罐頂上呼吸閥的安裝設(shè)置,選型和計(jì)算方法
不銹鋼呼吸閥
常壓、低壓儲(chǔ)罐是石油化工廠中必不可少的設(shè)備。常壓、低壓儲(chǔ)罐在使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)由于儲(chǔ)罐內(nèi)液面的改變、或者外界溫度的變化等原因?qū)е?/span>
儲(chǔ)罐內(nèi)氣體膨脹或收縮，儲(chǔ)罐內(nèi)氣相的壓力也隨之波動(dòng)，氣體壓力的波動(dòng)極易使儲(chǔ)罐出現(xiàn)超壓或真空的情況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成儲(chǔ)罐超壓鼓罐或低壓
癟罐。為了防止儲(chǔ)罐出現(xiàn)超壓或負(fù)壓等失穩(wěn)狀態(tài)，工藝設(shè)計(jì)中通常采用在罐頂安裝呼吸閥的方式來(lái)維持儲(chǔ)罐氣壓平衡，確保儲(chǔ)罐在超壓或真空時(shí)
免遭破壞，保護(hù)儲(chǔ)罐安全，并且減少儲(chǔ)罐內(nèi)物料的揮發(fā)和損耗，對(duì)安全和環(huán)保均起到一定的促進(jìn)作用。
一、儲(chǔ)罐呼吸閥結(jié)構(gòu)及工作原理：
呼吸閥產(chǎn)品應(yīng)符合SY/T0511-1996標(biāo)準(zhǔn)要求，分為普通型和全天候型兩大系列，其操作溫度和代號(hào)分別為：全天候型代號(hào)Q操作溫度-30～+60℃，
普通型代號(hào)P操作溫度0～+60℃。
呼吸閥類(lèi)型呼吸閥的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，其外形多半呈球型。國(guó)外產(chǎn)品有些外形根據(jù)實(shí)際需要有桶形、盤(pán)形等。呼吸閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是由一
個(gè)壓力閥盤(pán)（即呼氣閥）和一個(gè)真空閥盤(pán)（即吸氣閥）組合而成的，壓力閥盤(pán)和真空閥盤(pán)既可并排布置也可重疊布置。其工作原理：當(dāng)儲(chǔ)罐壓力
和大氣壓力相等時(shí)，壓力閥和真空閥的閥盤(pán)和閥座緊密配合，閥座邊上密封結(jié)構(gòu)有“吸附”效應(yīng)，使閥座嚴(yán)密不漏。當(dāng)壓力或真空度增加時(shí)，閥盤(pán)
開(kāi)始開(kāi)啟由于在閥座邊上仍存在著“吸附”效應(yīng)，所以仍能保持良好的密封。當(dāng)罐內(nèi)壓力升高到定壓值時(shí)，將壓力閥打開(kāi)，罐內(nèi)氣體通過(guò)呼氣閥（即
壓力閥）側(cè)排人外界大氣中，此時(shí)真空閥由于受到罐內(nèi)正壓作用處于關(guān)閉狀態(tài)。反之當(dāng)罐內(nèi)壓力下降到一定真空度時(shí)，真空閥由于大氣壓的正壓作
用而打開(kāi)，外界的氣體通過(guò)吸氣閥（即真空閥）側(cè)進(jìn)入罐內(nèi)，此時(shí)壓力閥處于關(guān)閉狀態(tài)。在任何時(shí)候，壓力閥和真空閥不能同時(shí)處于打開(kāi)的狀態(tài)。
當(dāng)罐內(nèi)壓力或真空度降到正常操作壓力狀態(tài)時(shí)，壓力閥和真空閥處于關(guān)閉狀態(tài)，停止呼氣或吸氣過(guò)程。
二、呼吸閥呼出與吸入壓力的確定：
目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的呼吸閥，其操作壓力范圍通常分為3級(jí)：Ａ級(jí)（-30～＋36mmH2O），Ｂ級(jí)（-30～＋100mmH2O），Ｃ級(jí)（-30～＋180mmH2O），
呼出與呼入壓力如下表所示。
|
呼吸閥操作壓力 |
呼出壓力pa |
吸入壓力pa |
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A |
+355 |
-295 |
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B |
+980 |
-295 |
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C |
+1765 |
-295 |
當(dāng)溫度一定時(shí)，揮發(fā)性液體的飽和蒸汽壓是相應(yīng)確定的，若儲(chǔ)罐呼吸閥設(shè)定的呼出壓力低，則儲(chǔ)罐內(nèi)揮發(fā)性液體的氣相分率相對(duì)較大，導(dǎo)致液體相
