石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥呼吸量計(jì)算分析

呼吸閥是一種常用于常壓和低壓儲(chǔ)罐的壓力保護(hù)措施。正確計(jì)算儲(chǔ)罐需要的呼吸量，選擇適合的呼吸閥，正確安裝并對(duì)其進(jìn)行維護(hù)是保證儲(chǔ)罐能夠安全儲(chǔ)存的一個(gè)重要條件。在現(xiàn)代石油化工、制藥、食品加工等行業(yè)中，儲(chǔ)罐作為一種關(guān)鍵的物料儲(chǔ)存設(shè)備，有著廣泛的應(yīng)用。然而，儲(chǔ)罐在運(yùn)行過程中會(huì)受到多種因素的影響，如儲(chǔ)罐液位的變化、環(huán)境溫度的變化等，這些因素可能會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)壓力的變化，進(jìn)而影響儲(chǔ)罐的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。為了解決這個(gè)問題，呼吸閥被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)罐中，以維持儲(chǔ)罐壓力的穩(wěn)定，保護(hù)儲(chǔ)罐的安全。本文將就呼吸閥在儲(chǔ)罐上的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的探討。

常壓及低壓儲(chǔ)罐是石油化工行業(yè)的常用設(shè)備。呼吸閥能夠在儲(chǔ)罐超壓或者接近真空的工況下通過呼氣或者吸氣而使儲(chǔ)罐壓力保持在設(shè)計(jì)壓力范圍內(nèi)，從而避免鼓罐或者癟罐的情況發(fā)生，減少罐內(nèi)物料的損耗。同時(shí)安裝呼吸閥也能減少揮發(fā)性物料的泄露，降低對(duì)外部環(huán)境的污染，減少安全隱患。《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50160-2008）中更有規(guī)定，“甲B、乙類液體的固定頂罐應(yīng)設(shè)阻火器和呼吸閥"。阻火器與呼吸閥連用可以防止火焰進(jìn)入儲(chǔ)罐避免爆炸發(fā)生。因此呼吸閥作為石油儲(chǔ)罐的附件是的。

呼吸閥具有放泄正壓和負(fù)壓兩方面的功能。具體表現(xiàn)在當(dāng)容器承受一定正壓的時(shí)候，呼吸閥就會(huì)打開呼出氣體泄放正壓;當(dāng)容器承受負(fù)壓的時(shí)候，阻火呼吸閥就會(huì)打開吸入氣體泄放負(fù)壓，這樣來(lái)保證壓力在一定的范圍內(nèi)，以此來(lái)保證容器的安全。呼吸閥擋板的作用主要表現(xiàn)在在儲(chǔ)罐內(nèi)壓力快速下降，當(dāng)大量空氣吸入到罐內(nèi)的時(shí)候，使遇到的阻火呼吸閥擋板收受到阻礙的空氣氣流不能直接沖擊到油品的表面，這樣就能減少油品的蒸發(fā)。

有了擋板的阻擋能夠使氣流從垂直的方向改成水平的方向，確保吸入的新鮮空氣首先和關(guān)內(nèi)頂部的油氣濃度低的氣體混合，這樣就能使?jié)舛冉档汀．?dāng)油管從發(fā)油變成收油的時(shí)候，呼出的就是之前頂部混合的濃度較低的混合氣體。這樣就能降低油量的消耗。大多呼吸閥擋板會(huì)做成折疊式，這樣能夠便于從灌頂接合管孔口裝入或者是取出。導(dǎo)流罩能夠使氣流在突然改變方向的時(shí)候，速度變慢，以便在以后的運(yùn)動(dòng)中能夠保持較高的速度，使吸入的新鮮空氣能夠均勻分布在油罐內(nèi)的上面空間。
呼吸閥的功能作用：儲(chǔ)罐正常工作狀態(tài)下呼吸閥是關(guān)閉的，起密封作用，以防止儲(chǔ)罐內(nèi)氣體排放到大氣中去。只有在儲(chǔ)罐內(nèi)氣壓達(dá)到呼吸閥設(shè)定的壓力／真空時(shí)，呼吸閥才啟動(dòng)。

