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储罐全天候呼吸阀计算选型分析

呼吸阀是一种常用于常压和低压储罐的压力保护措施。正确计算储罐需要的呼吸量，选择适合的呼吸阀，正确安装并对其进行维护是保证储罐能够安全储存的一个重要条件。全天候呼吸阀是油罐呼吸系统的核心部件，一般由压力阀、真空阀、阀体组成。其原理是利用阀盘自身重量(或弹簧的张力)来控制油罐的呼气正压(压力)和吸气负压(真空值)。

    当罐内气体空间的压力在全天候呼吸阀的控制压力范围之内时，呼吸阀不动作，保持油罐的密闭性；当油罐内气体空间的压力升高，达到全天候呼吸阀的控制正压时，在油罐内压力的作用下正压阀打开，气体从油罐内逸出，使油罐内的压力不再升高；当油罐内气体空间的压力下降，达到呼吸阀的控制负压时，在大气压的作用下，真空阀打开，空气进入油罐内，使油罐内的压力不再继续下降(负压不再增大)。油罐呼吸系统的作用，主要是通过全天候呼吸阀实现油罐内在一定压力下的平衡和密闭，从而保证油罐正常、安全运行，减小油罐内油品蒸发损耗，减缓油品质量下降的程度，预防着火爆炸、油气中毒，在一定程度上防止油气对环境的污染。

    全天候呼吸阀按其使用条件可分为普通型和全天候型，按其结构类型和压力控制方法分为重力式、弹簧式和重力弹簧组合式；按阀座的相互位置分为分列式和重叠式。全天候呼吸阀的计算内容主要是确定呼吸量，呼吸量按下列条件确定：

1)储罐向外输出物料时，造成储罐内压力降低，需要吸入气体保持储罐内压力平衡；

2)向储罐内灌装物料时，造成储罐内压力升高，需要排除气体保持储罐内压力平衡；

3)由于气候等影响引起储罐内蒸气压增大或减少，造成的呼出或吸入(通称热效应)，热效应引起的呼吸气量。

4)火灾时储罐受热，引起蒸发量剧增而造成呼出。

    前三个原因引起的呼吸量叫正常呼吸量，后一个原因引起的呼吸量叫火灾呼吸量。常压及低压储罐是石油化工行业的常用设备。呼吸阀能够在储罐超压或者接近真空的工况下通过呼气或者吸气而使储罐压力保持在设计压力范围内，从而避免鼓罐或者瘪罐的情况发生，减少罐内物料的损耗。同时安装呼吸阀也能减少挥发性物料的泄露，降低对外部环境的污染，减少安全隐患。《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中更有规定，“甲B、乙类液体的固定顶罐应设阻火器和呼吸阀"。阻火器与呼吸阀连用可以防止火焰进入储罐避免爆炸发生。因此呼吸阀作为石油储罐的附件是少的。

1 储罐全天候呼吸阀计算选型分析启动原因

呼吸阀是由呼气阀和吸气阀两部分组成。通常情况下呼吸阀是封闭不动的，只有在储罐超压或者真空的情况才会开启。以下几点为比较普遍的开启原因,也就是造成真空或者超压的条件：

1）液体出入储罐。液体流出储罐，储罐内气相空间增大，压力降低，会导致吸气阀开启吸入外部气体，用以提高储罐压力。液体进入储罐，汽化蒸汽增多，储罐压力增大，导致呼气阀开启呼出多余的气体降低储罐压力。

2）天气变化引起的储罐呼吸。气温降低或者大风、降雨等其他天气变化会引起储罐内气体的压缩或者冷凝，储罐压力降低，从而导致吸气阀开启。气温升高或者其他天气变化（热效应）会引起储罐内气体膨胀或者液体汽化，储罐压力升高，从而导致呼吸阀打开。

3）当储罐吸收了外部火灾产生的热量，造成液体汽化以及气体膨胀，储罐压力增大，呼气阀开启，储罐呼出内部多余气体。

4）由于设备故障或者操作错误而导致的其他情况。当以上条件有一个存在或几个同时发生并达到了呼吸阀的开启压力，呼吸阀即开始工作，降低超压或者真空度，可以达到保护储罐的目的。

