路11-1上，位于第一气动阀5-1和压缩机9之间，与压缩机9的进气口连通。所述储罐1可为石油储罐1。

在缓冲罐10上安装有第二氧气传感器2-2和第三压力变送器3-3，用于检测缓冲罐10内低氧气体的氧气浓度和罐内的压力值。同时在缓冲罐10上还设置有缓冲罐安全管路13-2，可安装安全阀，也可与充排气口连通，用于保护缓冲罐7，并将排出气体回收。

该实施例的缓冲罐10的作用是缓冲从储罐1排出的气体的压力波动，是压缩机进口的气体压力更稳定。

具体在使用时，其过程如下：

在位于三通接头12上的第一压力变送器3-1检测到储罐1内压力值低于预设的下限值例如0.4KPa时，工作过程与实施例一相同。

在第一压力变送器3-1检测到储罐1的压力上升并高于预设上限值例如1.2KPa时，控制系统6控制排气管路11-1上的第一气动阀5-1开启，储罐1通过排气管路11-1与缓冲罐10连通，储罐1内的低氧气体排入缓冲罐10。当第三压力变送器3-3检测到缓冲罐10内的压力值高于预设的上限值例如1.0KPa时，压缩机9启动，将缓冲罐10内的低氧气体压缩注入到储气罐7内储存。当第二压力变送器3-2和第三压力变送器3-3分别检测到储罐1和缓冲罐10内的压力下降恢复到预设阈值0.8KPa时，分别关闭第一气动阀5-1和停止压缩机9。

同样，为了防止意外情况(氧气浓度超过预设值，混合气体在压缩机内被压缩，易发生爆炸)的出现，在缓冲罐10上所设的第二氧气检测仪2-2的作用是实时检测缓冲罐10内的氧气含量。

一旦第一氧气检测仪2-1检测到氧气浓度超过预设上限值8％(第二氧气检测仪2-2检测到氧气浓度在预设上限值例如8％范围内)，系统工作过程与实施例一相同。

一旦第二氧气检测仪2-2检测到氧气浓度超过预设上限值例如8％(无论第一氧气检测仪2-1是否检测到缓冲罐10内的氧气超过预设上限值)，控制系统6依次控制充气管路11-2上的压力调节阀8和排气管路11-1的第一气动阀5-1启动，向储罐和缓冲罐10内注入低氧气体，稀释氧气浓度。在此过程中，压缩机9不启动，过多气体由缓冲罐10上的安全管路接口13-2排出，该接口可安装安全阀，也可与充排气口连通，用于保护储气罐7，并将排出气体回收。

实施例三：

如图3所示，本实施例的常压储罐内循环惰化防护系统，在实施例二的基础上，本实施例将排气管路11-1和充气管路11-2的部分管路合并，使充气管路11-2将缓冲罐10和储气罐7连通，储罐1的进气和排气均从排气管路11-1输送，并与缓冲罐10连通。

该实施例可减少管道的使用，并且利用缓冲罐10将压力调节阀8减压后的气体再次缓冲，降低压力波动，使进入储罐1的气体更加稳定。

具体在使用时，其工作过程如下：

在第一压力变送器3-1检测到储罐1内压力值超过预设的上限值例如1.2KPa时，工作过程与实施例二相同。

在第一压力变送器3-1检测到储罐1内压力值低于预设的下限值0.4KPa时，控制系统6控制第一气动阀5-1开启，缓冲罐10内的气体通过排气管路11-1进入储罐1中。当第三压力变送器3-3检测到缓冲罐10内的压力值低于预设的下限值0.6KPa时，控制系统6控制压力调节阀8开启，低氧气体再依次通过压力调节阀8、缓冲罐10、第一气动阀5-1进入储罐1中。当第一压力变送器3-1和第三压力变送器3-3分别检测到储罐1和缓冲罐10内的压力值上升恢复到预设阈值例如0.8KPa时，分别关闭第一气动阀5-1和压力调节阀8。

在意外情况出现时，其工作过程如下：

一旦第一氧气检测仪2-1检测到氧气浓度超过预设上限值8％(无论第二氧气检测仪2-2是否检测到缓冲罐10内的氧气超过预设上限值)，控制系统6控制第一气动阀5-1和充气管路11-2上的压力调节阀8启动，向储罐内注入低氧气体，稀释氧气浓度。在此过程中，压缩机9不启动，缓冲罐安全管路接口不开启，过多气体由阻火器呼吸阀4排出。