石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥呼吸量計(jì)算分析例如：
1、向儲(chǔ)罐灌裝或者往外輸出物料時(shí)；
2、氣候變化或者周邊環(huán)境溫度變化引起儲(chǔ)罐內(nèi)氣壓增高或者降低；
3、發(fā)生火災(zāi)，儲(chǔ)罐因急劇受熱導(dǎo)致罐內(nèi)液體蒸發(fā)量劇增。當(dāng)遇到一些特殊工況，比如揮發(fā)性液體的加壓輸送，儲(chǔ)罐帶加熱裝置，或者氮封系統(tǒng)操作失誤時(shí)，儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力都有可能急劇增高，這時(shí)候不僅需要呼吸閥來(lái)保護(hù)儲(chǔ)罐因超壓或超真空遭受損壞，必要時(shí)還要安裝緊急泄放閥。

石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥呼吸量計(jì)算分析工作原理：
(1)、重力式呼吸閥：當(dāng)罐內(nèi)油氣壓力大于儲(chǔ)罐允許壓力，即呼吸閥設(shè)定壓力時(shí)，油氣經(jīng)過壓力端外逸，此時(shí)真空端處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)罐內(nèi)油氣壓力小于儲(chǔ)罐允許真空度，即呼吸閥設(shè)定真空時(shí)，空氣經(jīng)過真空端進(jìn)入罐內(nèi)，此時(shí)壓力端處于關(guān)閉狀態(tài)。
(2)、先導(dǎo)式呼吸閥：先導(dǎo)式呼吸閥由主閥體和強(qiáng)制動(dòng)作的導(dǎo)閥組成。導(dǎo)閥擁有薄膜結(jié)構(gòu)，能夠精確控制主閥的動(dòng)作。主閥有大直徑膜片構(gòu)成的氣室，正常情況下，氣室內(nèi)始終保持著數(shù)倍于升舉力的向下的壓緊力．呼吸閥處于關(guān)閉狀態(tài)。
⑶、彈簧式呼吸閥：呼吸閥是用彈簧限位閥板，由正負(fù)壓力決定或呼或吸。還有重力式呼吸閥，是靠重力來(lái)調(diào)節(jié)的，當(dāng)容器里面的氣壓達(dá)到超過重壓時(shí)該閥打開卸壓。具體描述：當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力與大氣壓力平衡時(shí)，呼吸閥呼出閥瓣與呼出口閥座嚴(yán)密配合，吸入閥瓣與吸入口閥座嚴(yán)密配合。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力超過大氣壓力值（即產(chǎn)生過高正壓）時(shí)，罐內(nèi)高壓直接作用于呼吸閥瓣下方，并克服閥瓣重力以及作用于閥瓣上的外氣壓力，從而打開呼吸閥瓣由A通道排出罐內(nèi)過高氣壓，使罐內(nèi)壓力與大氣壓力保持平衡。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力低于大氣壓值（即產(chǎn)生過負(fù)壓）時(shí)，大氣壓通過吸氣通道B進(jìn)入并直接作用于吸入口閥瓣下方，并克服閥瓣重力以及作用于閥瓣上方的罐內(nèi)壓力，從而打開吸入口閥瓣向儲(chǔ)罐內(nèi)補(bǔ)充壓力，使罐內(nèi)壓力與大氣壓力保持平衡。

1 石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥呼吸量計(jì)算分析啟動(dòng)原因
呼吸閥是由呼氣閥和吸氣閥兩部分組成。通常情況下呼吸閥是封閉不動(dòng)的，只有在儲(chǔ)罐超壓或者真空的情況才會(huì)開啟。以下幾點(diǎn)為比較普遍的開啟原因[2],也就是造成真空或者超壓的條件：
1）液體出入儲(chǔ)罐。液體流出儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐內(nèi)氣相空間增大，壓力降低，會(huì)導(dǎo)致吸氣閥開啟吸入外部氣體，用以提高儲(chǔ)罐壓力。液體進(jìn)入儲(chǔ)罐，汽化蒸汽增多，儲(chǔ)罐壓力增大，導(dǎo)致呼氣閥開啟呼出多余的氣體降低儲(chǔ)罐壓力。
2）天氣變化引起的儲(chǔ)罐呼吸。氣溫降低或者大風(fēng)、降雨等其他天氣變化會(huì)引起儲(chǔ)罐內(nèi)氣體的壓縮或者冷凝，儲(chǔ)罐壓力降低，從而導(dǎo)致吸氣閥開啟。氣溫升高或者其他天氣變化（熱效應(yīng)）會(huì)引起儲(chǔ)罐內(nèi)氣體膨脹或者液體汽化，儲(chǔ)罐壓力升高，從而導(dǎo)致呼吸閥打開。
3）當(dāng)儲(chǔ)罐吸收了外部火災(zāi)產(chǎn)生的熱量，造成液體汽化以及氣體膨脹，儲(chǔ)罐壓力增大，呼氣閥開啟，儲(chǔ)罐呼出內(nèi)部多余氣體。
4）由于設(shè)備故障或者操作錯(cuò)誤而導(dǎo)致的其他情況。
當(dāng)以上條件有一個(gè)存在或幾個(gè)同時(shí)發(fā)生并達(dá)到了呼吸閥的開啟壓力，呼吸閥即開始工作，降低超壓或者真空度，可以達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)罐的目的。

