低壓和常壓儲(chǔ)罐的壓力保護(hù)

王云 李建雙（蘭州寰球工程公司， 甘肅 蘭州 730060）

低壓和常壓儲(chǔ)罐的壓力保護(hù)

王云 李建雙（蘭州寰球工程公司， 甘肅 蘭州 730060）

低壓和常壓儲(chǔ)罐在常期使用的過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)壓力過(guò)高或過(guò)低的情況。本文從分析低壓和常壓儲(chǔ)罐壓力發(fā)生變化的原因出發(fā)，闡述了低壓和常壓儲(chǔ)罐壓力的保護(hù)措施。

儲(chǔ)罐；呼吸閥；氣封；壓力

低壓和常壓儲(chǔ)罐在常期使用的過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)壓力過(guò)高或壓力過(guò)低的情況，導(dǎo)致儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)遭到破壞或操作失穩(wěn)，造成不必要的安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。下面從分析低壓和常壓儲(chǔ)罐壓力發(fā)生變化的原因出發(fā)，闡述低壓和常壓儲(chǔ)罐的壓力保護(hù)措施。

1 儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力變化原因分析

在儲(chǔ)罐操作狀態(tài)和外界環(huán)境不發(fā)生變化的情況下，儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力是不發(fā)生變的，只有在下列條件下儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力才會(huì)發(fā)生變化［1］：

①儲(chǔ)罐向外輸出物料時(shí)引起儲(chǔ)罐內(nèi)壓力降低；

②向儲(chǔ)罐內(nèi)灌裝物料時(shí)引起儲(chǔ)罐內(nèi)壓力升高；

③由于氣候等影響引起儲(chǔ)罐內(nèi)物料蒸汽壓增大或減少所造成的儲(chǔ)罐內(nèi)壓力的升高或降低（通稱熱效應(yīng)）；

④火災(zāi)時(shí)儲(chǔ)罐受熱，引起蒸發(fā)量驟增而造成的儲(chǔ)罐內(nèi)壓力急劇升高。

在以上幾種情況下，為了保證儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力平衡，儲(chǔ)罐內(nèi)必須有必要的氣體呼吸量。

2 呼吸量的確定

儲(chǔ)罐應(yīng)有足夠的呼吸量以便確保儲(chǔ)罐在正常壓力下工作，使之不超過(guò)其設(shè)計(jì)的正壓或負(fù)壓，從而保護(hù)儲(chǔ)罐免受破壞。一般情況下，呼吸閥的呼吸量是由儲(chǔ)罐的進(jìn)料量、泵抽出量以及熱效應(yīng)所產(chǎn)生的呼吸需求量之和決定的。根據(jù)有關(guān)規(guī)定［2］，儲(chǔ)罐進(jìn)出物料以及熱效應(yīng)所引起的呼吸氣量見(jiàn)表1和表2。

表1 儲(chǔ)罐進(jìn)出物料引起的呼吸量（英制單位）

表2 儲(chǔ)罐熱效應(yīng)引起的呼吸量（英制單位）

續(xù)表2

在火災(zāi)情況下，儲(chǔ)罐內(nèi)的物料急劇汽化，產(chǎn)生大量氣體，這時(shí)僅依靠呼吸閥的呼出量已經(jīng)不能夠滿足儲(chǔ)罐緊急泄壓的要求，因此就需要在儲(chǔ)罐上安裝泄放人孔或泄壓閥。這時(shí)儲(chǔ)罐的呼出量可以按表3進(jìn)行粗略計(jì)算：