對(duì)容易揮發(fā)，通過(guò)呼吸閥排出而損耗掉，若儲(chǔ)罐呼吸閥設(shè)定的呼出壓力高，則儲(chǔ)罐需要承受的壓力就高，由于呼吸閥本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致其有可能
會(huì)延遲起跳，這樣有可能會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐承受超壓風(fēng)險(xiǎn)，從而發(fā)生鼓罐事故。 一般情況下常壓儲(chǔ)罐的正常操作壓力維持在500pa（G）左右，其設(shè)計(jì)壓
力通常為-500Ｐａ～2000pa（G）。常壓儲(chǔ)罐通常選用Ｂ級(jí)的呼吸閥，呼氣壓力為980pa，這樣既可以減少儲(chǔ)罐中易揮發(fā)物料的損失，又可以避免
儲(chǔ)罐出現(xiàn)超壓的風(fēng)險(xiǎn)。必須要注意的是如果呼吸閥排氣端管線較長(zhǎng)，氣體流動(dòng)阻力較大或吸閥排氣端管線有液封，導(dǎo)致呼吸閥排氣端系統(tǒng)背壓較大，
此時(shí)就需要選擇呼出壓力相對(duì)較低的Ａ級(jí)的呼吸閥，因?yàn)閮?chǔ)罐的最大操作壓力等于呼吸閥的設(shè)定呼出壓力加上呼出管網(wǎng)系統(tǒng)的背壓（動(dòng)背壓＋靜背壓），
還要考慮呼吸閥結(jié)構(gòu)特性導(dǎo)致的延遲起跳超壓，只有上述加和值小于儲(chǔ)罐的正壓設(shè)計(jì)壓力，這樣才能避免儲(chǔ)罐出現(xiàn)超壓鼓罐的風(fēng)險(xiǎn)。反之如果呼吸
閥排氣端管線直接接到風(fēng)機(jī)入口，風(fēng)機(jī)對(duì)呼吸閥排氣管網(wǎng)有抽吸作用，
導(dǎo)致呼吸閥排氣端管網(wǎng)壓力降低，甚至為負(fù)壓，此時(shí)就需要選擇呼出壓力相對(duì)較高的Ｃ級(jí)的呼吸閥，來(lái)抵消風(fēng)機(jī)的抽負(fù)作用以減少儲(chǔ)罐內(nèi)物料的揮
發(fā)損失，保證儲(chǔ)罐免受負(fù)壓風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)由于通常情況下，儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)的耐負(fù)壓值為-500pa，故儲(chǔ)罐呼吸閥的負(fù)壓吸人壓力設(shè)置成常規(guī)的-295pa是可以
保證儲(chǔ)罐免受負(fù)壓而憋罐的。
目前伴隨著化工工藝對(duì)不同壓力等級(jí)呼吸閥的需求，和呼吸閥制造技術(shù)的發(fā)展，呼吸閥的呼出和吸入壓力值遠(yuǎn)不止上述Ａ、Ｂ、Ｃ三種。在工藝設(shè)
計(jì)中，需要根據(jù)實(shí)際的工況相應(yīng)調(diào)整呼吸閥的呼出和吸入壓力值，以滿足儲(chǔ)罐的安全設(shè)計(jì)需求。但是不論選用何種壓力等級(jí)的呼吸閥，都必須要保
證：呼吸閥的起跳壓力應(yīng)低于該呼吸閥所在儲(chǔ)罐的正壓設(shè)計(jì)壓力，從而保護(hù)儲(chǔ)罐不出現(xiàn)鼓罐事故，但應(yīng)高于該儲(chǔ)罐的操作壓力，以確保儲(chǔ)罐的正常
操作；儲(chǔ)罐呼吸閥的負(fù)壓吸入壓力要高于儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)的負(fù)壓設(shè)計(jì)壓力，從而保證儲(chǔ)罐不出現(xiàn)憋罐事故。
三、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(chǔ)罐內(nèi)氣體泄出只有在下列條件下呼吸閥才開(kāi)始工作：
1、儲(chǔ)罐向外輸出物料時(shí)，呼吸閥即開(kāi)始向罐內(nèi)吸入空氣或氮?dú)狻?/span>
2、向儲(chǔ)罐內(nèi)灌裝物料時(shí)，呼吸閥即開(kāi)始將罐內(nèi)氣體向罐外呼出。
3、由于氣候變化等原因引起罐內(nèi)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?dú)猓ㄍǔ７Q(chēng)熱效）
4、發(fā)生火災(zāi)時(shí)儲(chǔ)罐因呼出氣體受熱引起罐內(nèi)液體蒸發(fā)量劇增，呼吸閥便開(kāi)始向罐外呼出以避免儲(chǔ)罐因超壓而損壞。
5、在其它工況下如揮發(fā)性液體的加壓輸送、內(nèi)外部傳熱裝置化學(xué)反應(yīng)、操作失誤等，呼吸閥則相應(yīng)進(jìn)行呼出或吸入，以避免儲(chǔ)罐因超壓或超真空而
