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石油化工儲罐呼吸閥計算選型分析

標準方案：先根據(jù)設置呼吸閥的具體場合的工況條件和規(guī)定的計算方法或公式確定呼吸閥的呼吸量，然后，對照呼吸閥制造廠提供的各種規(guī)定的不同定壓值的性能曲線，選用呼吸閥尺寸。也就決定了呼吸閥的起跳壓力和通氣壓力。當單個的呼吸量不能滿足要求時，可設置兩個以上的呼吸閥。

    目前已生產(chǎn)的呼吸閥一般都不附產(chǎn)品的性能曲線，但也不能按照理論計算進行選用?？筛鶕?jù)《石油化工企業(yè)儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(guī)范》(SH 3007)按進（出）儲罐的大液體量(m3h)選用呼璦閥的規(guī)格尺寸。確認容器設計的低壓力和容器許可的高壓力，也就是負壓和正壓的確定，操作壓力范圍：正壓：負壓：  ,呼吸閥產(chǎn)品符合SY/T0511-1996標準要求，分為普通型和全天候型兩大系列及A、B、C三種 阻火呼吸閥、液壓安全閥；呼吸閥在正常狀態(tài)下只是保證儲罐安全密閉，盡量減少儲罐內(nèi)介質(zhì)的蒸發(fā)損耗。只有在下列非正常狀態(tài)下呼吸閥才開始工作：

①當儲罐進行介質(zhì)收發(fā)作業(yè)時，罐內(nèi)氣體體積變化引起氣體壓力發(fā)生變化，呼吸閥即開始較大流量呼吸；

②由于外界環(huán)境影響，儲罐內(nèi)氣體溫度發(fā)生變化，引起罐內(nèi)介質(zhì)蒸汽壓增高或降低(通稱熱效應)，呼吸閥開始小流量的呼吸；

③天氣驟變或發(fā)生火災等情況時，罐內(nèi)溫度短時間內(nèi)迅速變化，引起儲罐內(nèi)氣體壓力急劇升高或降低，造成呼吸閥大流量呼吸。呼吸閥在各種工況下都應滿足儲罐呼吸所需的通氣量，以確保儲罐的安全。

    關于呼吸閥該如何選型這個問題大家有了初步的認識，但是要怎么去技術參數(shù)呢？
排放量計算
    呼吸排放是由于溫度和大氣壓力的變化引起蒸氣的膨脹和收縮而產(chǎn)生的蒸氣排出，它出現(xiàn)在罐內(nèi)液面無任何變化的情況，是非人為干擾的自然排放方式。L
固定頂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—固定頂罐的呼吸排放量（Kg/a）；M—儲罐內(nèi)蒸氣的分子量； P—在大量液體狀態(tài)下，真實的蒸氣壓力（Pa）； D—罐的直徑（m）； H—平均蒸氣空間高度（m）；
△T—一天之內(nèi)的平均溫度差（℃）； FP—涂層因子（無量綱），根據(jù)油漆狀況取值在1~1.5之間； C—用于小直徑罐的調(diào)節(jié)因子（無量綱）;直徑在0~9m之間的罐體，C=1-0.0123(D-9)^2 ;罐徑大于9m的C=1； KC—產(chǎn)品因子（石油原油KC取0.65，其他的有機液體取

石油化工儲罐呼吸閥計算選型分析工作排放：
    工作排放是由于人為的裝料與卸料而產(chǎn)生的損失。因裝料的結果，罐內(nèi)壓力超過釋放壓力時，蒸氣從罐內(nèi)壓出；而卸料損失發(fā)生于液面排出，空氣被抽入罐體內(nèi)，因空氣變成有機蒸氣飽和的氣體而膨脹，因而超過蒸氣空間容納的能力。
可由下式估算固定頂罐的工作排放 LW=4.188×10^-7×M×P×KN×KC 式中：LW—固定頂罐的工作損失（Kg/m3投入量） KN—周轉因子（無量綱），取值按年周轉次數(shù)（K）確定。K36,KN=1 36＜K≤220, K＞220,KN=0.26 其他的同（1）式。