2 储罐全天候呼吸阀计算选型分析的计算

储罐的呼吸量应至少为进出物料量与热效应引起的通气量之和。目前还没有国家通用的标准算法来计算呼吸量。结合日本通气设备标准HPIS-G-103-1997，美国标准API Std 2000-2009,以及以往项目的经验，以下为我们在项目中应用的计算公式。式中进出物料的通气量系数借鉴API Std2000，并按照该标准以37.8℃为闪点分界点。而由于热效应引起的通气量变化则参考了日本通气设备标准的系数值。

1）闪点低于37.8℃的物料：

Qi=0.94Vo+Qt

Qo=2.02Vi+Qt

2）闪点高于37.8℃的物料：

Qi=0.94Vo+Qt

Qo=1.01Vi+0.6Qt

式中：

Qi——吸入时总通气量，单位为m3/h;

Qo——呼出时总通气量，单位为m3/h;

Qt——在吸气或排气的同时，由于天气变化引起的通气量，即热呼吸通气量，单位为m3/h;

Vi——最大进料量，单位为m3/h;

Vo——最大出料量，单位为m3/h;

对于容积小于3180m3的储罐，以上两式中的Qt=0.169V。V为储罐总容积。

3 储罐全天候呼吸阀计算选型分析呼吸压力的确定

呼吸阀的起跳压力应低于储罐的设计压力，从而保护储罐不被破坏[4]。大多数的常压储罐设计压力通常在-500Pa～2000Pa(G)。根据SY/ T 0511.1-2010，呼吸阀的开启压力等级分为五级，具体见表2。由表2可见，通常情况下呼吸阀的负压吸入压力设成-295Pa是符合绝大部分储罐的。

　固定顶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-固定顶罐的呼吸排放量(Kg/a);

　　M-储罐内蒸气的分子量;

　　P-在大量液体状态下，真实的蒸气压力(Pa);

　　D-罐的直径(m);

　　H-平均蒸气空间高度(m);

　　△T-一天之内的平均温度差(℃);

　　FP-涂层因子(无量纲)，根据油漆状况取值在1~1.5之间;

　　C-用于小直径罐的调节因子(无量纲);直径在0~9m之间的罐体，C=1-0.0123(D-9)^2 ; 罐径大于9m的C=1;

　　KC-产品因子(石油原油KC取0.65，其他的有机液体取1.0)

　　工作排放是由于人为的装料与卸料而产生的损失。因装料的结果，罐内压力超过释放压力时，蒸气从罐内压出;而卸料损失发生于液面排出，空气被抽入罐体内，因空气变成有机蒸气饱和的气体而膨胀，因而超过蒸气空间容纳的能力。

　　可由下式估算固定顶罐的工作排放：

　　LW=4.188×10^-7×M×P×KN×KC

　　式中：LW-固定顶罐的工作损失(Kg/m3投入量)

　　KN-周转因子(无量纲)，取值按年周转次数(K)确定。周转次数=年投入量/罐容量

　　K<=36,KN=136

　　K>220,KN=0.264 储罐全天候呼吸阀计算选型分析呼吸阀的选用

在确定了呼吸量Q(m3/h)之后，按照气体的流速u在3～5m/s考虑，通过公式d=18.81V0.5u-0.5可以确定呼吸阀进出口管径，通过向上圆整，选择适当的阀门尺寸。目前市场上常用的呼吸阀规格连接法兰公称通径DN有：50mm、80mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm。同时也要考虑呼吸阀的工作温度。呼吸阀按照工作温度可分为全天候型与普通型。全天候型呼吸阀的适用范围为-30℃～60℃，型式代号为Q。普通型呼吸阀适用操作温度为0℃～60℃，型式代号为P。结合呼吸阀的尺寸与工作温度，选出设计工况的呼吸阀。

