石油化工廠儲罐全天候阻火呼吸閥計算選型

常壓、低壓儲罐是石油化工廠中設備。常壓、低壓儲罐在使用過程中經(jīng)常會由于儲罐內液面的改變、或者外界溫度的變化等原因導致儲罐內氣體膨脹或收縮，儲罐內氣相的壓力也隨之波動，氣體壓力的波動極易使儲罐出現(xiàn)超壓或真空的情況，嚴重時會造成儲罐超壓鼓罐或低壓癟罐。為了防止儲罐出現(xiàn)超壓或負壓等失穩(wěn)狀態(tài)，工藝設計中通常采用在罐頂安裝呼吸閥的方式來維持儲罐氣壓平衡，確保儲罐在超壓或真空時免遭破壞，保護儲罐安全，并且減少儲罐內物料的揮發(fā)和損耗，對安全和環(huán)保均起到一定的促進作用。

1、石油儲罐呼吸閥結構及工作原理：呼吸閥產(chǎn)品應符合SY/T0511-1996標準要求，分為普通型和全天候型兩大系列，其操作溫度和代號見表所示：

呼吸閥類型呼吸閥的結構形式多種多樣，其外形多半呈球型。國外產(chǎn)品有些外形根據(jù)實際需要有桶形、盤形等。呼吸閥的內部結構實質上是由一個壓力閥盤（即呼氣閥）和一個真空閥盤（即吸氣閥）組合而成的，壓力閥盤和真空閥盤既可并排布置也可重疊布置。其工作原理：當儲罐壓力和大氣壓力相等時，壓力閥和真空閥的閥盤和閥座緊密配合，閥座邊上密封結構有“吸附"效應，使閥座嚴密不漏。當壓力或真空度增加時，閥盤開始開啟由于在閥座邊上仍存在著“吸附"效應，所以仍能保持良好的密封。當罐內壓力升高到定壓值時，將壓力閥打開，罐內氣體通過呼氣閥（即壓力閥）側排人外界大氣中，此時真空閥由于受到罐內正壓作用處于關閉狀態(tài)。反之當罐內壓力下降到一定真空度時，真空閥由于大氣壓的正壓作用而打開，外界的氣體通過吸氣閥（即真空閥）側進入罐內，此時壓力閥處于關閉狀態(tài)。在任何時候，壓力閥和真空閥不能同時處于打開的狀態(tài)。當罐內壓力或真空度降到正常操作壓力狀態(tài)時，壓力閥和真空閥處于關閉狀態(tài)，停止呼氣或吸氣過程。

2、呼吸閥呼出與吸入壓力的確定 目前，國內生產(chǎn)的呼吸閥，其操作壓力范圍通常分為３ 級：（-30～＋36mmH2O），Ｂ級（-30～＋100mmH2O），Ｃ級（-30～＋180mmH2O），呼出與呼入壓力見表２所示。

當溫度一定時，揮發(fā)性液體的飽和蒸汽壓是相應確定的，若儲罐呼吸閥設定的呼出壓力低，則儲罐內揮發(fā)性液體的氣相分率相對較大，導致液體相對容易揮發(fā)，通過呼吸閥排出而損耗掉，若儲罐呼吸閥設定的呼出壓力高，則儲罐需要承受的壓力就高，由于呼吸閥本身的結構特點導致其有可能會延遲起跳，這樣有可能會導致儲罐承受超壓風險，從而發(fā)生鼓罐事故。 一般情況下常壓儲罐的正常操作壓力維持在500pa（G）左右，其設計壓力通常為-500Ｐａ～2000pa（G）。對應表２可知，常壓儲罐通常選用Ｂ級的呼吸閥，呼氣壓力為980pa，這樣既可以減少儲罐中易揮發(fā)物料的損失，又可以避免儲罐出現(xiàn)超壓的風險。必須要注意的是如果呼吸閥排氣端管線較長，氣體流動阻力較大或吸閥排氣端管線有液封，導致呼吸閥排氣端系統(tǒng)背壓較大，此時就需要選擇呼出壓力相對較低的呼吸閥，因為儲罐的最大操作壓力等于呼吸閥的設定呼出壓力加上呼出管網(wǎng)系統(tǒng)的背壓（動背壓＋靜背壓），還要考慮呼吸閥結構特性導致的延遲起跳超壓，只有上述加和值小于儲罐的正壓設計壓力，這樣才能避免儲罐出現(xiàn)超壓鼓罐的風險。反之如果呼吸閥排氣端管線直接接到風機入口，風機對呼吸閥排氣管網(wǎng)有抽吸作用，導致呼吸閥排氣端管網(wǎng)壓力降低，甚至為負壓，此時就需要選擇呼出壓力相對較高的Ｃ級的呼吸閥，來抵消風機的抽負作用以減少儲罐內物料的揮發(fā)損失，保證儲罐免受負壓風險。同時由于通常情況下，儲罐設計的耐負壓值為-500pa，故儲罐呼吸閥的負壓吸人壓力設置成常規(guī)的-295pa是可以保證儲罐免受負壓而憋罐的。
目前，伴隨著化工工藝對不同壓力等級呼吸閥的需求，和呼吸閥制造技術的發(fā)展，呼吸閥的呼出和吸入壓力值遠不止上述Ａ、Ｂ、Ｃ三種。在工藝設計中，需要根據(jù)實際的工況相應調整呼吸閥的呼出和吸入壓力值，以滿足儲罐的安全設計需求。但是不論選用何種壓力等級的呼吸閥，都必須要保證：呼吸閥的起跳壓力應低于該呼吸閥所在儲罐的正壓設計壓力，從而保護儲罐不出現(xiàn)鼓罐事故，但應高于該儲罐的操作壓力，以確保儲罐的正常操作；儲罐呼吸閥的負壓吸入壓力要高于儲罐設計的負壓設計壓力，從而保證儲罐不出現(xiàn)憋罐事故。