遭受損壞。
儲(chǔ)罐呼吸閥應(yīng)有足夠的呼吸量以便確保儲(chǔ)罐在正常壓力下工作，使之不超過(guò)其設(shè)計(jì)正壓或負(fù)壓，從而保護(hù)儲(chǔ)罐免受破壞。
呼吸閥的呼吸量不能小于以下各項(xiàng)的呼出量之和及吸人量之和：
1、液體出罐時(shí)最大出液量所造成的空氣或氮?dú)馕? 量，應(yīng)按液體最大出液量考慮。
2、液體進(jìn)罐時(shí)的最大進(jìn)液量所造成的罐內(nèi)液體蒸氣呼出量，當(dāng)液體閃點(diǎn)（閉口）高于45℃時(shí)，應(yīng)按最大進(jìn)液量的1.07倍考慮；當(dāng)液體閃點(diǎn)（閉口）
低于或等于45℃時(shí)，應(yīng)按最大進(jìn)液量的2.14倍考慮。
3、因大氣最大溫降導(dǎo)致罐內(nèi)氣體收縮所造成儲(chǔ)罐吸入的氣體量和因大氣最大溫升導(dǎo)致罐內(nèi)氣體膨脹而呼出的氣體量。具體結(jié)果可參照（儲(chǔ)罐熱呼吸
通氣需要量）。
四、呼吸閥的進(jìn)出口規(guī)格尺寸的確定根據(jù)設(shè)置呼吸閥具體場(chǎng)合的工況條件，參照上述呼吸閥呼吸量的計(jì)算方法，通過(guò)計(jì)算確定呼吸閥的呼吸量；再對(duì)
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(jí)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(shè)計(jì)中有
時(shí)并沒(méi)有廠家的呼吸閥性能曲線，此時(shí)就需要化工工藝設(shè)計(jì)人員通過(guò)工藝計(jì)算得出呼吸閥進(jìn)出口的規(guī)格尺寸。我們通過(guò)多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出呼吸閥
進(jìn)出口規(guī)格尺寸的計(jì)算方法：
1、按照文章中呼吸閥呼吸量的確定介紹的吸閥呼吸量的計(jì)算方法計(jì)算出呼吸閥的呼吸量Ｖ（m3/ｈ）；
2、呼吸閥進(jìn)出口管線的氣體流速不宜太高，以免流體阻力降較大，導(dǎo)致呼吸閥補(bǔ)氣不及或排氣不暢，通常呼吸閥進(jìn)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(dòng)方程：ｄ＝18.81V0.5U-0.5即可計(jì)算出管道的直徑d(mm)，再向上適當(dāng)圓整，選擇工程上常用的
公稱(chēng)直徑即可確定呼吸閥進(jìn)出口的規(guī)格尺寸。
五、呼吸閥的設(shè)置：
1、呼吸閥應(yīng)安裝在儲(chǔ)罐頂部的最高點(diǎn)。理論上講，從降低蒸發(fā)損耗和其它的排氣觀點(diǎn)考慮，呼吸閥應(yīng)安裝在儲(chǔ)罐氣相空間的最高點(diǎn)，以便順利地提
供通向呼吸閥最直接和最大的通道。
2、當(dāng)儲(chǔ)罐體積較大或者儲(chǔ)罐比較重要時(shí)，為防止單臺(tái)呼吸閥因故障導(dǎo)致儲(chǔ)罐出現(xiàn)超壓或負(fù)壓的風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)可以安裝兩臺(tái)呼吸閥。為避免兩臺(tái)呼吸閥同
時(shí)動(dòng)作而增加故障的幾率，工藝設(shè)計(jì)時(shí)通常將此兩臺(tái)呼吸閥的吸入和排出壓力梯度設(shè)計(jì)，正常情況下一臺(tái)工作另一臺(tái)備用。
3、如果呼吸量較大，導(dǎo)致單個(gè)呼吸閥的呼吸量不能滿足要求時(shí)，可設(shè)置兩個(gè)以上呼吸閥。當(dāng)安裝兩個(gè)呼吸閥時(shí)，它們與罐頂?shù)闹行木嚯x應(yīng)相等即在罐
頂對(duì)稱(chēng)布置。
4、如果呼吸閥安裝在氮封儲(chǔ)罐上則氮?dú)夤夤艿慕庸芪恢靡欢ㄒh(yuǎn)離呼吸閥接口，并由罐頂部插入儲(chǔ)罐內(nèi)約200min，這樣氮?dú)膺M(jìn)罐后不直接排出起到
氮封作用。
5、如果呼吸閥內(nèi)帶有阻火器，必須考慮阻火器的壓降對(duì)呼吸閥排出壓力的影響，以免儲(chǔ)罐超壓。
6、當(dāng)建罐地區(qū)歷年最冷月份溫度的平均值低于或等于0℃時(shí)，呼吸閥必須有防凍措施，以防止呼吸閥閥盤(pán)凍住或阻塞導(dǎo)致儲(chǔ)罐排氣不暢或補(bǔ)氣不足而導(dǎo)
致儲(chǔ)罐超壓鼓罐或低壓癟罐。
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