石油化工厂储罐全天候阻火呼吸阀计算选型

常压、低压储罐是石油化工厂中设备。常压、低压储罐在使用过程中经常会由于储罐内液面的改变、或者外界温度的变化等原因导致储罐内气体膨胀或收缩，储罐内气相的压力也随之波动，气体压力的波动极易使储罐出现超压或真空的情况，严重时会造成储罐超压鼓罐或低压瘪罐。为了防止储罐出现超压或负压等失稳状态，工艺设计中通常采用在罐顶安装呼吸阀的方式来维持储罐气压平衡，确保储罐在超压或真空时免遭破坏，保护储罐安全，并且减少储罐内物料的挥发和损耗，对安全和环保均起到一定的促进作用。

1、石油储罐呼吸阀结构及工作原理：呼吸阀产品应符合SY/T0511-1996标准要求，分为普通型和全天候型两大系列，其操作温度和代号见表所示：

呼吸阀类型呼吸阀的结构形式多种多样，其外形多半呈球型。国外产品有些外形根据实际需要有桶形、盘形等。呼吸阀的内部结构实质上是由一个压力阀盘（即呼气阀）和一个真空阀盘（即吸气阀）组合而成的，压力阀盘和真空阀盘既可并排布置也可重叠布置。其工作原理：当储罐压力和大气压力相等时，压力阀和真空阀的阀盘和阀座紧密配合，阀座边上密封结构有“吸附"效应，使阀座严密不漏。当压力或真空度增加时，阀盘开始开启由于在阀座边上仍存在着“吸附"效应，所以仍能保持良好的密封。当罐内压力升高到定压值时，将压力阀打开，罐内气体通过呼气阀（即压力阀）侧排人外界大气中，此时真空阀由于受到罐内正压作用处于关闭状态。反之当罐内压力下降到一定真空度时，真空阀由于大气压的正压作用而打开，外界的气体通过吸气阀（即真空阀）侧进入罐内，此时压力阀处于关闭状态。在任何时候，压力阀和真空阀不能同时处于打开的状态。当罐内压力或真空度降到正常操作压力状态时，压力阀和真空阀处于关闭状态，停止呼气或吸气过程。

2、呼吸阀呼出与吸入压力的确定 目前，国内生产的呼吸阀，其操作压力范围通常分为３ 级：（-30～＋36mmH2O），Ｂ级（-30～＋100mmH2O），Ｃ级（-30～＋180mmH2O），呼出与呼入压力见表２所示。

当温度一定时，挥发性液体的饱和蒸汽压是相应确定的，若储罐呼吸阀设定的呼出压力低，则储罐内挥发性液体的气相分率相对较大，导致液体相对容易挥发，通过呼吸阀排出而损耗掉，若储罐呼吸阀设定的呼出压力高，则储罐需要承受的压力就高，由于呼吸阀本身的结构特点导致其有可能会延迟起跳，这样有可能会导致储罐承受超压风险，从而发生鼓罐事故。 一般情况下常压储罐的正常操作压力维持在500pa（G）左右，其设计压力通常为-500Ｐａ～2000pa（G）。对应表２可知，常压储罐通常选用Ｂ级的呼吸阀，呼气压力为980pa，这样既可以减少储罐中易挥发物料的损失，又可以避免储罐出现超压的风险。必须要注意的是如果呼吸阀排气端管线较长，气体流动阻力较大或吸阀排气端管线有液封，导致呼吸阀排气端系统背压较大，此时就需要选择呼出压力相对较低的呼吸阀，因为储罐的最大操作压力等于呼吸阀的设定呼出压力加上呼出管网系统的背压（动背压＋静背压），还要考虑呼吸阀结构特性导致的延迟起跳超压，只有上述加和值小于储罐的正压设计压力，这样才能避免储罐出现超压鼓罐的风险。反之如果呼吸阀排气端管线直接接到风机入口，风机对呼吸阀排气管网有抽吸作用，导致呼吸阀排气端管网压力降低，甚至为负压，此时就需要选择呼出压力相对较高的Ｃ级的呼吸阀，来抵消风机的抽负作用以减少储罐内物料的挥发损失，保证储罐免受负压风险。同时由于通常情况下，储罐设计的耐负压值为-500pa，故储罐呼吸阀的负压吸人压力设置成常规的-295pa是可以保证储罐免受负压而憋罐的。
目前，伴随着化工工艺对不同压力等级呼吸阀的需求，和呼吸阀制造技术的发展，呼吸阀的呼出和吸入压力值远不止上述Ａ、Ｂ、Ｃ三种。在工艺设计中，需要根据实际的工况相应调整呼吸阀的呼出和吸入压力值，以满足储罐的安全设计需求。但是不论选用何种压力等级的呼吸阀，都必须要保证：呼吸阀的起跳压力应低于该呼吸阀所在储罐的正压设计压力，从而保护储罐不出现鼓罐事故，但应高于该储罐的操作压力，以确保储罐的正常操作；储罐呼吸阀的负压吸入压力要高于储罐设计的负压设计压力，从而保证储罐不出现憋罐事故。