石油化工儲罐呼吸閥計算選型分析工作原理

呼吸閥是一種廣泛應用在儲罐頂部的通風裝置，用來維持罐內(nèi)外的氣壓平衡，通過控制儲罐的呼出壓力和真空度，防止由于真空度、壓力超過允許值(負壓和超壓)而造成的儲罐凹癟與翹底，同時由于壓力的控制，在一定程度上也減少了罐內(nèi)介質(zhì)的蒸發(fā)損耗。因此呼吸閥應該具有泄放正壓和負壓兩方面功能，由正負壓力決定或呼或吸，呼吸閥的具體原理如下圖所示。當儲罐承受正壓時，呼吸閥打開呼出氣體泄放正壓；當儲罐承受負壓時，呼吸閥打開吸入氣體泄放負壓。由此在一定的壓力范圍內(nèi)確保儲罐安全。

石油化工儲罐呼吸閥計算選型分析按工作原理可將呼吸閥分為重力式、彈簧式和先導式3種。

1.重力式呼吸閥

重力式呼吸閥是靠閥盤本身的重量與罐內(nèi)外壓差產(chǎn)生的上舉力相平衡而工作的，具體結構形式如下圖所示。重力式呼吸閥具體工作原理如下圖所示。閥盤所受的總外力為△F，F(xiàn)為閥盤本身的重力G，上舉力為πD2(P2-P1)／4。

1)當閥盤本身的重力與上舉力相等，呼吸閥呼出閥盤與呼出口閥座嚴密配合，吸入閥盤與吸入口閥座嚴密配合，此時閥盤所受總外力△F=G-πD2(P2-P1)／4。

2)當儲罐內(nèi)產(chǎn)生大于設定壓力的超壓時，罐內(nèi)高壓直接作用于呼出口閥盤下方，并克服閥盤重力以及作用于閥盤上的大氣壓力，從而打開呼出口閥盤排出罐內(nèi)過高氣壓，使罐內(nèi)壓力與大氣壓力保持平衡。此時閥盤所受的總外力△F=G-πD2(P2-P1)／4>0。

3)當儲罐內(nèi)產(chǎn)生小于設定壓力的負壓時，大氣壓力直接作用于吸入口閥盤下方，并克服閥盤重力以及作用于閥盤上方的罐內(nèi)壓力，從而打開吸入口閥盤向儲罐內(nèi)補充壓力，使罐內(nèi)壓力與大氣壓力保持平衡。此時閥盤所受總外力△F=G-πD2(P2-P1)／4<0。

2.石油化工儲罐呼吸閥計算選型分析彈簧式呼吸閥

彈簧式呼吸閥是依靠彈簧的形變力與罐內(nèi)外的壓力差產(chǎn)生的推力相平衡而工作的，具體結構形式如下圖所示。彈簧式呼吸閥具體工作原理與重力式呼吸閥類似，閥盤所受的總外力和上舉力仍為△F和πD2(P2-P1)／4，但此時控制力F變?yōu)閺椈傻男巫兞?，并且可以通過改變彈簧的預壓長度來調(diào)節(jié)控制力F。

在阻火呼吸閥正常工作情況下，阻火呼吸人孔基本保持密封狀態(tài)，儲罐處于正常壓力。當呼吸閥正常工作滿足不了因意外原因造成儲罐急劇超壓時，呼吸人孔的泄壓蓋自動頂開，進行緊急泄壓，使罐內(nèi)壓力保持正常；當罐內(nèi)壓力急劇減壓或超真空時，吸入閥便開啟急劇吸入大氣，維護罐內(nèi)正常壓力；當吸入大氣帶有火花、火焰時，阻火層起到“器壁效應"的作用來阻止火焰的通過，以保護儲罐的安全。