二、石油化工廠儲罐全天候阻火呼吸閥計算選型主要技術參數(shù)：

三、石油化工廠儲罐全天候阻火呼吸閥計算選型零部件材料：

3、呼吸閥呼吸量的確定其在正常狀態(tài)下起密封作用以防止儲罐內氣體泄出只有在下列條件下呼吸閥才開始工作：
⑴.儲罐向外輸出物料時，呼吸閥即開始向罐內吸入空氣或氮氣。
⑵.向儲罐內灌裝物料時，呼吸閥即開始將罐內氣體向 罐外呼出。
⑶.由于氣候變化等原因引起罐內物料蒸汽壓增高或 降低，呼吸閥則呼出蒸汽或吸入空氣或氮氣（通常稱熱效 ）
⑷發(fā)生火災時儲罐因呼出氣體受熱引起罐內液體蒸發(fā)量劇增，呼吸閥便開始向罐外呼出以避免儲罐因超壓而損壞。
⑸在其它工況下如揮發(fā)性液體的加壓輸送、內外部傳熱裝置化學反應、操作失誤等，呼吸閥則相應進行呼出或吸入，以避免儲罐因超壓或超真空而遭受損壞。
儲罐呼吸閥應有足夠的呼吸量以便確保儲罐在正常壓力下工作，使之不超過其設計正壓或負壓，從而保護儲罐免受破壞。呼吸閥的呼吸量不能小于以下各項的呼出量之和及吸人量之和： ①.液體出罐時最大出液量所造成的空氣或氮氣吸入 量，應按液體最大出液量考慮。
②.液體進罐時的最大進液量所造成的罐內液體蒸氣呼出量，當液體閃點（閉口）高于45℃時，應按最大進液量的1.07倍考慮；當液體閃點（閉口）低于或等于45℃時，應按最大進液量的2.14倍考慮。
③.因大氣最大溫降導致罐內氣體收縮所造成儲罐吸入的氣體量和因大氣最大溫升導致罐內氣體膨脹而呼出的氣體量。具體結果見表３所示。

石油化工廠儲罐全天候阻火呼吸閥計算選型表３儲罐熱呼吸通氣需要量

4、呼吸閥的進出口規(guī)格尺寸的確定根據(jù)設置呼吸閥具體場合的工況條件，參照上述呼吸閥 呼吸量的計算方法，通過計算確定呼吸閥的呼吸量；再對照呼吸閥制造廠家提供的不同規(guī)格的呼吸閥在各種壓力等級下呼出或吸入的性能曲線，即可選出滿足要求的呼吸閥的規(guī)格尺寸。但是在工藝設計中有時并沒有廠家的呼吸閥性能曲線，此時就需要化工工藝設計人員通過工藝計算得出呼吸閥進出口的規(guī)格尺寸。我們通過多年的設計經(jīng)驗總結出呼吸閥進出口規(guī)格尺寸的計算方法：

⑴.按照本文章節(jié)３中介紹的吸閥呼吸量的計算方法計算出呼吸閥的呼吸量Ｖ（ｍ３／ｈ）； ⑵.呼吸閥進出口管線的氣體流速不宜太高，以免流體阻力降較大，導致呼吸閥補氣不及或排氣不暢，通常呼吸閥進出口管線氣體的流速選擇Ｕ＝3-5ｍ／ｓ；
⑶.確定出上述Ｖ和Ｕ值，根據(jù)氣體在管路中的流動方程：ｄ＝18.81V0.5U-0.5即可計算出管道的直徑d(mm)，再向上適當圓整，選擇工程上常用的公稱直徑即可確定呼吸閥進出口的規(guī)格尺寸。
5、石油化工廠儲罐全天候阻火呼吸閥計算選型的設置:

⑴.呼吸閥應安裝在儲罐頂部的最高點。理論上講，從降低蒸發(fā)損耗和其它的排氣觀點考慮，呼吸閥應安裝在儲罐氣相空間的最高點，以便順利地提供通向呼吸閥最直接和最大的通道"，
⑵.當儲罐體積較大或者儲罐比較重要時，為防止單臺呼吸閥因故障導致儲罐出現(xiàn)超壓或負壓的風險，此時可以安裝兩臺呼吸閥。為避免兩臺呼吸閥同時動作而增加故障的幾率，工藝設計時通常將此兩臺呼吸閥的吸入和排出壓力梯度設計，正常情況下一臺工作另一臺備用。
⑶.如果呼吸量較大，導致單個呼吸閥的呼吸量不能滿足要求時，可設置兩個以上呼吸閥。當安裝兩個呼吸閥時，它們與罐頂?shù)闹行木嚯x應相等即在罐頂對稱布置。
⑷.如果呼吸閥安裝在氮封儲罐上則氮氣供氣管的接管位置一定要遠離呼吸閥接口，并由罐頂部插入儲罐內約200min，這樣氮氣進罐后不直接排出起到氮封作用。
⑸.如果呼吸閥內帶有阻火器，必須考慮阻火器的壓降對呼吸閥排出壓力的影響，以免儲罐超壓。
⑹.當建罐地區(qū)歷年最冷月份溫度的平均值低于或等于0℃時，呼吸閥必須有防凍措施，以防止呼吸閥閥盤凍住或阻塞導致儲罐排氣不暢或補氣不足而導致儲罐超壓鼓罐或低壓癟罐。