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石油储罐阻火呼吸阀阀体承压计算分析
石油储罐是石油化工行业的重要设备,呼吸阀作为储罐上的安全附件受到重视。由于环境温度的变化,必然引起油罐气体空间内压发生变化,为此需要用呼吸阀来控制一定压力,以减少油罐小呼吸损耗。在收发油作业时呼吸阀也可以减少油罐的大呼吸损耗,因此在一定压力范围内,呼吸阀既能减少油料的蒸发损耗,同时又对油罐安全起到保护作用。由于呼吸阀的设计、生产的标准关系到油库的安全,其中阀体的水压试验压力又是重要的设计标准参数之一,为此就 SY /T0511) 1996《石油储罐呼吸阀》标准中规定的呼吸阀阀体水压试验压力为0.2 MPa进行论证,从而使其能够更好地服务于生产和满足石油化工安全的需要。
呼吸阀阀体水压试验标准SY /T0511) 1996《石油储罐呼吸阀》中规定呼吸阀阀体水压试验压力为0.2MPa,而老标准SY7510) 87《石油储罐呼吸阀》中规定呼吸阀阀体水压试验压力为0. 9 MPa。关于呼吸阀阀体水压试验究竟应该承受多大压力,一直存在争论。一种观点认为储罐仅能承受2MPa的压力,所以呼吸阀能承受0.2MPa就足够了;另一种观点认为呼吸阀是油罐上的安全附件0.2MPa满足不了爆炸所承受压力的需要,阀体水压试验压力应0.9MPa。
呼吸阀是固定在储罐顶上的通风装置，以保证罐内压力的正常状态，防止罐内超压或真空使储罐遭受损坏，也可减少罐内液体、油品蒸发损耗。根据中国《石油化工设计防火规范》(GB50160-92)的规定：“甲、乙类液体的固定顶罐，应设阻火器和呼吸阀"。
2. 石油储罐阻火呼吸阀阀体承压计算分析作用:
呼吸阀是保证储罐正常呼吸的一种安全装置，它不仅能维持储罐气压平衡，确保储罐在超压或真空时免遭破坏，且能最大限度减少罐内介质的排放，减少环境污染。
3. 石油储罐阻火呼吸阀阀体承压计算分析工作原理:
当容器承受正压时，呼吸阀打开呼出气体泄放正压;当容器承受 负压时，防火呼吸阀打开吸入气体泄放负压。由此保证压力在一 定范围内，保证容器安全。防火呼吸阀不仅能维持储罐气压平衡 确保储罐在超压或真空时破坏，且能减少罐内介质和损耗。防爆 阻火呼吸阀，一种是达到一定压力时，进行呼或吸。另一种是设 计成纯粹只呼不吸。可以理解为用两个适当压力的单向阀代替。 防爆阻火呼吸阀不仅能维持储罐气压平衡，确保储罐在超压或真 空时破坏，且能减少罐内介质和损耗。防爆阻火呼吸阀集阻火器 与呼吸阀为一体，其新颖的结构为创。它是石化储罐 的新型安全设备，其是阻火呼吸性能好，重量轻，维修 方便。
3.1当储罐内压力与大气压力平衡时，呼吸阀呼出阀瓣与呼出口阀座产密配合，吸入阀瓣与吸入口阀座产密配合。
3.2 当储罐内压力超过大气压力值时，罐内高压直接作用于呼出口阀瓣下方，并克服阀瓣重力以及作用于阀瓣上的外气压力，从而打开呼出阀瓣由通道排出罐内过高气压，使罐压力与大气压力保持平衡。
3.3 当储罐内压力低于大气压力值时(即产生过低负压)，大气压通过吸气通道进入并直接作用于吸入口阀瓣下方,并克服阀瓣重力以及作用于阀瓣上方的罐内压力，从而打开吸入口阀瓣向储罐内补充压力，使罐内压力与大气压力保持平衡。
4.石油储罐阻火呼吸阀阀体承压计算分析的工作原理
呼吸阀工作原理是用弹簧限位阀板,由正负压力决定或呼或吸.呼吸阀应该具有泄放正压和负压两方面功能，具体:当容器承受正压时，呼吸阀打开呼出气体泄放正压；当容器承受负压时，呼吸阀打开吸入气体泄放负压。由此保证压力在一定范围内，保证容器安全。