1、选择合适类型的呼吸阀

选择合适类型的呼吸阀一方面确定油罐呼吸阀口径，结合呼吸阀减少静电和每小时储油罐进出油流量，选择合适口径的呼吸阀，使储油罐在进出油过程中保持正常的通气量，例如50mm口径的油罐呼吸阀，每小时收发油流量小于25m3；100mm口径的油罐呼吸阀，每小时收发油流量约30～100m3；150mm口径的油罐呼吸阀，每小时收发油流量约101～150lfm2；250mm口径的油罐呼吸阀，每小时收发油流大于

300m3。另一方面，确定油罐呼吸阀的控制压力，结合储油罐设计压力和油罐压力，确定油罐呼吸阀的真空度和控制压力，若储油罐的使用年限较长，结合油罐顶部强度，合理调整油罐呼吸阀工作压力，同一种油品的储油罐应用同一类型呼吸阀时，应按照储油罐最小的压力值来确定呼吸阀工作压力。

2、做好日常检查

为了延长油罐呼吸阀的使用寿命，应做好日常检查，仔细分析油罐呼吸阀的呼吸情况和外观，重点检查油罐呼吸阀阀体和油罐罐体是否存在异常，呼吸阀和短管或者阻火器连接位置的等电位跨接是否可靠、牢固，油罐呼吸阀是否存在漏气，封口网是否畅通或者产生破损，U型压力计压差是否正常等。

3、全面定期维护油罐呼吸阀

除了要进行日常检查以外，还要全面定期进行维护检修，一般情况下油罐呼吸阀可以每半年进行一次全面检查，对于一些特殊情况，可以适当缩短检查周期，仔细检查油罐呼吸阀的弹簧、导孔、导杆、阀座、阀盘等是否积垢或者产生锈蚀，仔细进行清洁处理，对于阀盘运行卡死或者卡涩、运行不灵活等问题，及时维护修理，擦拭封口网的灰尘和污锈，确保油罐呼吸阀气体能够畅通进出。

4、采取有效安全措施

油罐呼吸阀送检过程中，要设置备用呼吸阀，安装或者拆卸时，要注意平衡储油罐内部和外部的气压，工作人员要佩戴防爆设备和穿戴防静电服装，轻放轻拆，严禁敲击，检修过程中严禁在阀座、导孔或者导杆上涂抹润滑油，仔细记录油罐呼吸阀检定过程，做好资料存档。油罐呼吸阀是储油罐中的重要安全附件，发挥着非常重要的作用，结合油罐呼吸阀的常见故障，应仔细采取有效维护措施，确保油罐呼吸阀安全、正常的使用。

5 储罐全天候呼吸阀计算选型分析的安装与维护

在呼吸阀正确安装后，为了能够使其安全持续地运行，应注意后期的检修与维护。至少每半年检查一次呼吸阀的网面是否堵塞或腐蚀。如果发现有堵塞应即时清理确保网面干净。尽量一年检验一次呼吸阀保证其操作压力在正常范围。年检不合格的呼吸阀应及时更换，不要使其只成为一个摆件，埋下安全隐患，从而造成重大安全事故。作为一种专用的油罐阀门，为了充分发挥油罐呼吸阀的重要作用，应了解油罐呼吸阀的常见故障，有针对性地进行维护检修，预防油罐呼吸阀安全事故确保其始终处于良好状态。

储罐全天候呼吸阀计算选型分析的安装需要注意以下几点。

1）呼吸阀需要安装在储罐顶部的最高点，也就是罐内气相空间的最高点。这样能使气体以最直接的通道通向呼吸阀。如果需要安装两个呼吸阀时，应以储罐顶点为中心对称布置。

2）如果呼吸阀安装在氮封的储罐上，氮气供气管的接管位置一定要远离呼吸阀接口，且接管插入罐内200mm，以防氮气进罐后直接排出而起不到氮封的作用。

3）如果使用呼吸阀的地区最冷月份平均气温低于或等于0℃，呼吸阀必须有防冻措施，以防止呼吸阀阀盘冻住或堵塞导致储罐排气不畅或补气不足，而造成储罐低压瘪罐或者超压鼓罐。