呼吸閥在油氣儲罐中的作用,呼吸閥的選用
呼吸閥
石油儲罐是石油化工行業(yè)的重要設(shè)備，呼吸閥作為儲罐上的安全附件受到重視。由于環(huán)境溫度的變化，必然引起油罐氣體空間內(nèi)壓發(fā)生變化，
為此需要用呼吸閥來控制一定壓力，以減少油罐小呼吸損耗。在收發(fā)油作業(yè)時，呼吸閥也可以減少油罐的大呼吸損耗，因此在一定壓力范圍
內(nèi)，呼吸閥既能減少油料的蒸發(fā)損耗，同時又對油罐安全起到保護作用，呼吸閥是儲罐不可缺少的安全附件，其功能是用以降低常壓及低壓
儲罐內(nèi)揮發(fā)性液體的蒸發(fā)損耗。設(shè)置呼吸閥不僅可以減少罐內(nèi)氣體排放，從而降低對大氣的污染，而且可使儲罐避免因超壓而造成破壞或因
超真空而導(dǎo)致失穩(wěn)，對安全和環(huán)保均起到一定的促進(jìn)作用。
二、呼吸閥的作用原理
呼吸閥是保護油罐安全的重要附件，安裝于罐頂，用于自動控制油罐內(nèi)外氣體通道的啟閉，維持油罐的壓力平衡，對油罐的超壓或超真空起
保護作用，又可以在一定范圍內(nèi)降低油品的蒸發(fā)損失。呼吸閥是利用閥盤（有時閥盤上加重塊）的重量，來控制罐內(nèi)的呼氣壓力和吸入的真
空度。當(dāng)罐內(nèi)氣體的壓力超過油罐的允許壓力值時，壓力閥即被頂開，混合油氣從罐內(nèi)逸出（呼出），使罐內(nèi)的壓力不再增高。當(dāng)罐內(nèi)氣體
的真空度超過油罐的允許真空度時，真空閥即被頂開，吸入空氣（吸入）維持油罐壓力平衡。壓力在一定范圍內(nèi)，油罐不呼吸，所以呼吸閥在
一定程度上減少了油品的蒸發(fā)損耗。呼吸閥控制的壓力和真空度的數(shù)值應(yīng)根據(jù)油罐結(jié)構(gòu)本身的允許值來決定。選擇呼吸閥型號時，要根據(jù)油品
收發(fā)作業(yè)時的最大排量來確定。呼吸閥的直徑大于250mm時，可選用兩個不超過250m m 的呼吸閥。當(dāng)罐內(nèi)油氣壓力大于油罐允許壓力時，
油蒸氣經(jīng)壓力閥外逸，此時真空閥處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)罐內(nèi)油氣壓力小于油罐允許真空度時，新鮮空氣通過真空閥進(jìn)入罐內(nèi)，此時壓力閥處于關(guān)
閉狀態(tài)，允許壓力（或真空壓力）靠調(diào)節(jié)盤的重量來控制。
三、呼吸閥的額定通氣量
確定呼吸閥的通氣量主要是根據(jù)對油罐呼吸時氣體流量的估算?，F(xiàn)國內(nèi)呼吸閥對控制壓力下通過呼吸閥的通氣量的規(guī)定，主要依據(jù)下列氣體流
量估算公式：
Qya=Qej+1.2V(?t/273τ)ε（1）
Qz=Qef+1.2V(?t/273τ)（2）
式中Qya——呼出氣體流量，單位為m3/h；
Qz——吸入氣體流量，單位為m3/h；
Qej——油罐收油時油品的最大流量，單位為m3/h；
Qef——油罐發(fā)油時油品的最大流量，單位為m3/h；
V——氣體空間的體積，單位為m3；
Δt——氣體空間的晝夜溫差，單位為℃；
τ——無收油作業(yè)時，一天之內(nèi)呼吸閥的呼(吸)時間，單位為h；
ε——考慮到由于罐內(nèi)油氣濃度變化使呼吸氣體積增加的系數(shù)，煤油罐ε取1.2～1.5，汽油罐或穩(wěn)定原油罐ε取2～3。