一种是达到一定压力时,进行呼或吸。另一种是设计成纯粹只呼不吸.可以理解为用两个适当压力的单向阀代替。
呼吸阀不仅能维持储罐气压平衡，确保储罐在超压或真空时破坏，且能减少罐内介质和损耗。
5.石油储罐阻火呼吸阀阀体承压计算分析各种呼吸阀的工作原理:
呼吸阀在蒸汽加热系统中起到阻汽排水作用，选择合适的呼吸阀，可使蒸汽加热设备达到最高工作效率。要想达到的效果，就要对各种类型呼吸阀的工作性能、特点进行全面的了解。
1、呼吸阀的分析压力试验的必要性：
阻火呼吸阀阀体需分段进行两种压力试验,即按SY /T0511) 1996《石油储罐呼吸阀》标准中规定呼吸阀阀体进行.2MPa的水压试验和按SY /T0511) 1996《石油储罐阻火器》标准中规定阻火器壳体进行0. 9 MPa的水压试验。结构上两种水压试验根本无法在同一阀体内进行,这是因为在呼吸阀和阻火器交界处无法进行密封,只有在同一压力下进行的水压试验才能够实现。所以要保证阻火器和呼吸阀能同时正常使用, 阻火呼吸阀阀体必须进行0. 9 MPa水压试验。
2、爆炸压力分析：
罐进行收发油作业或温度变化必然引起呼吸阀的动作,当残留在呼吸阀内部的可燃气体达到爆炸
浓度极,遇火星或明火就会引起爆炸。这种化学爆炸会产生较高的温度,并使压力剧增,具有较强的破坏性。爆炸产生的最大静压就是实验室中使用封闭球 体测定的定容爆炸压力10.1%的瓦斯空气混合气体测定得到的定容爆炸力大约为0.71 ~0.81MPa。1952年舒尔茨-容霍夫 ( Schu ltze-R honho f)在美国一个废弃矿井进行了两次瓦斯浓度为9.5%、积聚区域300m2的大型爆炸试验,爆炸测得峰值压力为1.01MPa ,火焰传播速度接近1000 m /s。可燃气体燃烧产生的热使燃烧峰面前方的气体受到压缩,产生一个超前于燃烧锋面的压力波,该压力波以地音速向前传播,行进在燃烧峰面前称为前驱冲击波。压力波作用于未燃气体,使其温度升高,从而使火焰的燃烧速度进一步加快。层层产生的压力波 相互追赶并叠加,形成具有强烈破坏作用的冲击波。
3、爆炸压力与计算：
油品蒸气与空气形成的爆炸性气体混合物遇明火发生爆炸,爆炸时产生的压力与容器类型和油品蒸气的浓度有关。试验证明体积均为283m3 的不同类型油罐,发生爆炸时的压力则不一样,球形罐发生爆炸时压力大于锥顶罐和滴状罐(见下表)。
各种油罐爆炸的最大压力
| 名称 | 罐内平时压力（MPa） | 罐内最大耐压强度（MPa） | 爆炸蒸汽压力（MPa） |
| 锥顶罐 | 0.315 | 0.014 | 0.733 |
| 滴状罐 | 0.420 | 0.733 | |
| 球形罐 | 2.440 | 3.250 |
一般情况下,油罐的耐压强度越大其爆炸压力也就越大经对66号汽油在常温 ( 11~ 13℃ ) 和常压条件下进行的不同浓度爆炸压力进行试验,其结果(见下表和下图)表明各种油罐爆炸的最大压力和油气在不同浓度下所产生的最大爆炸压力均大于0. 2MPa,呼吸阀作为油罐的安全附件应等强度连接因此呼吸阀水压试验压力为 0. 9 MPa是合理的。
石油储罐阻火呼吸阀阀体承压计算分析油蒸气在不同浓度下的爆炸压力
| 汽油在空气中的浓度体积百分比 ％ | 最大爆炸压力 MPa |
| ＜1.35 | 不爆炸 |
| 1.58 | 0.556 |
| 1.60 | 0.584 |
| 2.04 | 0.750 |
| 2.58 | 0.785 |
| 2.70 | 0.825 |
| 3.00 | 0.818 |
| 3.01 | 0.835 |
| 3.08 | 0.825 |
| 3.24 | 0.811 |
