儲(chǔ)罐全天候呼吸閥計(jì)算選型分析

呼吸閥是一種常用于常壓和低壓儲(chǔ)罐的壓力保護(hù)措施。正確計(jì)算儲(chǔ)罐需要的呼吸量，選擇適合的呼吸閥，正確安裝并對(duì)其進(jìn)行維護(hù)是保證儲(chǔ)罐能夠安全儲(chǔ)存的一個(gè)重要條件。全天候呼吸閥是油罐呼吸系統(tǒng)的核心部件，一般由壓力閥、真空閥、閥體組成。其原理是利用閥盤(pán)自身重量(或彈簧的張力)來(lái)控制油罐的呼氣正壓(壓力)和吸氣負(fù)壓(真空值)。

    當(dāng)罐內(nèi)氣體空間的壓力在全天候呼吸閥的控制壓力范圍之內(nèi)時(shí)，呼吸閥不動(dòng)作，保持油罐的密閉性；當(dāng)油罐內(nèi)氣體空間的壓力升高，達(dá)到全天候呼吸閥的控制正壓時(shí)，在油罐內(nèi)壓力的作用下正壓閥打開(kāi)，氣體從油罐內(nèi)逸出，使油罐內(nèi)的壓力不再升高；當(dāng)油罐內(nèi)氣體空間的壓力下降，達(dá)到呼吸閥的控制負(fù)壓時(shí)，在大氣壓的作用下，真空閥打開(kāi)，空氣進(jìn)入油罐內(nèi)，使油罐內(nèi)的壓力不再繼續(xù)下降(負(fù)壓不再增大)。油罐呼吸系統(tǒng)的作用，主要是通過(guò)全天候呼吸閥實(shí)現(xiàn)油罐內(nèi)在一定壓力下的平衡和密閉，從而保證油罐正常、安全運(yùn)行，減小油罐內(nèi)油品蒸發(fā)損耗，減緩油品質(zhì)量下降的程度，預(yù)防著火爆炸、油氣中毒，在一定程度上防止油氣對(duì)環(huán)境的污染。

    全天候呼吸閥按其使用條件可分為普通型和全天候型，按其結(jié)構(gòu)類型和壓力控制方法分為重力式、彈簧式和重力彈簧組合式；按閥座的相互位置分為分列式和重疊式。全天候呼吸閥的計(jì)算內(nèi)容主要是確定呼吸量，呼吸量按下列條件確定：

1)儲(chǔ)罐向外輸出物料時(shí)，造成儲(chǔ)罐內(nèi)壓力降低，需要吸入氣體保持儲(chǔ)罐內(nèi)壓力平衡；

2)向儲(chǔ)罐內(nèi)灌裝物料時(shí)，造成儲(chǔ)罐內(nèi)壓力升高，需要排除氣體保持儲(chǔ)罐內(nèi)壓力平衡；

3)由于氣候等影響引起儲(chǔ)罐內(nèi)蒸氣壓增大或減少，造成的呼出或吸入(通稱熱效應(yīng))，熱效應(yīng)引起的呼吸氣量。

4)火災(zāi)時(shí)儲(chǔ)罐受熱，引起蒸發(fā)量劇增而造成呼出。

    前三個(gè)原因引起的呼吸量叫正常呼吸量，后一個(gè)原因引起的呼吸量叫火災(zāi)呼吸量。常壓及低壓儲(chǔ)罐是石油化工行業(yè)的常用設(shè)備。呼吸閥能夠在儲(chǔ)罐超壓或者接近真空的工況下通過(guò)呼氣或者吸氣而使儲(chǔ)罐壓力保持在設(shè)計(jì)壓力范圍內(nèi)，從而避免鼓罐或者癟罐的情況發(fā)生，減少罐內(nèi)物料的損耗。同時(shí)安裝呼吸閥也能減少揮發(fā)性物料的泄露，降低對(duì)外部環(huán)境的污染，減少安全隱患?！妒突て髽I(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50160-2008）中更有規(guī)定，“甲B、乙類液體的固定頂罐應(yīng)設(shè)阻火器和呼吸閥"。阻火器與呼吸閥連用可以防止火焰進(jìn)入儲(chǔ)罐避免爆炸發(fā)生。因此呼吸閥作為石油儲(chǔ)罐的附件是少的。