2石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥呼吸量計(jì)算分析的計(jì)算
儲(chǔ)罐的呼吸量應(yīng)至少為進(jìn)出物料量與熱效應(yīng)引起的通氣量之和。目前還沒有國(guó)家通用的標(biāo)準(zhǔn)算法來(lái)計(jì)算呼吸量。結(jié)合日本通氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)HPIS-G-103-1997，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)API Std 2000-2009,以及以往項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，以下為我們?cè)陧?xiàng)目中應(yīng)用的計(jì)算公式。式中進(jìn)出物料的通氣量系數(shù)借鑒API Std2000，并按照該標(biāo)準(zhǔn)以37.8℃為閃點(diǎn)分界點(diǎn)。而由于熱效應(yīng)引起的通氣量變化則參考了日本通氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的系數(shù)值。

1）閃點(diǎn)低于37.8℃的物料：
Qi=0.94Vo+Qt
Qo=2.02Vi+Qt
2）閃點(diǎn)高于37.8℃的物料：
Qi=0.94Vo+Qt
Qo=1.01Vi+0.6Qt
式中：
Qi——吸入時(shí)總通氣量，單位為m3/h;
Qo——呼出時(shí)總通氣量，單位為m3/h;
Qt——在吸氣或排氣的同時(shí)，由于天氣變化引起的通氣量，即熱呼吸通氣量，單位為m3/h;
Vi——最大進(jìn)料量，單位為m3/h;
Vo——最大出料量，單位為m3/h;
對(duì)于容積小于3180m3的儲(chǔ)罐，以上兩式中的Qt=0.169V。V為儲(chǔ)罐總?cè)莘e。
表1為熱效應(yīng)引起的儲(chǔ)罐呼吸量變化表。

3 石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥呼吸量計(jì)算分析呼吸壓力的確定
呼吸閥的起跳壓力應(yīng)低于儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力，從而保護(hù)儲(chǔ)罐不被破壞[4]。大多數(shù)的常壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力通常在-500Pa～2000Pa(G)。根據(jù)SY/ T 0511.1-2010，呼吸閥的開啟壓力等級(jí)分為五級(jí)，具體見表2。由表2可見，通常情況下呼吸閥的負(fù)壓吸入壓力設(shè)成-295Pa是符合絕大部分儲(chǔ)罐的。

4 石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥呼吸量計(jì)算分析的選用
在確定了呼吸量Q(m3/h)之后，按照氣體的流速u在3～5m/s考慮，通過公式d=18.81V0.5u-0.5可以確定呼吸閥進(jìn)出口管徑，通過向上圓整，選擇適當(dāng)?shù)拈y門尺寸。目前市場(chǎng)上常用的呼吸閥規(guī)格連接法蘭公稱通徑DN有：50mm、80mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm。
同時(shí)也要考慮呼吸閥的工作溫度。呼吸閥按照工作溫度可分為全天候型與普通型。全天候型呼吸閥的適用范圍為-30℃～60℃，型式代號(hào)為Q。普通型呼吸閥適用操作溫度為0℃～60℃，型式代號(hào)為P。結(jié)合呼吸閥的尺寸與工作溫度，選出設(shè)計(jì)工況的呼吸閥。

