石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥計(jì)算選型分析

標(biāo)準(zhǔn)方案：先根據(jù)設(shè)置呼吸閥的具體場(chǎng)合的工況條件和規(guī)定的計(jì)算方法或公式確定呼吸閥的呼吸量，然后，對(duì)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(dāng)單個(gè)的呼吸量不能滿足要求時(shí)，可設(shè)置兩個(gè)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(jì)算進(jìn)行選用。可根據(jù)《石油化工企業(yè)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH 3007)按進(jìn)（出）儲(chǔ)罐的大液體量(m3h)選用呼璦閥的規(guī)格尺寸。確認(rèn)容器設(shè)計(jì)的低壓力和容器許可的高壓力，也就是負(fù)壓和正壓的確定，操作壓力范圍：正壓：負(fù)壓：  ,呼吸閥產(chǎn)品符合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(chǔ)罐安全密閉，盡量減少儲(chǔ)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(kāi)始工作：

①當(dāng)儲(chǔ)罐進(jìn)行介質(zhì)收發(fā)作業(yè)時(shí)，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(kāi)始較大流量呼吸；

②由于外界環(huán)境影響，儲(chǔ)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(yīng))，呼吸閥開(kāi)始小流量的呼吸；

③天氣驟變或發(fā)生火災(zāi)等情況時(shí)，罐內(nèi)溫度短時(shí)間內(nèi)迅速變化，引起儲(chǔ)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(yīng)滿足儲(chǔ)罐呼吸所需的通氣量，以確保儲(chǔ)罐的安全。

    關(guān)于呼吸閥該如何選型這個(gè)問(wèn)題大家有了初步的認(rèn)識(shí)，但是要怎么去技術(shù)參數(shù)呢？
排放量計(jì)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(wú)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(chǔ)罐內(nèi)蒸氣的分子量； P—在大量液體狀態(tài)下，真實(shí)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(wú)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(wú)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(jī)液體取

石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥計(jì)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(jié)果，罐內(nèi)壓力超過(guò)釋放壓力時(shí)，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(jī)蒸氣飽和的氣體而膨脹，因而超過(guò)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(zhuǎn)因子（無(wú)量綱），取值按年周轉(zhuǎn)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(chǔ)罐呼吸閥計(jì)算選型分析工作原理

呼吸閥是一種廣泛應(yīng)用在儲(chǔ)罐頂部的通風(fēng)裝置，用來(lái)維持罐內(nèi)外的氣壓平衡，通過(guò)控制儲(chǔ)罐的呼出壓力和真空度，防止由于真空度、壓力超過(guò)允許值(負(fù)壓和超壓)而造成的儲(chǔ)罐凹癟與翹底，同時(shí)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(yīng)該具有泄放正壓和負(fù)壓兩方面功能，由正負(fù)壓力決定或呼或吸，呼吸閥的具體原理如下圖所示。當(dāng)儲(chǔ)罐承受正壓時(shí)，呼吸閥打開(kāi)呼出氣體泄放正壓；當(dāng)儲(chǔ)罐承受負(fù)壓時(shí)，呼吸閥打開(kāi)吸入氣體泄放負(fù)壓。由此在一定的壓力范圍內(nèi)確保儲(chǔ)罐安全。

石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥計(jì)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(dǎo)式3種。

1.重力式呼吸閥

重力式呼吸閥是靠閥盤(pán)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(jié)構(gòu)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(pán)所受的總外力為△F，F(xiàn)為閥盤(pán)本身的重力G，上舉力為πD2(P2-P1)／4。

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

2)當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)產(chǎn)生大于設(shè)定壓力的超壓時(shí)，罐內(nèi)高壓直接作用于呼出口閥盤(pán)下方，并克服閥盤(pán)重力以及作用于閥盤(pán)上的大氣壓力，從而打開(kāi)呼出口閥盤(pán)排出罐內(nèi)過(guò)高氣壓，使罐內(nèi)壓力與大氣壓力保持平衡。此時(shí)閥盤(pán)所受的總外力△F=G-πD2(P2-P1)／4>0。

3)當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)產(chǎn)生小于設(shè)定壓力的負(fù)壓時(shí)，大氣壓力直接作用于吸入口閥盤(pán)下方，并克服閥盤(pán)重力以及作用于閥盤(pán)上方的罐內(nèi)壓力，從而打開(kāi)吸入口閥盤(pán)向儲(chǔ)罐內(nèi)補(bǔ)充壓力，使罐內(nèi)壓力與大氣壓力保持平衡。此時(shí)閥盤(pán)所受總外力△F=G-πD2(P2-P1)／4<0。

