常低壓儲罐呼吸閥呼吸量計算與設(shè)置

王曉程

（天津渤海化工集團規(guī)劃設(shè)計院，天津300193）

常低壓儲罐呼吸閥呼吸量計算與設(shè)置

王曉程

（天津渤海化工集團規(guī)劃設(shè)計院，天津300193）

呼吸閥是一種常用于常壓和低壓儲罐的壓力保護措施。正確計算儲罐需要的呼吸量，選擇適合的呼吸閥，正確安裝并對其進行維護是保證儲罐能夠安全儲存的一個重要條件。

呼吸閥；呼吸量；熱效應(yīng)

常壓及低壓儲罐是石油化工行業(yè)的常用設(shè)備。呼吸閥能夠在儲罐超壓或者接近真空的工況下通過呼氣或者吸氣而使儲罐壓力保持在設(shè)計壓力范圍內(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入儲罐避免爆炸發(fā)生。因此呼吸閥作為石油儲罐的附件是不可缺少的。

1 呼吸閥啟動原因

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的，只有在儲罐超壓或者真空的情況才會開啟。以下幾點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）液體出入儲罐。液體流出儲罐，儲罐內(nèi)氣相空間增大，壓力降低，會導(dǎo)致吸氣閥開啟吸入外部氣體，用以提高儲罐壓力。液體進入儲罐，汽化蒸汽增多，儲罐壓力增大，導(dǎo)致呼氣閥開啟呼出多余的氣體降低儲罐壓力。

2）天氣變化引起的儲罐呼吸。氣溫降低或者大風(fēng)、降雨等其他天氣變化會引起儲罐內(nèi)氣體的壓縮或者冷凝，儲罐壓力降低，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)）會引起儲罐內(nèi)氣體膨脹或者液體汽化，儲罐壓力升高，從而導(dǎo)致呼吸閥打開。

3）當(dāng)儲罐吸收了外部火災(zāi)產(chǎn)生的熱量，造成液體汽化以及氣體膨脹，儲罐壓力增大，呼氣閥開啟，儲罐呼出內(nèi)部多余氣體。

4）由于設(shè)備故障或者操作錯誤而導(dǎo)致的其他情況。

當(dāng)以上條件有一個存在或幾個同時發(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)到保護儲罐的目的。

2 呼吸量的計算

儲罐的呼吸量應(yīng)至少為進出物料量與熱效應(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,以及以往項目的經(jīng)驗，以下為我們在項目中應(yīng)用的計算公式。式中進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℃為閃點分界點。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）閃點低于37.8℃的物料：

Qi=0.94Vo+Qt

Qo=2.02Vi+Qt

2）閃點高于37.8℃的物料：

Qi=0.94Vo+Qt

Qo=1.01Vi+0.6Qt

式中[3]：

Qi——吸入時總通氣量，單位為m3/h;

Qo——呼出時總通氣量，單位為m3/h;

Qt——在吸氣或排氣的同時，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的儲罐，以上兩式中的Qt=0.169V。V為儲罐總?cè)莘e。

表1為熱效應(yīng)引起的儲罐呼吸量變化表。

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)低于儲罐的設(shè)計壓力，從而保護儲罐不被破壞[4]。大多數(shù)的常壓儲罐設(shè)計壓力通常在-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)計工況的呼吸閥。

5 呼吸閥的安裝與維護

呼吸閥的安裝需要注意以下幾點。

1）呼吸閥需要安裝在儲罐頂部的最高點，也就是罐內(nèi)氣相空間的最高點。這樣能使氣體以最直接的通道通向呼吸閥。如果需要安裝兩個呼吸閥時，應(yīng)以儲罐頂點為中心對稱布置。

2）如果呼吸閥安裝在氮封的儲罐上，氮氣供氣管的接管位置一定要遠(yuǎn)離呼吸閥接口，且接管插入罐內(nèi)200mm，以防氮氣進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)致儲罐排氣不暢或補氣不足[5]，而造成儲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)地運行，應(yīng)注意后期的檢修與維護。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)即時清理確保網(wǎng)面干凈。盡量一年檢驗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)及時更換，不要使其只成為一個擺件，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,石油儲罐附件第1部分：呼吸閥[S].

［4］王榮貴，劉道芬.常壓、低壓儲罐呼吸量的確定及呼吸閥的應(yīng)用[J].化肥設(shè)計，2007,45(2):24-29.

［5］張拂曉，邱海燕常壓、低壓儲罐呼吸閥的設(shè)置、選型與計算研究[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)報道，今年前8個月，本市新能源產(chǎn)業(yè)實現(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、帶動能力強、綜合效益好的優(yōu)勢，是當(dāng)前各國形成經(jīng)濟新增長點的戰(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11億安時鋰離子電池、850MW光伏、6000MW風(fēng)電整機生產(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、高比能量動力型鋰離子電池等多項產(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，形成了從主機設(shè)備的整套機組到電機、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)能建筑等多個領(lǐng)域，支持企業(yè)開拓本地市場；另外，新能源汽車示范運營項目、長城汽車產(chǎn)業(yè)園20兆瓦光伏屋頂項目、寧河20兆瓦魚光互補光伏發(fā)電項目和大神堂、薊運河口風(fēng)電場等項目的實施積極帶動了天津市綠色電池、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，新能源汽車動力電池產(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，大力培育和引進龍頭企業(yè)，拉動產(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