5 呼吸閥的安裝與維護(hù)
呼吸閥的安裝需要注意以下幾點(diǎn)。
1）呼吸閥需要安裝在儲(chǔ)罐頂部的最高點(diǎn)，也就是罐內(nèi)氣相空間的最高點(diǎn)。這樣能使氣體以最直接的通道通向呼吸閥。如果需要安裝兩個(gè)呼吸閥時(shí)，應(yīng)以儲(chǔ)罐頂點(diǎn)為中心對(duì)稱布置。
2）如果呼吸閥安裝在氮封的儲(chǔ)罐上，氮?dú)夤夤艿慕庸芪恢靡欢ㄒh(yuǎn)離呼吸閥接口，且接管插入罐內(nèi)200mm，以防氮?dú)膺M(jìn)罐后直接排出而起不到氮封的作用。

3）如果使用呼吸閥的地區(qū)最冷月份平均氣溫低于或等于0℃，呼吸閥必須有防凍措施，以防止呼吸閥閥盤凍住或堵塞導(dǎo)致儲(chǔ)罐排氣不暢或補(bǔ)氣不足[5]，而造成儲(chǔ)罐低壓癟罐或者超壓鼓罐。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力達(dá)到呼吸閥設(shè)定壓力時(shí)，作用導(dǎo)閥膜片向上的作用力超過彈簧作用力使導(dǎo)閥開啟，封閉在主閥氣室內(nèi)的氣體通過導(dǎo)管迅速泄放，主閥瞬間開啟，壓力得到泄放。
先導(dǎo)式呼吸閥能達(dá)到氣泡級(jí)密封，通常用于密封和泄漏量要求很高的儲(chǔ)罐，如液氧、液氮、液氬、低溫乙烯和LNG儲(chǔ)罐。另外，先導(dǎo)式呼吸閥的開啟僅取決于設(shè)定壓力，通常用在有動(dòng)背壓，而普通呼吸閥無(wú)法使用的情況下。
石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥呼吸量計(jì)算分析的選用與安裝

石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥呼吸量計(jì)算分析選用原則
在選擇呼吸閥時(shí)，需要考慮到儲(chǔ)罐的實(shí)際需求和工況條件。一般來(lái)說(shuō)，選用呼吸閥需要遵循以下幾個(gè)原則：
（1）適用性原則：需要根據(jù)儲(chǔ)罐的類型、儲(chǔ)存介質(zhì)的性質(zhì)、使用環(huán)境等因素選擇合適的呼吸閥型號(hào)和材質(zhì)。
（2）安全性能原則：需要選擇具有可靠的安全性能的呼吸閥，如防爆、防泄漏等功能。
（3）經(jīng)濟(jì)性原則：需要選擇價(jià)格合理、維護(hù)方便的呼吸閥。

石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥呼吸量計(jì)算分析安裝注意事項(xiàng)
在安裝呼吸閥時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：
（1）安裝在儲(chǔ)罐頂部中央位置，確保呼吸閥的安裝位置與垂直線成45°角左右。
（2）在安裝過程中需要確保呼吸閥與法蘭連接處的密封性能良好，防止氣體泄漏。
（3）安裝完成后需要進(jìn)行測(cè)試，確保呼吸閥能夠正常工作。

四、石油化工儲(chǔ)罐呼吸閥呼吸量計(jì)算分析結(jié)論
呼吸閥在儲(chǔ)罐上的應(yīng)用具有重要的作用和意義。通過控制氣體進(jìn)出儲(chǔ)罐的速度和量來(lái)維持儲(chǔ)罐壓力的穩(wěn)定，可以有效地保護(hù)儲(chǔ)罐的安全和員工的健康。同時(shí)，減少VOCs氣體的揮發(fā)也有助于環(huán)境保護(hù)。因此，在選擇和安裝呼吸閥時(shí)需要遵循一定的選用原則和安裝注意事項(xiàng)。
在呼吸閥正確安裝后，為了能夠使其安全持續(xù)地運(yùn)行，應(yīng)注意后期的檢修與維護(hù)。至少每半年檢查一次呼吸閥的網(wǎng)面是否堵塞或腐蝕。如果發(fā)現(xiàn)有堵塞應(yīng)即時(shí)清理確保網(wǎng)面干凈。盡量一年檢驗(yàn)一次呼吸閥保證其操作壓力在正常范圍。年檢不合格的呼吸閥應(yīng)及時(shí)更換，不要使其只成為一個(gè)擺件，埋下安全隱患，從而造成重大安全事故。