表3 火災(zāi)時(shí)儲(chǔ)罐呼氣量與儲(chǔ)罐潤(rùn)濕面的關(guān)系（英制單位）

3 儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力保護(hù)措施

3.1 呼吸閥

呼吸閥是保護(hù)低壓、常壓儲(chǔ)罐壓力的重要附件，安裝于罐頂，用于自動(dòng)控制油罐內(nèi)外氣體通道的啟閉，維持油罐壓力平衡，對(duì)油罐的超壓或超真空起保護(hù)作用，又可以在一定范圍降低油品的蒸發(fā)損失。呼吸閥不僅能維持儲(chǔ)罐氣壓平衡，確保儲(chǔ)罐在超壓或真空時(shí)免遭破壞，且能減少罐內(nèi)介質(zhì)的揮發(fā)和損耗，滿足儲(chǔ)罐大小呼吸的通氣要求。

3.2 氣封及壓力控制閥

氣封系統(tǒng)是使儲(chǔ)罐內(nèi)維持一定的壓力，防止外界氣體進(jìn)入，污染儲(chǔ)罐內(nèi)貯存的介質(zhì)或與其發(fā)生化學(xué)和生物反應(yīng)。常用的氣封氣體有氮?dú)?、燃料氣等。?dāng)儲(chǔ)罐貯存的介質(zhì)被泵抽出，或由于溫度降低，罐內(nèi)的氣體冷凝或收縮時(shí)，要補(bǔ)入氣封氣，以杜絕罐外空氣的進(jìn)入。呼吸閥還可以與氣封系統(tǒng)一起使用。當(dāng)向罐內(nèi)進(jìn)料及溫度升高時(shí)，裝在罐頂?shù)暮粑y自動(dòng)打開(kāi)，將超壓的氣體排入大氣。為保證儲(chǔ)罐不被抽成真空，當(dāng)罐內(nèi)低于大氣壓，而氣封系統(tǒng)由于故障不能保證罐內(nèi)的正壓時(shí)，真空閥打開(kāi)，空氣進(jìn)入儲(chǔ)罐，保護(hù)儲(chǔ)罐不受破壞。

另外，儲(chǔ)罐頂部可安裝一個(gè)壓力控制閥，其壓力設(shè)定值低于呼吸閥呼出壓力的設(shè)定值。從而可以降低呼吸閥呼氣端開(kāi)戶次數(shù)，減少儲(chǔ)罐內(nèi)氣體向大氣擴(kuò)散，做到環(huán)境友好。

現(xiàn)將儲(chǔ)罐壓力保護(hù)系統(tǒng)示意如下：

圖1 儲(chǔ)罐壓力保護(hù)系統(tǒng)示意圖

3.3 緊急泄放系統(tǒng)

考慮到在出現(xiàn)火災(zāi)意外等情況造成儲(chǔ)罐急劇超壓的情況下，單靠呼吸閥來(lái)泄放壓力是很難維持儲(chǔ)罐的壓力。通常情況下，可以采取以下幾種措施泄放儲(chǔ)罐內(nèi)壓力：

（1）打開(kāi)儲(chǔ)罐頂部量油孔的頂蓋。

（2）打開(kāi)儲(chǔ)罐頂部的人孔蓋。

（3）儲(chǔ)罐的罐頂和罐殼采用弱連接方式。

（4）安裝爆破片或緊急泄壓閥等。

值得注意的是，如果緊急泄放設(shè)施設(shè)定壓力低于呼吸閥的設(shè)定壓力，就會(huì)導(dǎo)致呼吸閥失效，并影響罐體的密封效果，所以緊急泄放設(shè)施的壓力設(shè)定值應(yīng)當(dāng)高于呼吸閥壓力。

4 壓力保護(hù)裝置的選用

4.1 呼吸閥的選用

通常情況下，配置呼吸閥時(shí)應(yīng)按照第2節(jié)的計(jì)算方法確定呼吸量。對(duì)照呼吸閥制造廠提供的各種規(guī)格的不同壓值性能曲線，選用呼吸閥的尺寸，同時(shí)也就確定了呼吸閥的起跳壓力和通氣壓力。當(dāng)單個(gè)呼吸閥的呼吸量不能滿足要求時(shí)，可安裝兩個(gè)以上的呼吸閥。如果呼吸閥廠商不附產(chǎn)品的性能曲線時(shí)，就不能按理論計(jì)算選用呼吸閥，這時(shí)可以按進(jìn)出儲(chǔ)罐的最大液體量選用呼吸閥［3］。

