國(guó)外固定頂儲(chǔ)罐呼吸閥通氣量計(jì)算方法

楊梅，李大昌，王斌

中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司華北分公司（河北 任丘 062550）

0 引言

儲(chǔ)存甲B、乙類(lèi)液體的固定頂儲(chǔ)罐和地上臥式儲(chǔ)罐，采用氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)的儲(chǔ)罐，在其通向大氣的通氣管上應(yīng)設(shè)呼吸閥[1]。呼吸閥是保護(hù)儲(chǔ)罐安全的重要附件，由壓力閥和真空閥組成[2]。通常情況下，呼吸閥關(guān)閉，保持儲(chǔ)罐密閉，減少介質(zhì)揮發(fā)，降低油品蒸發(fā)損耗[3-4]；必要時(shí)，呼吸閥自動(dòng)通氣，平衡儲(chǔ)罐內(nèi)外壓力，避免儲(chǔ)罐超壓或抽空，保護(hù)儲(chǔ)罐[5]。呼吸閥的選型應(yīng)根據(jù)呼吸閥通氣量曲線(xiàn)來(lái)確定[6]，因此其通氣量計(jì)算至關(guān)重要。

油品進(jìn)出儲(chǔ)罐、環(huán)境溫度變化、火災(zāi)工況均會(huì)對(duì)呼吸閥的通氣量造成影響[7]，通常應(yīng)考慮以下工況[8]：油品出罐最大流量導(dǎo)致的吸入量；氣相空間最大溫降導(dǎo)致蒸氣壓縮或冷凝引起的吸入量；油品進(jìn)罐最大流量及進(jìn)罐引起油品蒸發(fā)導(dǎo)致的呼出量；氣相空間最大溫升導(dǎo)致蒸氣膨脹或蒸發(fā)引起的呼出量；火災(zāi)工況導(dǎo)致的緊急放空量。儲(chǔ)罐正常運(yùn)行情況下，至少應(yīng)考慮因油品進(jìn)出和溫度變化導(dǎo)致的通氣量之和[9]。

1 基于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的通氣量計(jì)算

根據(jù)API STD 2000—2014《常壓與低壓儲(chǔ)罐通風(fēng)》，接收液態(tài)石油或石油產(chǎn)品的地上立式固定頂儲(chǔ)罐，在正常運(yùn)行工況下，呼吸閥通氣量通常可以按以下兩種方法確定[8]。

1.1 列表法

1.1.1 前提條件

當(dāng)儲(chǔ)罐符合以下條件時(shí)，可采用此方法計(jì)算呼吸閥通氣量[8]：①罐容小于30 000 m3；②氣相空間最高運(yùn)行溫度48.9 ℃；③儲(chǔ)罐無(wú)保溫；④儲(chǔ)存溫度和油品進(jìn)罐溫度低于油品在最大運(yùn)行壓力下的沸點(diǎn)。此方法不適用于蒸氣冷凝導(dǎo)致的額外體積變化[10]。

1.1.2 通氣量計(jì)算

油品進(jìn)出和溫度變化導(dǎo)致的通氣量見(jiàn)表1、表2。

表1 正常運(yùn)行工況下的通氣量

表2 溫度變化導(dǎo)致的通氣量

1.2 公式法

當(dāng)儲(chǔ)罐不滿(mǎn)足上述列表法的假設(shè)條件時(shí)，采用公式法確定呼吸閥的通氣量。

1.2.1 油品進(jìn)出導(dǎo)致的通氣量

1）呼吸閥呼出量為：

式中：Vop為呼吸閥呼出量，m3/h；Vpf為油品最大進(jìn)罐流量，m3/h。

2）呼吸閥吸入量為：

式中：Vip為呼吸閥吸入量，m3/h；Vpe為油品最大出罐流量，m3/h。

1.2.2 溫度變化導(dǎo)致的通氣量

1）呼吸閥呼出量，溫度升高導(dǎo)致的最大呼出量VOT計(jì)算如下：

式中：Y為緯度系數(shù)，無(wú)量綱，見(jiàn)表3；Vtk為罐容，m3；Ri為保溫層縮減系數(shù)，其確定如下[11]：

表3 緯度系數(shù)Y

①無(wú)保溫層，Ri=1。

②完全保溫，Ri=Rin，其計(jì)算見(jiàn)式（5）。

式中：h為內(nèi)部傳熱系數(shù)，W/(m2·K)，通常假設(shè)典型儲(chǔ)罐的內(nèi)部傳熱系數(shù)為4 W/(m2·K)；lin為保溫層厚度，m；λin為保溫層導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2·K)。