| 3.40 | 0.806 |
| 3.86 | 0.800 |
| 4.24 | 0.780 |
| 4.70 | 0.557 |
| 5.04 | 0.157 |
| 5.46 | 0.110 |
| 5.84 | 0.108 |
| 6.08 | 0.068 |
| 6.48 | 0.058 |
| ＞6.96 | 不爆炸 |
注：汽油浓度由红外线分析仪测定。
浓度压力爆炸曲线图
根据丙烷在容器中爆炸的化学反应方程式,计算出丙烷在容器中爆炸可能产生的压力。
丙烷化学反应方程式为: C3H8 + 5O2 + 18. 8N2 = 3CO2 + 4H2O+ 18. 8N2
爆炸后压力为: Pm ax = T max T0 # P0 # n m
式中 Pmax —爆炸后最大压力,MPa;
Tmax —爆炸后最高温度 (按下表选取 ), K
P0 —爆炸前压力 (P0 = 0. 1MPa);
T0 —爆炸前温度 (T0 = 293 K)。
由反应式可知爆炸前气体摩尔数 m = 24. 8, 气体摩尔数 n = 25. 8。
石油储罐阻火呼吸阀阀体承压计算分析不同物质爆炸后的最高温度
| 物质 | 燃烧温度（℃） | 物质 | 燃烧温度（℃） |
| 甲醇 | 1100 | 丁烷 | 1982 |
| 乙醇 | 1180 | 天然气 | 2020 |
| 乙炔 | 2325 | 石油气 | 2120 |
| 乙烯 | 2102 | 原油 | 1100 |
| 丙烯 | 2065 | 汽油 | 1200 |
| 甲烷 | 1963 | 重油 | 1000 |
| 乙烷 | 1971 | 氢 | 2130 |
| 丙烷 | 1977 | 煤气 | 1600～1850 |
由上面式中计算得到Pmax = 0. 8 MPa因此呼吸阀水压试验压力为0. 9 M Pa是合理的。
4、石油储罐阻火呼吸阀阀体承压计算分析试验测定呼吸阀阀体承压能力：
呼吸阀阀体承压能力可通过试验测出,即在呼吸阀负压阀体中间位置贴上两片应变片,然后向全天候呼吸阀内通入含有体积浓度 ( 4. 3 ±0. 215% )、初压为 0. 1 MPa丙烷蒸气混合气进行最少13次一组的爆炸试验,这是因为混合气体爆炸产生的火焰传播效应不一定产生最大的爆炸力。试验装置见下图。
阻火呼吸阀是安装在固定顶罐上的通风装置，减少油品蒸发损耗 控制储罐压力作用。具有通风量大，泄漏量小，耐腐蚀，防冻性 能好。它能对石油储罐内外压着进行自动调节等特点。
阻火呼吸阀的阀体能承受0.2 M pa的水压，无渗透和变形现象。呼 吸阀耐低温性能在空气相对湿度大于70%，温度为-30℃时， 经过24小时的冷冻后，其阀盘开启压力符合工作压力要求，(允许 压差正负20pa)o G丁Q型通气管的阀盘部件动作时，灵敏度高，动 作完成后，保证密封。呼吸阀阀内留有足够的空间，保证储罐的 通气量。呼吸阀没达到工作压力以前:公称通径'150mm，其泄 漏量≤0.04m3/h;公称通径≥220mm，其泄漏量≤0.4m3/h;当呼吸 阀达到了工作压力以后:阀盘立即开启，保证储罐正常的通气要求。
石油储罐阻火呼吸阀阀体承压计算分析主要技术参数
操作压力(Operating pressure):
A型:+355Pa(+36mmH20)、-295Pa(-30mmH20)
B型:+980Pa(+100mmH20)、-295 Pa(-30mmH20)
C型:+1750Pa(+180 m m H 20)、-295 Pa(-30mm H20)
D型:特殊压力，用户。
阻火层材质(Fire barrier material):304不锈钢。