一旦仅有第二氧气检测仪2-2检测到氧气浓度超过预设上限值8％，控制系统6控制充气管路11-2上的压力调节阀8启动，向缓冲罐10内注入低氧气体，稀释氧气浓度。在此过程中，第一气动阀5-1不开启、压缩机9不启动，过多气体由缓冲罐10上的安全管路接口13-2排出，该接口可安装安全阀，也可与充排气口连通，用于保护储气罐7，并将排出气体回收。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种常压储罐内循环惰化防护系统，其特征在于，包括储罐(1)，储罐(1)和储气罐(7)之间连接有排气管路(11-1)和充气管路(11-2)，排气管路(11-1)上依次设置有第一气动阀(5-1)和压缩机(9)，充气管路(11-2)上设置有压力调节阀(8)，压缩机(9)的一端通过管道与储气罐(7)连接，压缩机(9)的另一端通过管道与第一气动阀(5-1)连接，第一气动阀(5-1)的另一端通过管道与储罐(1)连接；

还包括控制系统(6)，控制系统(6)分别与第一气动阀(5-1)、压缩机(9)、压力调节阀(8)电连接；所述储罐(1)上分别连接有第一氧气检测仪(2-1)和阻火器呼吸阀(4)，第一氧气检测仪(2-1)与控制系统(6)电连接；

第一氧气检测仪(2-1)实时检测储罐(1)内的氧气含量，一旦第一氧气检测仪(2-1)检测到氧气浓度超过预设上限值，控制系统(6)控制充气管路(11-2)上的压力调节阀(8)启动，向储罐(1)内注入低氧气体，排气管路(11-1)上的第一气动阀(5-1)和压缩机(9)不启动，过多气体由阻火器呼吸阀(4)排出。

2.根据权利要求1所述的一种常压储罐内循环惰化防护系统，其特征在于，所述储罐(1)上安装有第一压力变送器(3-1)，第一压力变送器(3-1)与控制系统(6)电连接。

3.一种常压储罐内循环惰化防护系统，其特征在于，包括储罐(1)，储罐(1)和储气罐(7)之间连接有排气管路(11-1)和充气管路(11-2)，排气管路(11-1)上依次设置有第一气动阀(5-1)和压缩机(9)，充气管路(11-2)上设置有压力调节阀(8)；所述排气管路(11-1)上安装有缓冲罐(10)，缓冲罐(10)位于第一气动阀(5-1)和压缩机(9)之间；所述充气管路(11-2)的一端连接于缓冲罐(10)，充气管路(11-2)的另一端连接于储气罐(7)；

还包括控制系统(6)，控制系统(6)分别与第一气动阀(5-1)、压缩机(9)、压力调节阀(8)电连接；所述储罐(1)上分别连接有第一氧气检测仪(2-1)，缓冲罐(10)上分别连接有第二氧气检测仪(2-2)和缓冲罐安全管路(13-2)，第一氧气检测仪(2-1)和第二氧气检测仪(2-2)均与控制系统(6)电连接；

一旦第一氧气检测仪(2-1)到氧气浓度超过预设上限值，无论第二氧气检测仪(2-2)是否检测到缓冲罐(10)内的氧气超过预设上限值，控制系统(6)控制第一气动阀(5-1)和充气管路(11-2)上的压力调节阀(8)启动，向储罐(1)内注入低氧气体，压缩机(9)不启动，缓冲罐安全管路接口不开启，过多气体由阻火器呼吸阀(4)排出；

一旦仅有第二氧气检测仪(2-2)检测到氧气浓度超过预设上限值，控制系统(6)控制充气管路(11-2)上的压力调节阀(8)启动，向缓冲罐(10)内注入低氧气体，第一气动阀(5-1)不开启、压缩机(9)不启动，过多气体由缓冲罐(10)上的安全管路（13-2）接口排出。

4.根据权利要求3所述的一种常压储罐内循环惰化防护系统，其特征在于，所述储罐(1)上安装有第一压力变送器(3-1)，缓冲罐(10)上连接有第三压力变送器(3-3)，第一压力变送器(3-1)和第三压力变送器(3-3)均与控制系统(6)电连接。

5.使用权利要求1所述的系统的一种常压储罐内循环惰化防护方法，其特征在于，包括以下步骤：

当储罐(1)的压力下降到预设下限值时，通过储气罐(7)向储罐(1)充入低氧气体；

当储罐(1)的压力上升到预设上限值时，将储罐(1)内的气体排入储气罐(7)中。

6.使用权利要求3所述的系统的一种常压储罐内循环惰化防护方法，其特征在于，包括以下步骤：

当储罐(1)的压力下降到预设下限值时，通过储气罐(7)或缓冲罐(10)向储罐(1)充入低氧气体；

当储罐(1)的压力上升到预设上限值时，将储罐(1)内的气体排入缓冲罐(10)中；当缓冲罐(10)的压力高于缓冲罐(10)上限值时，将缓冲罐(10)中的气体注入储气罐(7)中。