1 儲(chǔ)罐全天候呼吸閥計(jì)算選型分析啟動(dòng)原因

呼吸閥是由呼氣閥和吸氣閥兩部分組成。通常情況下呼吸閥是封閉不動(dòng)的，只有在儲(chǔ)罐超壓或者真空的情況才會(huì)開(kāi)啟。以下幾點(diǎn)為比較普遍的開(kāi)啟原因,也就是造成真空或者超壓的條件：

1）液體出入儲(chǔ)罐。液體流出儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐內(nèi)氣相空間增大，壓力降低，會(huì)導(dǎo)致吸氣閥開(kāi)啟吸入外部氣體，用以提高儲(chǔ)罐壓力。液體進(jìn)入儲(chǔ)罐，汽化蒸汽增多，儲(chǔ)罐壓力增大，導(dǎo)致呼氣閥開(kāi)啟呼出多余的氣體降低儲(chǔ)罐壓力。

2）天氣變化引起的儲(chǔ)罐呼吸。氣溫降低或者大風(fēng)、降雨等其他天氣變化會(huì)引起儲(chǔ)罐內(nèi)氣體的壓縮或者冷凝，儲(chǔ)罐壓力降低，從而導(dǎo)致吸氣閥開(kāi)啟。氣溫升高或者其他天氣變化（熱效應(yīng)）會(huì)引起儲(chǔ)罐內(nèi)氣體膨脹或者液體汽化，儲(chǔ)罐壓力升高，從而導(dǎo)致呼吸閥打開(kāi)。

3）當(dāng)儲(chǔ)罐吸收了外部火災(zāi)產(chǎn)生的熱量，造成液體汽化以及氣體膨脹，儲(chǔ)罐壓力增大，呼氣閥開(kāi)啟，儲(chǔ)罐呼出內(nèi)部多余氣體。

4）由于設(shè)備故障或者操作錯(cuò)誤而導(dǎo)致的其他情況。當(dāng)以上條件有一個(gè)存在或幾個(gè)同時(shí)發(fā)生并達(dá)到了呼吸閥的開(kāi)啟壓力，呼吸閥即開(kāi)始工作，降低超壓或者真空度，可以達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)罐的目的。

2 儲(chǔ)罐全天候呼吸閥計(jì)算選型分析的計(jì)算

儲(chǔ)罐的呼吸量應(yīng)至少為進(jìn)出物料量與熱效應(yīng)引起的通氣量之和。目前還沒(méi)有國(guó)家通用的標(biāo)準(zhǔn)算法來(lái)計(jì)算呼吸量。結(jié)合日本通氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)HPIS-G-103-1997，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)API Std 2000-2009,以及以往項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，以下為我們?cè)陧?xiàng)目中應(yīng)用的計(jì)算公式。式中進(jìn)出物料的通氣量系數(shù)借鑒API Std2000，并按照該標(biāo)準(zhǔn)以37.8℃為閃點(diǎn)分界點(diǎn)。而由于熱效應(yīng)引起的通氣量變化則參考了日本通氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的系數(shù)值。

1）閃點(diǎn)低于37.8℃的物料：

Qi=0.94Vo+Qt

Qo=2.02Vi+Qt

2）閃點(diǎn)高于37.8℃的物料：

Qi=0.94Vo+Qt

Qo=1.01Vi+0.6Qt

式中：

Qi——吸入時(shí)總通氣量，單位為m3/h;

Qo——呼出時(shí)總通氣量，單位為m3/h;

Qt——在吸氣或排氣的同時(shí)，由于天氣變化引起的通氣量，即熱呼吸通氣量，單位為m3/h;

Vi——最大進(jìn)料量，單位為m3/h;

Vo——最大出料量，單位為m3/h;

對(duì)于容積小于3180m3的儲(chǔ)罐，以上兩式中的Qt=0.169V。V為儲(chǔ)罐總?cè)莘e。

3 儲(chǔ)罐全天候呼吸閥計(jì)算選型分析呼吸壓力的確定

呼吸閥的起跳壓力應(yīng)低于儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力，從而保護(hù)儲(chǔ)罐不被破壞[4]。大多數(shù)的常壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力通常在-500Pa～2000Pa(G)。根據(jù)SY/ T 0511.1-2010，呼吸閥的開(kāi)啟壓力等級(jí)分為五級(jí)，具體見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，通常情況下呼吸閥的負(fù)壓吸入壓力設(shè)成-295Pa是符合絕大部分儲(chǔ)罐的。

