常低压储罐呼吸阀呼吸量计算与设置

王晓程

（天津渤海化工集团规划设计院，天津300193）

常低压储罐呼吸阀呼吸量计算与设置

王晓程

（天津渤海化工集团规划设计院，天津300193）

呼吸阀是一种常用于常压和低压储罐的压力保护措施。正确计算储罐需要的呼吸量，选择适合的呼吸阀，正确安装并对其进行维护是保证储罐能够安全储存的一个重要条件。

呼吸阀；呼吸量；热效应

常压及低压储罐是石油化工行业的常用设备。呼吸阀能够在储罐超压或者接近真空的工况下通过呼气或者吸气而使储罐压力保持在设计压力范围内，从而避免鼓罐或者瘪罐的情况发生，减少罐内物料的损耗。同时安装呼吸阀也能减少挥发性物料的泄露，降低对外部环境的污染，减少安全隐患。《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中更有规定，“甲B、乙类液体的固定顶罐应设阻火器和呼吸阀”[1]。阻火器与呼吸阀连用可以防止火焰进入储罐避免爆炸发生。因此呼吸阀作为石油储罐的附件是不可缺少的。

1 呼吸阀启动原因

呼吸阀是由呼气阀和吸气阀两部分组成。通常情况下呼吸阀是封闭不动的，只有在储罐超压或者真空的情况才会开启。以下几点为比较普遍的开启原因[2],也就是造成真空或者超压的条件：

1）液体出入储罐。液体流出储罐，储罐内气相空间增大，压力降低，会导致吸气阀开启吸入外部气体，用以提高储罐压力。液体进入储罐，汽化蒸汽增多，储罐压力增大，导致呼气阀开启呼出多余的气体降低储罐压力。

2）天气变化引起的储罐呼吸。气温降低或者大风、降雨等其他天气变化会引起储罐内气体的压缩或者冷凝，储罐压力降低，从而导致吸气阀开启。气温升高或者其他天气变化（热效应）会引起储罐内气体膨胀或者液体汽化，储罐压力升高，从而导致呼吸阀打开。

3）当储罐吸收了外部火灾产生的热量，造成液体汽化以及气体膨胀，储罐压力增大，呼气阀开启，储罐呼出内部多余气体。

4）由于设备故障或者操作错误而导致的其他情况。

当以上条件有一个存在或几个同时发生并达到了呼吸阀的开启压力，呼吸阀即开始工作，降低超压或者真空度，可以达到保护储罐的目的。

2 呼吸量的计算

储罐的呼吸量应至少为进出物料量与热效应引起的通气量之和。目前还没有国家通用的标准算法来计算呼吸量。结合日本通气设备标准HPIS-G-103-1997，美国标准API Std 2000-2009,以及以往项目的经验，以下为我们在项目中应用的计算公式。式中进出物料的通气量系数借鉴API Std2000，并按照该标准以37.8℃为闪点分界点。而由于热效应引起的通气量变化则参考了日本通气设备标准的系数值。

1）闪点低于37.8℃的物料：

Qi=0.94Vo+Qt

Qo=2.02Vi+Qt

2）闪点高于37.8℃的物料：

Qi=0.94Vo+Qt

Qo=1.01Vi+0.6Qt

式中[3]：

Qi——吸入时总通气量，单位为m3/h;

Qo——呼出时总通气量，单位为m3/h;

Qt——在吸气或排气的同时，由于天气变化引起的通气量，即热呼吸通气量，单位为m3/h;

Vi——最大进料量，单位为m3/h;

Vo——最大出料量，单位为m3/h;

对于容积小于3180m3的储罐，以上两式中的Qt=0.169V。V为储罐总容积。

表1为热效应引起的储罐呼吸量变化表。

表1 气温变化引起的通气变化

续表1

3 呼吸压力的确定

呼吸阀的起跳压力应低于储罐的设计压力，从而保护储罐不被破坏[4]。大多数的常压储罐设计压力通常在-500Pa～2000Pa(G)。根据SY/ T 0511.1-2010，呼吸阀的开启压力等级分为五级，具体见表2。由表2可见，通常情况下呼吸阀的负压吸入压力设成-295Pa是符合绝大部分储罐的。