③局部保溫，Ri=Rinp，其計(jì)算見(jiàn)式（6）。

式中：ATTS為儲(chǔ)罐表面積（罐壁和罐頂），m2；Ainp為儲(chǔ)罐保溫的表面積，m2。

2）呼吸閥吸入量，溫度降低導(dǎo)致的最大吸入流量VIT，按式（7）計(jì)算。

式中：C為基于蒸氣壓、平均儲(chǔ)存溫度、緯度的系數(shù)，見(jiàn)表4；保溫層縮減系數(shù)Ri的確定同前。

表4 不同條件下的系數(shù)C

2 基于歐洲標(biāo)準(zhǔn)的通氣量計(jì)算

BS EN 14015—2004[12]《在室溫和高于室溫條件下液體儲(chǔ)存所用現(xiàn)場(chǎng)建造的立式、圓柱形、平底、地上用焊接鋼貯罐的設(shè)計(jì)和制造規(guī)范》，規(guī)定了儲(chǔ)存常溫及高溫液體的立式圓筒形鋼制儲(chǔ)罐在選材、設(shè)計(jì)、制造、安裝等方面的要求，針對(duì)設(shè)計(jì)壓力小于50 kPa的固定頂儲(chǔ)罐，其呼吸閥通氣量按以下方法計(jì)算。公式中各符號(hào)的定義和取值參見(jiàn)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法。

2.1 油品進(jìn)出導(dǎo)致的通氣量

1）儲(chǔ)存溫度低于40 ℃或油品蒸氣壓等于5 kPa，呼吸閥呼出量為：

對(duì)于甲烷等產(chǎn)品，考慮到進(jìn)罐時(shí)產(chǎn)生的氣體，呼吸閥呼出量為：

儲(chǔ)存溫度高于40 ℃或油品蒸氣壓大于5 kPa，呼出量隨相應(yīng)蒸發(fā)率增大。

2）呼吸閥吸入量為：

2.2 溫度變化導(dǎo)致的通氣量

1）呼吸閥呼出量計(jì)算如下：

式中：ΔPap為積聚的壓力，mbar（1 mbar=100 Pa），此值小于5 mbar（500 Pa）或不確定時(shí)，Ri=1。

2）呼吸閥吸入量計(jì)算如下：

式中：△Pav為積聚的負(fù)壓，Pa；Pvp為油品在最大運(yùn)行溫度下的蒸氣壓，Pa，不確定時(shí)Ri=1。

式（11）～（14）適用于儲(chǔ)罐無(wú)保溫的情況，當(dāng)儲(chǔ)罐有保溫時(shí)，縮減系數(shù)Ri按式（5）或式（6）計(jì)算。

3 結(jié)束語(yǔ)

正常運(yùn)行工況下，呼吸閥通氣量需要考慮油品進(jìn)出罐流量和環(huán)境溫度變化。根據(jù)API 2000—2014，當(dāng)罐容、運(yùn)行溫度等參數(shù)滿(mǎn)足條件時(shí)，按美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)列表法計(jì)算通氣量。考慮油品進(jìn)出影響，對(duì)比美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)油品蒸氣壓≤5 kPa，呼出量的計(jì)算結(jié)果一致，均等于最大進(jìn)罐流量；當(dāng)油品蒸氣壓＞5 kPa，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的呼出量等于2 倍進(jìn)罐流量，歐洲標(biāo)準(zhǔn)中甲烷等產(chǎn)品的呼出量等于1.7 倍進(jìn)罐流量，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果更大；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)的吸入量計(jì)算結(jié)果一致，均等于最大出罐流量。考慮溫度變化影響，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法一致，但歐洲標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充了儲(chǔ)罐無(wú)保溫時(shí)縮減系數(shù)的計(jì)算公式，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)則認(rèn)為儲(chǔ)罐無(wú)保溫時(shí)的縮減系數(shù)為1。歐美標(biāo)準(zhǔn)方法可供我國(guó)同類(lèi)儲(chǔ)罐通氣量的計(jì)算參考。