2.石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥計(jì)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(jié)構(gòu)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(pán)所受的總外力和上舉力仍為△F和πD2(P2-P1)／4，但此時(shí)控制力F變?yōu)閺椈傻男巫兞?，并且可以通過(guò)改變彈簧的預(yù)壓長(zhǎng)度來(lái)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(chǔ)罐處于正常壓力。當(dāng)呼吸閥正常工作滿足不了因意外原因造成儲(chǔ)罐急劇超壓時(shí)，呼吸人孔的泄壓蓋自動(dòng)頂開(kāi)，進(jìn)行緊急泄壓，使罐內(nèi)壓力保持正常；當(dāng)罐內(nèi)壓力急劇減壓或超真空時(shí)，吸入閥便開(kāi)啟急劇吸入大氣，維護(hù)罐內(nèi)正常壓力；當(dāng)吸入大氣帶有火花、火焰時(shí)，阻火層起到“器壁效應(yīng)"的作用來(lái)阻止火焰的通過(guò)，以保護(hù)儲(chǔ)罐的安全。

石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥計(jì)算選型分析主要技術(shù)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(pán)、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(chǔ)罐呼吸閥計(jì)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(jí)別：BS 5501：IIA、IIB、IIC。

法蘭標(biāo)準(zhǔn)：GB、HG、SH、HGJ、JB、ANSL、JIS等標(biāo)準(zhǔn)。（用戶，請(qǐng)注明壓力等級(jí)）

制造、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：按（石油儲(chǔ)罐呼吸閥）SY7511-87、（石油儲(chǔ)罐阻火器阻火性能和試驗(yàn)方法）GB5908-86等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制造和驗(yàn)收；或用戶標(biāo)準(zhǔn)。

3.石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥計(jì)算選型分析先導(dǎo)式呼吸閥

先導(dǎo)式呼吸閥是用導(dǎo)閥來(lái)控制主閥的，該導(dǎo)閥采用薄膜式結(jié)構(gòu)，薄膜面積大，故在很低的工作壓力下仍可達(dá)到一定的作用力來(lái)控制主閥的動(dòng)作。此外在導(dǎo)閥開(kāi)啟前，主閥不受控制流的作用，關(guān)閉嚴(yán)密，故先導(dǎo)式呼吸閥可以達(dá)到氣泡級(jí)密封。先導(dǎo)式呼吸閥具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。

石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥計(jì)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(dǎo)閥膜片上的壓力P1是相同的，主閥處于關(guān)閉狀態(tài)，而導(dǎo)閥彈簧載荷大于導(dǎo)閥膜片上向上的作用力，使導(dǎo)閥也處于關(guān)閉狀態(tài)。由于導(dǎo)閥的膜片面積S1大于主閥的膜片面積S2，因此閥門(mén)的關(guān)閉力F=P1S1-P2S2。而且隨著閥前壓力的增大，閥門(mén)關(guān)閉力增加，閥的密封性更佳。

2)當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力大于設(shè)定壓力時(shí)，作用在導(dǎo)閥膜片上向上的作用力剛好超過(guò)導(dǎo)閥彈簧載荷。此時(shí)，導(dǎo)閥閥座稍微開(kāi)啟，封閉在主閥內(nèi)的氣體通過(guò)導(dǎo)閥迅速排出，使主閥氣室內(nèi)的壓力P1降低。此時(shí)作用在主閥膜片上的壓力P2>P1，使主閥打開(kāi)，儲(chǔ)罐內(nèi)的超壓得到泄放。

3)通過(guò)主閥的流體繼續(xù)流動(dòng)，直到罐內(nèi)壓力小于設(shè)定壓力時(shí)，作用在導(dǎo)閥膜片上的作用力小于導(dǎo)閥的彈簧載荷，導(dǎo)閥被關(guān)閉。儲(chǔ)罐內(nèi)的氣體通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)入主閥氣室，使壓力P2=P1，主閥關(guān)閉，重新回到正常狀態(tài)。

4)當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力處于負(fù)壓狀態(tài)時(shí)，操作原理基本與正壓泄壓相同。在關(guān)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(fù)壓，閥門(mén)的關(guān)閉力F=P1S1-P2S2，使主閥關(guān)閉。在設(shè)定點(diǎn)上，導(dǎo)閥開(kāi)啟，把主閥氣室內(nèi)的壓力通過(guò)導(dǎo)管送到進(jìn)口負(fù)壓處。當(dāng)部分負(fù)壓在氣室內(nèi)形成時(shí)，外部的大氣壓力致使主閥開(kāi)啟，并在閥內(nèi)形成氣流，從而消除儲(chǔ)罐的負(fù)壓狀態(tài)。最后大氣壓力通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)入主閥氣室使主閥關(guān)閉。

