油品儲罐氮封氣封裝置計算選型分析

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一、油品儲罐氮封氣封裝置計算選型分析概述

在油品儲存和運輸過程中，罐區(qū)呼吸閥是必要的安全設(shè)備，能夠確保罐內(nèi)氣體壓力穩(wěn)定。但在罐區(qū)呼吸閥排放廢氣時，需要進行廢氣計算，以確保排放的氣體符合環(huán)保要求和安全標準，避免對人體和環(huán)境造成傷害。是一種用于石油、化工、天然氣等行業(yè)的低壓保護設(shè)備，它可用來保持儲罐壓力始終處于正常狀態(tài)，降低儲罐內(nèi)揮發(fā)性液體的蒸發(fā)損失，并保持儲罐免受超壓或超真空的破壞，對安全和環(huán)保均起到一定的促進作用。根據(jù)（GB50160-2008）石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范的規(guī)定，甲B、乙類液體的固定頂罐，應(yīng)設(shè)置阻火器和呼吸閥。

GYA液壓安全閥7.jpg

1 油品儲罐氮封氣封裝置計算選型分析作用原理

呼吸閥由壓力閥和真空閥組成，安裝于常壓或低壓儲罐上，能隨罐內(nèi)正負壓變化而自動啟閉，使罐內(nèi)外氣壓差保持在允許值范圍內(nèi)。呼吸閥能夠維護儲罐氣壓平衡，充分利用儲罐本身的承壓能力來減少介質(zhì)排放，利用正負壓閥盤的重量來控制儲罐的排氣正壓和吸氣負壓。當(dāng)罐內(nèi)介質(zhì)的壓力在呼吸閥的控制操作壓力范圍之內(nèi)時，呼吸閥不工作，保持罐的密閉性；當(dāng)向罐內(nèi)補充介質(zhì)，使罐內(nèi)上部氣體空間的壓力升高，達到呼吸閥的操作正壓時，壓力閥被頂開，氣體從呼吸閥呼出口逸出，使罐內(nèi)壓力不再繼續(xù)增高；當(dāng)向罐外抽出介質(zhì)，使罐內(nèi)上部氣體空間的壓力下降，達到呼吸閥的操作負壓時，罐外的大氣將呼吸閥的負壓閥盤頂開，外界氣體進入罐內(nèi)，使罐內(nèi)的壓力不再繼續(xù)下降，罐內(nèi)與罐外的氣壓平衡，從而保護了儲罐。簡言之，呼吸閥能夠在泵注入、抽出介質(zhì)或熱交換的條件下提供壓力或真空泄放，從而防止儲罐破裂或被抽癟。

HXF2帶雙接管阻火呼吸閥0010.jpg

2 油品儲罐氮封氣封裝置計算選型分析產(chǎn)生超壓和真空的原因

只有正確的確定呼吸閥的呼吸量，才能選擇合適的呼吸閥。呼吸閥的設(shè)計計算通常依據(jù)API2000常壓儲罐和低壓儲罐的泄放。確定呼吸量應(yīng)首先對儲罐可能引起超壓和真空的工況逐一進行分析，可分為正常操作，非正常工況和事故工況。表1 產(chǎn)生超壓和真空的常規(guī)原因

呼吸閥是由壓力閥和真空閥組成，安裝于貨油艙透氣管上，能隨貨油艙內(nèi)油氣正負壓變化而自動啟閉，使貨油艙內(nèi)外氣壓差保持在允許值范圍內(nèi)的閥。

呼吸閥分為兩種：一種是達到一定壓力時，進行呼或吸；另一種是設(shè)計成純粹只呼不吸，可以理解為用兩個適當(dāng)壓力的單向閥代替。二種呼吸閥類似于單向止逆閥，它只能向外呼氣，不能向內(nèi)吸氣，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)壓力升高時，氣體便經(jīng)過呼吸閥向外放空，保證系統(tǒng)的壓力恒定。

