常低壓儲(chǔ)罐呼吸閥呼吸量計(jì)算與設(shè)置

王曉程

（天津渤?；ぜ瘓F(tuán)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，天津300193）

常低壓儲(chǔ)罐呼吸閥呼吸量計(jì)算與設(shè)置

王曉程

（天津渤?；ぜ瘓F(tuán)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，天津300193）

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。

呼吸閥；呼吸量；熱效應(yīng)

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”[1]。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)罐的附件是不可缺少的。

1 呼吸閥啟動(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 呼吸量的計(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。目前還沒有國家通用的標(biāo)準(zhǔn)算法來計(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)，以下為我們在項(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[3]：

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。

表1 氣溫變化引起的通氣變化

續(xù)表1

3 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分為五級，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。

表2 呼吸閥開啟壓力分級表[3]

4 呼吸閥的選用

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℃，型式代號為Q。普通型呼吸閥適用操作溫度為0℃～60℃，型式代號為P。結(jié)合呼吸閥的尺寸與工作溫度，選出最適合設(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。

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。

［1］GB50160-2008,石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

［2］API2000-2009,Venting Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks Nonrefrigerated and Refrigerated[S].

［3］SY/T 0511.1-2010,石油儲(chǔ)罐附件第1部分：呼吸閥[S].

［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應(yīng)用[J].化肥設(shè)計(jì)，2007,45(2):24-29.

［5］張拂曉，邱海燕常壓、低壓儲(chǔ)罐呼吸閥的設(shè)置、選型與計(jì)算研究[J].山東化工，2015,44(20):120-121,129.

·信息·

天津市邁向全國新能源產(chǎn)業(yè)重要基地

據(jù)報(bào)道，今年前8個(gè)月，本市新能源產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值403.5億元，同比增長10.44%。新能源產(chǎn)業(yè)具有資源消耗低、清潔程度高、潛在市場大、帶動(dòng)能力強(qiáng)、綜合效益好的優(yōu)勢，是當(dāng)前各國形成經(jīng)濟(jì)新增長點(diǎn)的戰(zhàn)略突破口。天津的新能源產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模，2015年產(chǎn)值達(dá)到500億元，形成了11億安時(shí)鋰離子電池、850MW光伏、6000MW風(fēng)電整機(jī)生產(chǎn)能力，天津正成為全國新能源產(chǎn)業(yè)的重要基地。

天津市新能源產(chǎn)業(yè)經(jīng)過近幾年發(fā)展，在綠色電池、風(fēng)電、光伏發(fā)電等領(lǐng)域形成了較好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，聚焦了力神、巴莫、明陽、英利、歌美颯等一批龍頭企業(yè)。天津市鋰離子電池的市場占有率及產(chǎn)業(yè)規(guī)模居全國前三位，力神公司研發(fā)成功超級電容器、高比能量動(dòng)力型鋰離子電池等多項(xiàng)產(chǎn)品和技術(shù)，產(chǎn)品銷量居全球高端市場前四位，成為全國重要鋰離子電池生產(chǎn)基地。維斯塔斯（Veastas）風(fēng)力技術(shù)（中國）有限公司在天津建成了全球最大的風(fēng)機(jī)制造基地，擁有世界領(lǐng)先的研發(fā)制造技術(shù)。三安光電高效三結(jié)砷化鎵電池芯片轉(zhuǎn)換效率超過41%，國內(nèi)第一，國際領(lǐng)先水平，國內(nèi)市占有率超過70%。英利研發(fā)的高品質(zhì)多晶硅碇鑄造工藝處于國際領(lǐng)先水平。截至目前，天津市擁有新能源企業(yè)百余家，初步形成了濱海高新區(qū)、開發(fā)區(qū)、西青區(qū)、寶坻區(qū)和北辰區(qū)5個(gè)聚集趨勢明顯的科技園區(qū)。

在產(chǎn)業(yè)鏈條建設(shè)方面，天津市新能源產(chǎn)業(yè)在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，形成了從主機(jī)設(shè)備的整套機(jī)組到電機(jī)、齒輪箱、葉片等配套零部件較為完整產(chǎn)業(yè)鏈條；綠色電池覆蓋了鋰離子電池、六氟磷酸鋰、鋰離子電池正負(fù)極材料等配套材料生產(chǎn)體系；光伏產(chǎn)業(yè)鏈包括從硅片材料到電池組裝的大部分環(huán)節(jié)，特別是在中下游形成了從多晶硅錠加工、硅片、電池外延片、電池組件、光伏應(yīng)用系統(tǒng)到光伏系統(tǒng)集成的生產(chǎn)鏈條。

在新能源應(yīng)用方面，濱海新區(qū)加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入，濱海高新區(qū)、中新生態(tài)城等新興功能區(qū)積極采用太陽能發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用在節(jié)能建筑等多個(gè)領(lǐng)域，支持企業(yè)開拓本地市場；另外，新能源汽車示范運(yùn)營項(xiàng)目、長城汽車產(chǎn)業(yè)園20兆瓦光伏屋頂項(xiàng)目、寧河20兆瓦魚光互補(bǔ)光伏發(fā)電項(xiàng)目和大神堂、薊運(yùn)河口風(fēng)電場等項(xiàng)目的實(shí)施積極帶動(dòng)了天津市綠色電池、光伏組件生產(chǎn)、風(fēng)電設(shè)備配件及控制軟件等的研發(fā)配套，促進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

天津市工信委提供的相關(guān)規(guī)劃指出，到2020年，天津市鋰離子電池規(guī)模將達(dá)到500億元，產(chǎn)能達(dá)到15億安時(shí)，新能源汽車動(dòng)力電池產(chǎn)能將達(dá)到400億元；光伏產(chǎn)業(yè)銷售收入力爭達(dá)到200億元。天津市將依托科技與人才優(yōu)勢，大力培育和引進(jìn)龍頭企業(yè)，拉動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游延伸，將天津市打造為鋰電行業(yè)國際重要研發(fā)生產(chǎn)基地、全國重點(diǎn)的風(fēng)電設(shè)備制造中心和最大的風(fēng)電產(chǎn)品出口基地、全國先進(jìn)光伏制造基地和綠色陽光城市。

Breather valve calculation and setup for atmospheric and lowpressure storage tanks

WANG Xiao-cheng
(Tianjin Bohai Chemical Industry Group Planning Design Institute,Tianjin 300193)

Breather valve is a normal pressure protection method for atmospheric and low-pressure storage tanks.Therefore it is important to calculate and determine the venting capacity of the pressure valves,select and install the proper valves,and maintain them in plant production routine.

breather valve;venting capacity;thermal effects

10.3969/j.issn.1008-1267.2016.06.022

TE974+.3.31

C

1008-1267（2016）06-0056-03

2016-07-08