由于公式中溫差Δt取氣體空間的晝夜溫差，時間項τ一般取3～4h，因此使溫差的取值受到限制，并且考察的周期過長，無法適應(yīng)溫度劇變等惡
劣情況時氣體流量的計算，故使得現(xiàn)有呼吸閥規(guī)定通氣量偏小。確定呼吸閥的額定通氣量，必須要確定油罐呼吸時氣體的最大流量。
氣體的最大流量:
Qyamax=qej+qt1+qt2+qr（3）
Qzmax=qef+qt（4）
式中Qyamax——壓力閥的最大呼氣量時的流量，單位為m3/h；
qej——收油時油罐的最大進(jìn)油流量，單位為m3/h；
qt1——油罐外部環(huán)境作用下，罐內(nèi)氣體空間加熱而產(chǎn)生的氣體最大流量，單位為m3/h；
qt2——接收較熱油品時，罐內(nèi)氣體空間被加熱而產(chǎn)生的氣體流量，單位為m3/h；
qr——在單位時間內(nèi)，分離出的溶解在油品中的氣體數(shù)量；一般此項只適用于原油罐，單位為m3/h；
Qzmax——通過真空閥的最大吸氣計算流量，單位為m3/h；
qef——發(fā)油時油罐最大的發(fā)油流量，單位為m3/h；
qt——可能出現(xiàn)的油罐中氣體空間的冷卻和氣體部分冷凝所產(chǎn)生的附加流量，單位為m3/h。
此外，應(yīng)當(dāng)充分考慮到下列情況對氣體最大流量的影響。
1）地面或半地下油罐在炎熱季節(jié)突遇暴雨、冰雹等的氣候驟變。
2）地面或半地下油罐在炎熱季節(jié)雨后突轉(zhuǎn)陽光暴曬等氣候驟變。
3）洞庫油罐在夏季接收高溫油料。
4）洞庫油罐在寒冷季節(jié)發(fā)油時吸入大量低溫空氣。
5）各種油罐在附近環(huán)境發(fā)生火災(zāi)時對油罐的加溫作用。
6）意外情況下油罐消防液的大量涌入。
7）氣體體積的變化在空罐和存油較少時尤為嚴(yán)重。由于公式確定的復(fù)雜性，尚難以用特定的公式準(zhǔn)確地表達(dá)各種情況對氣體最大流量的影響。
建議氣體的最大流量以取現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定通氣量的2～3倍為宜。
四、油罐呼吸及其呼吸量從儲油過程看，油罐呼吸有三種情況：
1）因氣溫緩變，罐內(nèi)氣體體積發(fā)生變化，使油罐小流量呼吸。
2）當(dāng)進(jìn)行收發(fā)油作業(yè)時，伴隨罐內(nèi)氣體溫度的變化而造成油罐較大流量呼吸。
3）天氣驟變等情況造成油罐大流量呼吸。油罐應(yīng)有足夠的呼吸量以便確保油罐在正常壓力下工作，使之不超過其設(shè)計正壓或負(fù)壓，從而保護油
罐免受破壞。油罐的收發(fā)油流量Q=qej+qef。（5）
五、呼吸閥的選用
根據(jù)中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T0511－1996《石油儲罐呼吸閥》的規(guī)定，呼吸閥規(guī)格尺寸的選用原則如下。
1）按照呼吸閥的通氣量來選擇呼吸閥的規(guī)格尺寸及數(shù)量，見表1。根據(jù)表1各種規(guī)格尺寸的不同壓力等級的通氣量，計算出呼出或吸入氣體的流
速范圍為3.14～5.65m /s。根據(jù)油罐收發(fā)油流量確定選擇的呼吸閥數(shù)目和規(guī)格，見表2。
2）對照呼吸閥制造廠家提供的各種規(guī)格的呼吸閥在各種壓力等級下呼出或吸入的性能曲線，選用呼吸閥規(guī)格尺寸。