　固定頂罐的呼吸排放可用下式估算其污染物的排放量：

　　LB=0.191×M(P/(100910-P))^0.68×D^1.73×H^0.51×△T^0.45×FP×C×KC

　　式中：LB-固定頂罐的呼吸排放量(Kg/a);

　　M-儲(chǔ)罐內(nèi)蒸氣的分子量;

　　P-在大量液體狀態(tài)下，真實(shí)的蒸氣壓力(Pa);

　　D-罐的直徑(m);

　　H-平均蒸氣空間高度(m);

　　△T-一天之內(nèi)的平均溫度差(℃);

　　FP-涂層因子(無(wú)量綱)，根據(jù)油漆狀況取值在1~1.5之間;

　　C-用于小直徑罐的調(diào)節(jié)因子(無(wú)量綱);直徑在0~9m之間的罐體，C=1-0.0123(D-9)^2 ; 罐徑大于9m的C=1;

　　KC-產(chǎn)品因子(石油原油KC取0.65，其他的有機(jī)液體取1.0)

　　工作排放是由于人為的裝料與卸料而產(chǎn)生的損失。因裝料的結(jié)果，罐內(nèi)壓力超過(guò)釋放壓力時(shí)，蒸氣從罐內(nèi)壓出;而卸料損失發(fā)生于液面排出，空氣被抽入罐體內(nèi)，因空氣變成有機(jī)蒸氣飽和的氣體而膨脹，因而超過(guò)蒸氣空間容納的能力。

　　可由下式估算固定頂罐的工作排放：

　　LW=4.188×10^-7×M×P×KN×KC

　　式中：LW-固定頂罐的工作損失(Kg/m3投入量)

　　KN-周轉(zhuǎn)因子(無(wú)量綱)，取值按年周轉(zhuǎn)次數(shù)(K)確定。周轉(zhuǎn)次數(shù)=年投入量/罐容量

　　K<=36,KN=136

　　K>220,KN=0.264 儲(chǔ)罐全天候呼吸閥計(jì)算選型分析呼吸閥的選用

在確定了呼吸量Q(m3/h)之后，按照氣體的流速u在3～5m/s考慮，通過(guò)公式d=18.81V0.5u-0.5可以確定呼吸閥進(jìn)出口管徑，通過(guò)向上圓整，選擇適當(dāng)?shù)拈y門(mén)尺寸。目前市場(chǎng)上常用的呼吸閥規(guī)格連接法蘭公稱通徑DN有：50mm、80mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm。同時(shí)也要考慮呼吸閥的工作溫度。呼吸閥按照工作溫度可分為全天候型與普通型。全天候型呼吸閥的適用范圍為-30℃～60℃，型式代號(hào)為Q。普通型呼吸閥適用操作溫度為0℃～60℃，型式代號(hào)為P。結(jié)合呼吸閥的尺寸與工作溫度，選出設(shè)計(jì)工況的呼吸閥。

1、選擇合適類型的呼吸閥

選擇合適類型的呼吸閥一方面確定油罐呼吸閥口徑，結(jié)合呼吸閥減少靜電和每小時(shí)儲(chǔ)油罐進(jìn)出油流量，選擇合適口徑的呼吸閥，使儲(chǔ)油罐在進(jìn)出油過(guò)程中保持正常的通氣量，例如50mm口徑的油罐呼吸閥，每小時(shí)收發(fā)油流量小于25m3；100mm口徑的油罐呼吸閥，每小時(shí)收發(fā)油流量約30～100m3；150mm口徑的油罐呼吸閥，每小時(shí)收發(fā)油流量約101～150lfm2；250mm口徑的油罐呼吸閥，每小時(shí)收發(fā)油流大于

300m3。另一方面，確定油罐呼吸閥的控制壓力，結(jié)合儲(chǔ)油罐設(shè)計(jì)壓力和油罐壓力，確定油罐呼吸閥的真空度和控制壓力，若儲(chǔ)油罐的使用年限較長(zhǎng)，結(jié)合油罐頂部強(qiáng)度，合理調(diào)整油罐呼吸閥工作壓力，同一種油品的儲(chǔ)油罐應(yīng)用同一類型呼吸閥時(shí)，應(yīng)按照儲(chǔ)油罐最小的壓力值來(lái)確定呼吸閥工作壓力。