表2 呼吸阀开启压力分级表[3]

4 呼吸阀的选用

在确定了呼吸量Q(m3/h)之后，按照气体的流速u在3～5m/s考虑，通过公式d=18.81V0.5u-0.5可以确定呼吸阀进出口管径，通过向上圆整，选择适当的阀门尺寸。目前市场上常用的呼吸阀规格连接法兰公称通径DN有：50mm、80mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm。

同时也要考虑呼吸阀的工作温度。呼吸阀按照工作温度可分为全天候型与普通型。全天候型呼吸阀的适用范围为-30℃～60℃，型式代号为Q。普通型呼吸阀适用操作温度为0℃～60℃，型式代号为P。结合呼吸阀的尺寸与工作温度，选出最适合设计工况的呼吸阀。

5 呼吸阀的安装与维护

呼吸阀的安装需要注意以下几点。

1）呼吸阀需要安装在储罐顶部的最高点，也就是罐内气相空间的最高点。这样能使气体以最直接的通道通向呼吸阀。如果需要安装两个呼吸阀时，应以储罐顶点为中心对称布置。

2）如果呼吸阀安装在氮封的储罐上，氮气供气管的接管位置一定要远离呼吸阀接口，且接管插入罐内200mm，以防氮气进罐后直接排出而起不到氮封的作用。

3）如果使用呼吸阀的地区最冷月份平均气温低于或等于0℃，呼吸阀必须有防冻措施，以防止呼吸阀阀盘冻住或堵塞导致储罐排气不畅或补气不足[5]，而造成储罐低压瘪罐或者超压鼓罐。

在呼吸阀正确安装后，为了能够使其安全持续地运行，应注意后期的检修与维护。至少每半年检查一次呼吸阀的网面是否堵塞或腐蚀。如果发现有堵塞应即时清理确保网面干净。尽量一年检验一次呼吸阀保证其操作压力在正常范围。年检不合格的呼吸阀应及时更换，不要使其只成为一个摆件，埋下安全隐患，从而造成重大安全事故。

［1］GB50160-2008,石油化工企业设计防火规范[S].

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

［3］SY/T 0511.1-2010,石油储罐附件第1部分：呼吸阀[S].

［4］王荣贵，刘道芬.常压、低压储罐呼吸量的确定及呼吸阀的应用[J].化肥设计，2007,45(2):24-29.

［5］张拂晓，邱海燕常压、低压储罐呼吸阀的设置、选型与计算研究[J].山东化工，2015,44(20):120-121,129.

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天津市迈向全国新能源产业重要基地

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在新能源应用方面，滨海新区加大基础设施建设投入，滨海高新区、中新生态城等新兴功能区积极采用太阳能发电系统应用在节能建筑等多个领域，支持企业开拓本地市场；另外，新能源汽车示范运营项目、长城汽车产业园20兆瓦光伏屋顶项目、宁河20兆瓦鱼光互补光伏发电项目和大神堂、蓟运河口风电场等项目的实施积极带动了天津市绿色电池、光伏组件生产、风电设备配件及控制软件等的研发配套，促进新能源产业快速发展。

天津市工信委提供的相关规划指出，到2020年，天津市锂离子电池规模将达到500亿元，产能达到15亿安时，新能源汽车动力电池产能将达到400亿元；光伏产业销售收入力争达到200亿元。天津市将依托科技与人才优势，大力培育和引进龙头企业，拉动产业链上下游延伸，将天津市打造为锂电行业国际重要研发生产基地、全国重点的风电设备制造中心和最大的风电产品出口基地、全国先进光伏制造基地和绿色阳光城市。

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