防爆级别(Explosion proof grade):BS 5501;IIA, IIB, IICo
法兰标准(Flange standard):GB, HG, SH, HGJ, JB, ANSL,
JIS等标准。(用户，请注明压力等级)制造、检测 标准:按(石油储罐呼吸阀)SY7511-87,(石油储罐阻火器阻火性 能和试验方法(GB5908-86等标准进行制造和验收，或用户标准。
石油储罐阻火呼吸阀阀体承压计算分析主要特点
阻火呼吸阀在系统中起安全保护作用。阻火呼吸阀在蒸汽加热系 统中起到阻汽排水作用，选择合适的呼吸阀，可使蒸汽加热设备 达到最高工作效率。阻火呼吸阀工作原理是用弹簧限位阀板，由 正负压力决定或呼或吸。呼吸阀应该具有泄放正压和负压两方面 功能。
分别测出13次爆炸阀体产生的线应变E1和环应变 E2,然后计算出阀体内的压力。( 1)计算阀体壁厚根据GB-150) 98《钢制压力容器》中的规定,计算 DN200呼吸阀阀体承压能力为0.9 MPa时的阀体壁厚。
D= PDc /( 2[ R ] t U- p ) @ 1 /cos A
Dn = D+ C
式中 D —阀体计算厚度, mm;
P —设计压力, M Pa;
Dc —锥壳大端内径, mm;
[ R ] t—设计温度下的许用应力, MPa;
U— 焊缝系数; 无量纲;
A—锥壳半顶角;
Dn —阀体名义厚度, mm;
C—厚度附加量 (C = C 1 + C 2 ), mm;
C1 —厚度偏差, C1 = 2 mm, mm;
C2 — 腐蚀裕量, C2 = 1 mm, mm。
由式上面公式计算阻火器壳体承压能力为0.9MPa时的阀体壁厚为 Dn = 12 mm。
计算阀体呼吸阀阀体阀体爆炸后压力：通过试验测得呼吸阀爆炸后在阀体上的线应变和环应变,然后通过公式计算出呼吸阀阀体的承压能力, 计算结果见如下表下图：
石油储罐阻火呼吸阀阀体承压计算分析试验数据处理结果
| 序号 | 线应变（10-6mm） | 环应变（10-6mm） | 压力（pa） |
| 1 | 55.0 | 25.0 | 51.4 |
| 2 | 56.0 | 24.0 | 52.0 |
| 3 | 55.6 | 24.2 | 51.8 |
| 4 | 57.8 | 23.1 | 53.3 |
| 5 | 54.6 | 25.4 | 51.1 |
| 6 | 58.3 | 27.0 | 54.7 |
| 7 | 56.9 | 26.7 | 53.4 |
| 8 | 55.2 | 24.9 | 51.5 |
| 9 | 56.1 | 25.2 | 52.4 |
| 10 | 57.2 | 25.3 | 53.3 |
| 11 | 56.8 | 24.9 | 52.9 |
| 12 | 57.9 | 26.1 | 54.1 |
| 13 | 57.1 | 25.5 | 53.3 |
石油储罐阻火呼吸阀阀体承压计算分析爆炸试验数据图：
RH = {E /( 1- L 2 ) }# (E1 + LE2 ) ( 4)
RH= PDz /2Dn （5）
P = 2Dn # RH /Dz （6）
式中 Dn—呼吸阀壁厚, Dn = 12 mm;
E —弹性模量, E = 10. 29MPa;
L — 泊松比, L= 0. 27;
D2 —阀直径, D 2 = 320mm;
E1 —应变, mm;
E2—环应变, mm。