2、做好日常檢查

為了延長(zhǎng)油罐呼吸閥的使用壽命，應(yīng)做好日常檢查，仔細(xì)分析油罐呼吸閥的呼吸情況和外觀，重點(diǎn)檢查油罐呼吸閥閥體和油罐罐體是否存在異常，呼吸閥和短管或者阻火器連接位置的等電位跨接是否可靠、牢固，油罐呼吸閥是否存在漏氣，封口網(wǎng)是否暢通或者產(chǎn)生破損，U型壓力計(jì)壓差是否正常等。

3、全面定期維護(hù)油罐呼吸閥

除了要進(jìn)行日常檢查以外，還要全面定期進(jìn)行維護(hù)檢修，一般情況下油罐呼吸閥可以每半年進(jìn)行一次全面檢查，對(duì)于一些特殊情況，可以適當(dāng)縮短檢查周期，仔細(xì)檢查油罐呼吸閥的彈簧、導(dǎo)孔、導(dǎo)桿、閥座、閥盤(pán)等是否積垢或者產(chǎn)生銹蝕，仔細(xì)進(jìn)行清潔處理，對(duì)于閥盤(pán)運(yùn)行卡死或者卡澀、運(yùn)行不靈活等問(wèn)題，及時(shí)維護(hù)修理，擦拭封口網(wǎng)的灰塵和污銹，確保油罐呼吸閥氣體能夠暢通進(jìn)出。

4、采取有效安全措施

油罐呼吸閥送檢過(guò)程中，要設(shè)置備用呼吸閥，安裝或者拆卸時(shí)，要注意平衡儲(chǔ)油罐內(nèi)部和外部的氣壓，工作人員要佩戴防爆設(shè)備和穿戴防靜電服裝，輕放輕拆，嚴(yán)禁敲擊，檢修過(guò)程中嚴(yán)禁在閥座、導(dǎo)孔或者導(dǎo)桿上涂抹潤(rùn)滑油，仔細(xì)記錄油罐呼吸閥檢定過(guò)程，做好資料存檔。油罐呼吸閥是儲(chǔ)油罐中的重要安全附件，發(fā)揮著非常重要的作用，結(jié)合油罐呼吸閥的常見(jiàn)故障，應(yīng)仔細(xì)采取有效維護(hù)措施，確保油罐呼吸閥安全、正常的使用。

5 儲(chǔ)罐全天候呼吸閥計(jì)算選型分析的安裝與維護(hù)

在呼吸閥正確安裝后，為了能夠使其安全持續(xù)地運(yùn)行，應(yīng)注意后期的檢修與維護(hù)。至少每半年檢查一次呼吸閥的網(wǎng)面是否堵塞或腐蝕。如果發(fā)現(xiàn)有堵塞應(yīng)即時(shí)清理確保網(wǎng)面干凈。盡量一年檢驗(yàn)一次呼吸閥保證其操作壓力在正常范圍。年檢不合格的呼吸閥應(yīng)及時(shí)更換，不要使其只成為一個(gè)擺件，埋下安全隱患，從而造成重大安全事故。作為一種專用的油罐閥門(mén)，為了充分發(fā)揮油罐呼吸閥的重要作用，應(yīng)了解油罐呼吸閥的常見(jiàn)故障，有針對(duì)性地進(jìn)行維護(hù)檢修，預(yù)防油罐呼吸閥安全事故確保其始終處于良好狀態(tài)。

儲(chǔ)罐全天候呼吸閥計(jì)算選型分析的安裝需要注意以下幾點(diǎn)。

1）呼吸閥需要安裝在儲(chǔ)罐頂部的最高點(diǎn)，也就是罐內(nèi)氣相空間的最高點(diǎn)。這樣能使氣體以最直接的通道通向呼吸閥。如果需要安裝兩個(gè)呼吸閥時(shí)，應(yīng)以儲(chǔ)罐頂點(diǎn)為中心對(duì)稱布置。

2）如果呼吸閥安裝在氮封的儲(chǔ)罐上，氮?dú)夤夤艿慕庸芪恢靡欢ㄒh(yuǎn)離呼吸閥接口，且接管插入罐內(nèi)200mm，以防氮?dú)膺M(jìn)罐后直接排出而起不到氮封的作用。

3）如果使用呼吸閥的地區(qū)最冷月份平均氣溫低于或等于0℃，呼吸閥必須有防凍措施，以防止呼吸閥閥盤(pán)凍住或堵塞導(dǎo)致儲(chǔ)罐排氣不暢或補(bǔ)氣不足，而造成儲(chǔ)罐低壓癟罐或者超壓鼓罐。