4.2 緊急泄壓裝置的選用

根據(jù)第2節(jié)計(jì)算出的火災(zāi)工況下儲(chǔ)罐的呼出量，對(duì)照泄壓裝置生產(chǎn)廠家提供的相應(yīng)壓力等級(jí)下各種規(guī)格的泄壓裝置泄放氣量的性能曲線，選擇合適規(guī)格和數(shù)量的緊急泄放裝置。

需要注意的是，緊急泄壓裝置的泄放能力應(yīng)能滿足儲(chǔ)罐單次意外事故最大要求的流量，或者多次意外事故可能的合理組合所要求的流量。然而如果在儲(chǔ)罐操作壓力允許的波動(dòng)范圍之內(nèi)，儲(chǔ)罐內(nèi)壓力的升高可以抵消一部分呼出量的話，緊急泄放裝置的能力可以適當(dāng)降低一些。在正常條件下，泄壓裝置必須有足夠的流量，以防止工作壓力超出最大允許工作壓力10%以上，在火災(zāi)緊急情況下，泄壓裝置應(yīng)能防止壓力超出最大允許工作壓力20%以上。

另外，作為儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)者，應(yīng)與通氣裝置制造商以及其設(shè)計(jì)人員進(jìn)行協(xié)商，以確保通氣裝置的能力和儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)呼出量相符。泄放裝置的設(shè)定壓力和開(kāi)啟壓力必須小于儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力，以保證泄放裝置的流量能夠滿足儲(chǔ)罐的呼出量。

5 壓力保護(hù)裝置的安裝［4］

（1）呼吸閥應(yīng)安裝在儲(chǔ)罐頂部最高點(diǎn)。從理論上講，以降低蒸發(fā)損耗和其它的排氣觀點(diǎn)出發(fā)，呼吸閥應(yīng)該安裝在儲(chǔ)罐氣相空間的最高點(diǎn)，以便順利地提供通向呼吸閥最直接和最大的通道。通常對(duì)于立式儲(chǔ)罐，呼吸閥應(yīng)盡量安裝在罐頂中央頂板范圍內(nèi)，對(duì)于罐頂需設(shè)隔熱層的儲(chǔ)罐，可安裝在梯子平臺(tái)附近。

（2）若需安裝2個(gè)呼吸閥時(shí)，它們應(yīng)與儲(chǔ)罐頂部中心距離相等。

（3）氣封管線在儲(chǔ)罐上接管位置一定要遠(yuǎn)離呼吸閥接口，且插入罐內(nèi)200 mm，使氣封氣進(jìn)入儲(chǔ)罐后不直接排出，起到氣封作用。

6 結(jié)語(yǔ)

在低壓和常壓儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中，通過(guò)呼吸閥、氣封系統(tǒng)和緊急泄放設(shè)施以及壓力控制閥的協(xié)調(diào)配合使用，能夠有效地調(diào)節(jié)儲(chǔ)罐壓力，保證儲(chǔ)罐的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

［1］張德姜，王懷義，劉紹葉.石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)第一篇設(shè)計(jì)與計(jì)算［M］.北京：中國(guó)石化出版社，1994.［2］American Petroleum Institute.API standard

2000 venting atmospheric and low pressure storage tanks［S］.Washington，1998，4：4-9.

［3］中國(guó)石化工程建設(shè)公司.SH/T3007-2007石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)石化出版社，2008.

［4］王榮貴，劉道芬.常壓、低壓儲(chǔ)罐呼吸量的確定及呼吸閥的選用［J］.化肥設(shè)計(jì)，2007，4（2）.

王云（1983- ），油氣儲(chǔ)運(yùn)工程師，注冊(cè)化工工程師，2008年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)，從事油氣田地面工程工藝設(shè)計(jì)工作。