二、石油化工厂储罐全天候阻火呼吸阀计算选型主要技术参数：

三、石油化工厂储罐全天候阻火呼吸阀计算选型零部件材料：

3、呼吸阀呼吸量的确定其在正常状态下起密封作用以防止储罐内气体泄出只有在下列条件下呼吸阀才开始工作：
⑴.储罐向外输出物料时，呼吸阀即开始向罐内吸入空气或氮气。
⑵.向储罐内灌装物料时，呼吸阀即开始将罐内气体向 罐外呼出。
⑶.由于气候变化等原因引起罐内物料蒸汽压增高或 降低，呼吸阀则呼出蒸汽或吸入空气或氮气（通常称热效 ）
⑷发生火灾时储罐因呼出气体受热引起罐内液体蒸发量剧增，呼吸阀便开始向罐外呼出以避免储罐因超压而损坏。
⑸在其它工况下如挥发性液体的加压输送、内外部传热装置化学反应、操作失误等，呼吸阀则相应进行呼出或吸入，以避免储罐因超压或超真空而遭受损坏。
储罐呼吸阀应有足够的呼吸量以便确保储罐在正常压力下工作，使之不超过其设计正压或负压，从而保护储罐免受破坏。呼吸阀的呼吸量不能小于以下各项的呼出量之和及吸人量之和： ①.液体出罐时最大出液量所造成的空气或氮气吸入 量，应按液体最大出液量考虑。
②.液体进罐时的最大进液量所造成的罐内液体蒸气呼出量，当液体闪点（闭口）高于45℃时，应按最大进液量的1.07倍考虑；当液体闪点（闭口）低于或等于45℃时，应按最大进液量的2.14倍考虑。
③.因大气最大温降导致罐内气体收缩所造成储罐吸入的气体量和因大气最大温升导致罐内气体膨胀而呼出的气体量。具体结果见表３所示。

石油化工厂储罐全天候阻火呼吸阀计算选型表３储罐热呼吸通气需要量

4、呼吸阀的进出口规格尺寸的确定根据设置呼吸阀具体场合的工况条件，参照上述呼吸阀 呼吸量的计算方法，通过计算确定呼吸阀的呼吸量；再对照呼吸阀制造厂家提供的不同规格的呼吸阀在各种压力等级下呼出或吸入的性能曲线，即可选出满足要求的呼吸阀的规格尺寸。但是在工艺设计中有时并没有厂家的呼吸阀性能曲线，此时就需要化工工艺设计人员通过工艺计算得出呼吸阀进出口的规格尺寸。我们通过多年的设计经验总结出呼吸阀进出口规格尺寸的计算方法：

⑴.按照本文章节３中介绍的吸阀呼吸量的计算方法计算出呼吸阀的呼吸量Ｖ（ｍ３／ｈ）； ⑵.呼吸阀进出口管线的气体流速不宜太高，以免流体阻力降较大，导致呼吸阀补气不及或排气不畅，通常呼吸阀进出口管线气体的流速选择Ｕ＝3-5ｍ／ｓ；
⑶.确定出上述Ｖ和Ｕ值，根据气体在管路中的流动方程：ｄ＝18.81V0.5U-0.5即可计算出管道的直径d(mm)，再向上适当圆整，选择工程上常用的公称直径即可确定呼吸阀进出口的规格尺寸。
5、石油化工厂储罐全天候阻火呼吸阀计算选型的设置:

⑴.呼吸阀应安装在储罐顶部的最高点。理论上讲，从降低蒸发损耗和其它的排气观点考虑，呼吸阀应安装在储罐气相空间的最高点，以便顺利地提供通向呼吸阀最直接和最大的通道"，
⑵.当储罐体积较大或者储罐比较重要时，为防止单台呼吸阀因故障导致储罐出现超压或负压的风险，此时可以安装两台呼吸阀。为避免两台呼吸阀同时动作而增加故障的几率，工艺设计时通常将此两台呼吸阀的吸入和排出压力梯度设计，正常情况下一台工作另一台备用。
⑶.如果呼吸量较大，导致单个呼吸阀的呼吸量不能满足要求时，可设置两个以上呼吸阀。当安装两个呼吸阀时，它们与罐顶的中心距离应相等即在罐顶对称布置。
⑷.如果呼吸阀安装在氮封储罐上则氮气供气管的接管位置一定要远离呼吸阀接口，并由罐顶部插入储罐内约200min，这样氮气进罐后不直接排出起到氮封作用。
⑸.如果呼吸阀内带有阻火器，必须考虑阻火器的压降对呼吸阀排出压力的影响，以免储罐超压。
⑹.当建罐地区历年最冷月份温度的平均值低于或等于0℃时，呼吸阀必须有防冻措施，以防止呼吸阀阀盘冻住或阻塞导致储罐排气不畅或补气不足而导致储罐超压鼓罐或低压瘪罐。