石油化工儲罐呼吸閥計算選型分析主要技術參數(shù)：

殼體材質(zhì)：碳鋼、不銹鋼（SUS304、SUS304L、SUS316、SUS316L）、襯氟、塑料。

內(nèi)部芯件：閥盤、閥座、閥桿、閥套。

內(nèi)部芯件材質(zhì)：不銹鋼或聚四氟乙烯。

密封圈材質(zhì)：聚四氟乙烯。

阻火層材質(zhì)：不銹鋼。

環(huán)境溫度：-40~+60℃。

石油化工儲罐呼吸閥計算選型分析操作壓力：

A型：+355Pa（+36mmH20）、-295Pa（-30mmH20）

B型：+980Pa（+100mmH20）、-295Pa（-30mmH20）

C型：+1750Pa（+180mmH20）、-295Pa（-30mmH20）

D型：特殊壓力，用戶。

防爆級別：BS 5501：IIA、IIB、IIC。

法蘭標準：GB、HG、SH、HGJ、JB、ANSL、JIS等標準。（用戶，請注明壓力等級）

制造、檢測標準：按（石油儲罐呼吸閥）SY7511-87、（石油儲罐阻火器阻火性能和試驗方法）GB5908-86等標準進行制造和驗收；或用戶標準。

3.石油化工儲罐呼吸閥計算選型分析先導式呼吸閥

先導式呼吸閥是用導閥來控制主閥的，該導閥采用薄膜式結構，薄膜面積大，故在很低的工作壓力下仍可達到一定的作用力來控制主閥的動作。此外在導閥開啟前，主閥不受控制流的作用，關閉嚴密，故先導式呼吸閥可以達到氣泡級密封。先導式呼吸閥具體結構如下圖所示。

石油化工儲罐呼吸閥計算選型分析工作原理如下圖所示。

1)在正常工作情況下，作用在主閥膜片上的壓力P2與作用在導閥膜片上的壓力P1是相同的，主閥處于關閉狀態(tài)，而導閥彈簧載荷大于導閥膜片上向上的作用力，使導閥也處于關閉狀態(tài)。由于導閥的膜片面積S1大于主閥的膜片面積S2，因此閥門的關閉力F=P1S1-P2S2。而且隨著閥前壓力的增大，閥門關閉力增加，閥的密封性更佳。

2)當儲罐內(nèi)壓力大于設定壓力時，作用在導閥膜片上向上的作用力剛好超過導閥彈簧載荷。此時，導閥閥座稍微開啟，封閉在主閥內(nèi)的氣體通過導閥迅速排出，使主閥氣室內(nèi)的壓力P1降低。此時作用在主閥膜片上的壓力P2>P1，使主閥打開，儲罐內(nèi)的超壓得到泄放。

3)通過主閥的流體繼續(xù)流動，直到罐內(nèi)壓力小于設定壓力時，作用在導閥膜片上的作用力小于導閥的彈簧載荷，導閥被關閉。儲罐內(nèi)的氣體通過導管進入主閥氣室，使壓力P2=P1，主閥關閉，重新回到正常狀態(tài)。

4)當儲罐內(nèi)壓力處于負壓狀態(tài)時，操作原理基本與正壓泄壓相同。在關閉情況下，P1為大氣壓力存在于主閥氣室內(nèi)，而作用在主閥膜片上的壓力P2為負壓，閥門的關閉力F=P1S1-P2S2，使主閥關閉。在設定點上，導閥開啟，把主閥氣室內(nèi)的壓力通過導管送到進口負壓處。當部分負壓在氣室內(nèi)形成時，外部的大氣壓力致使主閥開啟，并在閥內(nèi)形成氣流，從而消除儲罐的負壓狀態(tài)。最后大氣壓力通過導管進入主閥氣室使主閥關閉。