石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥計(jì)算選型分析性能比較

1.重力式呼吸閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用非常廣泛。但其也存在著不足之處，在小流量呼吸過(guò)程中，當(dāng)罐內(nèi)氣體壓力在臨界狀態(tài)點(diǎn)出現(xiàn)微增量時(shí)，閥盤(pán)被推開(kāi)排氣，首先使閥盤(pán)內(nèi)側(cè)局部區(qū)域(約5～7倍管徑范圍)氣體壓力迅速下降，導(dǎo)致閥盤(pán)很快回落到閥座上，閥關(guān)閉。然后，閥盤(pán)內(nèi)側(cè)壓力迅速與罐內(nèi)壓力平衡，又略大于臨界壓力，將閥盤(pán)推開(kāi)排氣，而后閥盤(pán)再關(guān)閉。如此反復(fù)，就出現(xiàn)一種跳動(dòng)現(xiàn)象，不能保證良好的密封。閥門(mén)反復(fù)開(kāi)關(guān)還容易產(chǎn)生磨損，造成泄漏。低溫下，閥盤(pán)還容易凍結(jié)在閥座上。

2.彈簧式呼吸閥結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，價(jià)格也相對(duì)低廉，還可以調(diào)節(jié)其設(shè)定壓力。但彈簧式呼吸閥隨著閥門(mén)開(kāi)啟度增大，彈簧形變?cè)龃?，作用在閥盤(pán)上的彈簧力也增大，導(dǎo)致閥無(wú)法開(kāi)足，使呼吸閥難以達(dá)到設(shè)計(jì)能力。彈簧式呼吸閥在長(zhǎng)期使用后，彈簧易銹蝕和老化。冬季使用時(shí)，彈簧易結(jié)霜而影響彈簧的壓縮性，使閥盤(pán)不能正常地在設(shè)定點(diǎn)開(kāi)啟。

3.先導(dǎo)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(dǎo)式呼吸閥機(jī)構(gòu)復(fù)雜，單閥制造成本高，僅適用于技術(shù)要求較高的儲(chǔ)罐。

石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥計(jì)算選型分析

目前，在國(guó)內(nèi)的大型儲(chǔ)罐中，傳統(tǒng)的重力式和彈簧式呼吸閥應(yīng)用比較多。由于低壓儲(chǔ)罐呼吸閥的閥前壓力很低，有時(shí)只有幾百帕，作用在閥盤(pán)下部向上的作用力有限，使閥不容易準(zhǔn)確地在定壓下開(kāi)啟。即使閥盤(pán)打開(kāi)了，也會(huì)由于作用力太小，導(dǎo)致閥被卡住；先導(dǎo)式呼吸閥的膜片式結(jié)構(gòu)保證了在很低的工作壓力下仍可準(zhǔn)確控制主閥的動(dòng)作。重力式和彈簧式呼吸閥在定壓下工作時(shí)，由于工作壓力非常接近定壓，閥門(mén)很容易泄露，一般在閥前壓力達(dá)到定壓的90～95％時(shí)就會(huì)有泄漏，且隨著閥前壓力的繼續(xù)升高，閥門(mén)的泄漏量增大。當(dāng)閥前壓力達(dá)到定壓時(shí)，閥門(mén)開(kāi)啟；閥前壓力升高達(dá)到定壓的時(shí)，閥門(mén)全開(kāi)。

隨著壓力的泄放，閥前壓力回降，直到降到定壓的時(shí)，閥芯回座，閥門(mén)關(guān)閉。先導(dǎo)式呼吸閥，當(dāng)閥前壓力達(dá)到定壓的時(shí)才開(kāi)始泄漏，閥前壓力達(dá)到定壓時(shí)(無(wú)需超壓)，閥門(mén)即可全開(kāi)；當(dāng)閥前壓力降到定壓的98%～99%時(shí)，閥門(mén)關(guān)閉?？梢?jiàn)，先導(dǎo)式呼吸閥在閥前壓力達(dá)到定壓前，開(kāi)始泄漏較晚，泄漏量少；而閥前壓力降到定壓以下時(shí)，又能較早地關(guān)閉，從而減少了泄漏及過(guò)量排放。這樣既減少了儲(chǔ)罐內(nèi)物料的損失，又有利于環(huán)境保護(hù)。

傳統(tǒng)的重力式和彈簧式呼吸閥都屬于微啟動(dòng)式，在設(shè)計(jì)壓力下開(kāi)啟時(shí)，開(kāi)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(mén)動(dòng)作特性為比例作用式，開(kāi)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(chǔ)罐超壓；先導(dǎo)式呼吸閥是一種全啟式閥，動(dòng)作特性為兩段式。全啟式是指閥門(mén)的開(kāi)啟高度大于等于1／4流道直徑。兩段式是指閥門(mén)的開(kāi)啟過(guò)程分為兩個(gè)階段，起初閥門(mén)隨壓力升高而比例開(kāi)啟，在壓力升高一個(gè)不大的數(shù)值后，閥門(mén)即在壓力幾乎不再升高的情況下急劇開(kāi)啟到規(guī)定高度。