通过试验测定线应变 E1 和环应变 E2 可计算出一组压强的数据,取13次平均值 52.75 M Pa为呼吸阀爆炸后的承压能力。通过对 DN200呼吸阀的结构特点及使用工况分析,并以 DN200阀为例进行计算和试验分析, 计算和试验数据的果均大于0.2 MPa,老标准 SY7510) 87《石油储罐呼吸阀》关于呼吸阀阀体水压试验为 0.9 MPa是合理的。
呼吸阀是维护储罐气压平衡，减少介质挥发的安全节能产品，呼吸阀充分利用储罐本身的承压能力来减少介质排放，其原理是利用正负压阀盘的重量来控制储罐的排气正压和吸气负压；当往罐外抽出介质，使罐内上部气体空间的压力下降，达到呼吸阀的操作负压时，罐外的大气将顶开呼吸阀的负压阀盘顶开，使外界气体进入罐内，使罐内的压力不再继续下降，让罐内与罐外的气压平衡，来保护储罐的安全装置。
我公司生产的呼吸阀，具有结构紧凑，通气量大，泄漏量小，耐 腐蚀，密封性能好等特点，最近又开发具有水准的防暴 阻火呼吸阀(日XF-IZ型)，阻火器位于呼吸阀吸入口处，杜 绝火源进入呼吸阀壳体内;具有体积小，重量轻，检修;清洗 更换方便等优点。阀盘采用聚四氟乙烯材料，具有耐低温，防冻 等优点。阀内设静电输出装置，使得该阀时刻与罐体保持等电位。
石油储罐阻火呼吸阀阀体承压计算分析维护保养方法
1、存放:呼吸阀产品在运达工地后，若暂时不安装或以后工厂大 修、检修，应存放在有防雨设施的仓库中:呼吸阀系列产品在 运输时不得倒置。
2、维护:a、呼吸阀系列产品，应每月上罐顶检查一次，检查阀盘、 阀座、阀杆、阀套等部位是否有灰尘、污垢，若有，应清理干净。
3、每半年应检查阻火器呼吸阀的阻火层一次，若发现有污渍、杂 质堵塞阻火层，应取下阻火层，用相对应的溶剂清楚污渍，然 后用清水将阻火层清洗干净，放在通风吹干后再放入壳体内。
4、以上产品壳体内外表面的油漆应每年涂刷一遍。
5、为了呼吸阀使用安全，应在3-6个月内定期将波纹阻火层拆下 清洗干净，保证阻火层上每个孔畅通，防止堵塞，确保安全正 常使用。定期检查通风气正、负阀盘动作是否灵活，导杆及阀 盘接触密封面有无损坏，如有损坏应立即调换。在检查维护重 新安装时，应保证阀内各结合面严密配合，阀盘升降灵活。新 阀启用时，应安装前清除阀盘间的防震物，否则呼吸阀将失灵。
石油储罐阻火呼吸阀阀体承压计算分析安装步骤
1、呼吸阀应安装在储罐气源的最高点，以降低物料蒸发损耗和以 便顺利地提供通向呼吸阀最直接和最大的通道。通常对于立式 罐，呼吸阀应尽量安装在罐顶中央顶板范围内，对于罐顶需设 隔热层的储罐、可安装在梯子平台附近;
2、当需要安装两个呼吸阀时，它们与罐顶中心应对称布置;
3、若呼吸阀用在氮封罐上，则氮气供气管的接管位置应远离呼吸 阀接口，并由罐顶部插入储罐内约200mm，这样氮气进罐 后不直接排出，达到氮封的目的。
石油储罐阻火呼吸阀阀体承压计算分析的安装
1.拆除包装，阅读产品说明这点到关重要。
2.吊装呼吸阀时，应选用适当的起吊工具，以免损伤呼阀阀盘保护帽。
3.检查罐或水箱上的管法兰的同轴度和垂直度，这对压力真空泄放阀（呼吸阀）的正常使用到关重要。
4.检查罐或水箱上的管法兰的水线表面。它须是干净的，没有划伤，腐蚀，工具痕迹，并且平坦。
5.拆下法兰端口保护盖和其它包装材料。
6.检查垫片;确保该材料是适合于应用。
7.使用螺栓圆把垫圈置于中心。
根据国家标准《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-90) 之规定，'甲、乙类液体的固定顶罐;应用阻火器和呼吸阀。可 见呼吸阀、阻火器是储罐的安全设施，它不仅能维持储 罐气压平衡，确保储罐在超压或真空时免遭破坏，且能减少罐内 介质的挥发和损耗，呼吸阀是维护储罐气压平衡，减少介质挥发 的安全节能产品，常与阻火器配套使用。