石油化工儲罐呼吸閥計算選型分析性能比較

1.重力式呼吸閥結構簡單，價格低廉，在國內(nèi)應用非常廣泛。但其也存在著不足之處，在小流量呼吸過程中，當罐內(nèi)氣體壓力在臨界狀態(tài)點出現(xiàn)微增量時，閥盤被推開排氣，首先使閥盤內(nèi)側局部區(qū)域(約5～7倍管徑范圍)氣體壓力迅速下降，導致閥盤很快回落到閥座上，閥關閉。然后，閥盤內(nèi)側壓力迅速與罐內(nèi)壓力平衡，又略大于臨界壓力，將閥盤推開排氣，而后閥盤再關閉。如此反復，就出現(xiàn)一種跳動現(xiàn)象，不能保證良好的密封。閥門反復開關還容易產(chǎn)生磨損，造成泄漏。低溫下，閥盤還容易凍結在閥座上。

2.彈簧式呼吸閥結構緊湊、體積小、重量輕，價格也相對低廉，還可以調(diào)節(jié)其設定壓力。但彈簧式呼吸閥隨著閥門開啟度增大，彈簧形變增大，作用在閥盤上的彈簧力也增大，導致閥無法開足，使呼吸閥難以達到設計能力。彈簧式呼吸閥在長期使用后，彈簧易銹蝕和老化。冬季使用時，彈簧易結霜而影響彈簧的壓縮性，使閥盤不能正常地在設定點開啟。

3.先導式呼吸閥尺寸小、重量輕(高壓、大口徑)，泄放前閥座密封，且不易受背壓影響。但先導式呼吸閥機構復雜，單閥制造成本高，僅適用于技術要求較高的儲罐。

石油化工儲罐呼吸閥計算選型分析

目前，在國內(nèi)的大型儲罐中，傳統(tǒng)的重力式和彈簧式呼吸閥應用比較多。由于低壓儲罐呼吸閥的閥前壓力很低，有時只有幾百帕，作用在閥盤下部向上的作用力有限，使閥不容易準確地在定壓下開啟。即使閥盤打開了，也會由于作用力太小，導致閥被卡?。幌葘胶粑y的膜片式結構保證了在很低的工作壓力下仍可準確控制主閥的動作。重力式和彈簧式呼吸閥在定壓下工作時，由于工作壓力非常接近定壓，閥門很容易泄露，一般在閥前壓力達到定壓的90～95％時就會有泄漏，且隨著閥前壓力的繼續(xù)升高，閥門的泄漏量增大。當閥前壓力達到定壓時，閥門開啟；閥前壓力升高達到定壓的時，閥門全開。

隨著壓力的泄放，閥前壓力回降，直到降到定壓的時，閥芯回座，閥門關閉。先導式呼吸閥，當閥前壓力達到定壓的時才開始泄漏，閥前壓力達到定壓時(無需超壓)，閥門即可全開；當閥前壓力降到定壓的98%～99%時，閥門關閉?？梢姡葘胶粑y在閥前壓力達到定壓前，開始泄漏較晚，泄漏量少；而閥前壓力降到定壓以下時，又能較早地關閉，從而減少了泄漏及過量排放。這樣既減少了儲罐內(nèi)物料的損失，又有利于環(huán)境保護。

傳統(tǒng)的重力式和彈簧式呼吸閥都屬于微啟動式，在設計壓力下開啟時，開啟高度在1／40～1／20流道直徑的范圍內(nèi)，因此流通系數(shù)較小，在0.2～0.4之間。閥門動作特性為比例作用式，開啟高度隨壓力升高而逐漸增大，這種特性的呼吸閥流通面積比較小，容易發(fā)生儲罐超壓；先導式呼吸閥是一種全啟式閥，動作特性為兩段式。全啟式是指閥門的開啟高度大于等于1／4流道直徑。兩段式是指閥門的開啟過程分為兩個階段，起初閥門隨壓力升高而比例開啟，在壓力升高一個不大的數(shù)值后，閥門即在壓力幾乎不再升高的情況下急劇開啟到規(guī)定高度。