3）呼吸閥的起跳壓力應(yīng)低于該呼吸閥所在儲罐的設(shè)計壓力，從而保護儲罐不被損壞，但應(yīng)高于該儲罐的操作壓力，以確保儲罐的正常操作。
表1呼吸閥通氣量
代號
規(guī)格/mm
50
80
100
150
200
250
壓力等級/Pa
通氣量/（m3/h）
A
+355
25
60
90
190
340
550
-295
20
50
75
160
280
450
B
+980
30
70
100
200
380
600
-295
20
50
75
160
280
450
C
+1765
40
95
140
280
500
800
-295
20
50
75
160
280
450
2.選用呼吸閥時應(yīng)同時選用相同直徑的液壓安全閥，以確保安全。注：1.儲罐內(nèi)介質(zhì)的閃點低于或等于60℃時，應(yīng)選用呼吸閥。
3.當(dāng)罐內(nèi)儲存易燃易爆介質(zhì)時，其呼吸閥、液壓安全閥必須配有限火器。
表2呼吸閥選擇
|
油罐收發(fā)油流量/（m3/h） |
呼吸閥數(shù)/個 |
呼吸閥規(guī)格 |
|
＜25 |
1 |
DN50 |
|
26～100 |
1 |
DN100 |
|
101～150 |
1 |
DN150 |
|
151～250 |
1 |
DN200 |
|
251～300 |
1 |
DN250 |
|
＞300 |
2 |
DN300 |
六、油罐呼吸閥的工況
分析油罐呼吸閥的工作可分為正常和不正常兩種情況，工作正常情況下油罐呼吸閥有呼氣、吸氣或不呼吸等3種狀態(tài)。工作不正常時油罐呼吸閥
可能出現(xiàn)閥盤無法開啟、泄漏量過大和通氣不暢等現(xiàn)象 。
（1）正常工作狀態(tài)當(dāng)油罐內(nèi)的氣體空間壓力達(dá)到或超過呼吸閥的控制正壓時，呼吸閥的壓力閥盤被頂開，罐內(nèi)氣體空間的油蒸氣溢出，即油罐
進(jìn)行呼氣。當(dāng)油罐內(nèi)的氣體空間壓力達(dá)到或超過呼吸閥的控制負(fù)壓時，呼吸閥的真空閥盤被吸開，外部空氣進(jìn)入，即油罐進(jìn)行吸氣。當(dāng)油罐內(nèi)的
氣體空間壓力在呼吸閥的正負(fù)控制壓力范圍內(nèi)，呼吸閥的真空閥盤和壓力閥盤均不動作，沒有油蒸氣呼出或空氣吸入，即油罐保持密閉。
（2）不正常工作狀態(tài)閥盤無法開啟，油罐內(nèi)氣體壓力達(dá)到或超過呼吸閥的控制正／負(fù)壓時，呼吸閥閥盤由于凍結(jié)、銹死、卡住等原因無法打開，
使得油罐無法進(jìn)行呼吸。泄漏量過大，油罐內(nèi)氣體壓力介于呼吸閥的正負(fù)控制壓力之間，由于呼吸閥閥盤安裝不當(dāng)或閥盤開啟后不能回位等原因
而密封不嚴(yán)，使得油罐的油蒸氣泄漏量超過規(guī)定值。通氣不暢油罐內(nèi)氣體壓力達(dá)到或超過呼吸閥的控制壓力或真空時，呼吸閥的壓力閥盤或真空
閥盤雖然可以開啟，但由于通道面積不夠或堵塞等原因而通氣不暢，使罐內(nèi)氣體壓力失去控制。這種現(xiàn)象常在沒有呼吸管道的洞庫油罐中出現(xiàn)，
主要原因是設(shè)計的通氣量過小。
七、總結(jié)
呼吸閥是石油儲罐中必不可少的安全附件。通過計算呼吸閥的通氣量和油罐的收發(fā)油流量，進(jìn)而確定呼吸閥的公稱尺寸和數(shù)量。
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