呼吸閥作用：它充分利用油罐本身的承壓能力來減少油蒸氣排放，其原理是利用閥盤的重量來控制油罐的呼氣正壓和吸氣負壓。當(dāng)罐內(nèi)氣體的壓力在機械呼吸閥的控制壓力范圍之內(nèi)時，呼吸閥不動作，保持油罐的密閉性；當(dāng)罐內(nèi)氣體空間的壓力升高，達到呼吸閥的控制正壓時，壓力閥被頂開，氣體從罐內(nèi)逸出，使罐內(nèi)壓力不在繼續(xù)增高；當(dāng)罐內(nèi)氣體空間的壓力下降，達到呼吸閥的控制負壓時，罐外的大氣將頂開真空閥而進入罐內(nèi)，使罐內(nèi)的壓力不再繼續(xù)下降。

二、油品儲罐氮封氣封裝置計算選型分析計算公式

HX4帶呼出接管呼吸閥0.jpg

1、油品儲罐氮封氣封裝置計算選型分析氣封裝置的作用

1.1 為防止儲罐內(nèi)物料因與進入的外界氣體(空氣)接觸而被污染變質(zhì)或與外界進入的氣體(空氣)發(fā)生化學(xué)和(或)生物反應(yīng)，常需設(shè)置氣封系統(tǒng)。用氣封氣使儲罐內(nèi)維持一定壓力(正壓)，防止儲罐內(nèi)物料與外界氣體接觸。

1.2 當(dāng)儲罐內(nèi)儲存的物料被泵抽出和(或)由于外界溫度降低，使儲罐內(nèi)氣體冷凝或收縮時，該系統(tǒng)自動補入氣封氣，阻止外界氣體進入;在向儲罐內(nèi)送料和(或)由于外界溫度升高使儲罐內(nèi)液體氣化而使罐內(nèi)壓力高于氣封壓力時，儲罐內(nèi)氣體可通過泄壓閥自動排入大氣。

1.3 常用的氣封氣有氮氣、燃料氣、天然氣等，氣封氣的選擇應(yīng)根據(jù)儲存物料的性質(zhì)、氣封氣是否易于獲得及其經(jīng)濟性來決定。

氮封閥018.jpg

2、油品儲罐氮封氣封裝置計算選型分析氣封裝置的組成

氣封裝置見圖1所示。它由氣封閥(又稱主閥)、信號閥(又稱控制閥)、減壓閥和針形閥等四部分組成。
儲罐內(nèi)壓力低于設(shè)定值時，信號閥2 打開，氣封閥1 也相應(yīng)打開。高壓氣封氣經(jīng)氣封閥1 減壓后進入儲罐內(nèi)，使儲罐內(nèi)壓力逐漸回復(fù)到設(shè)定值，當(dāng)達到設(shè)定值時，信號閥2 關(guān)閉，氣封閥1 也相應(yīng)關(guān)閉。如儲罐內(nèi)壓力高于設(shè)定值時，儲罐上帶阻火器的泄壓閥(呼吸閥)5 打開，泄出罐內(nèi)氣體，使儲罐內(nèi)壓力降至設(shè)定值。為防止泄壓閥和(或)氣封裝置失靈而出現(xiàn)儲罐內(nèi)超壓或負壓情況，可采用液封和氣封裝置相結(jié)合的系統(tǒng)，其組成示意圖見圖2所示。

ZZYVP型帶指揮器調(diào)壓閥48.jpg

油品儲罐氮封氣封裝置計算選型分析氣封裝置配備液封的作用是:

(1) 當(dāng)泄壓閥失靈時，液封可起到呼出氣體的作用。即當(dāng)儲罐內(nèi)壓力超過設(shè)定值時，儲罐內(nèi)氣體可通過液封泄壓。

(2) 當(dāng)氣封裝置發(fā)生故障時，如儲罐內(nèi)壓力高于設(shè)定值時，可通過液封泄壓，減輕泄壓閥負荷。

(3) 當(dāng)泄壓閥和氣封裝置同時故障，而儲罐內(nèi)出現(xiàn)負壓時，可通過液封吸入空氣，保護儲罐不致變形損壞。

氮封系統(tǒng)09.jpg

3、油品儲罐氮封氣封裝置計算選型分析氣封供氣量計算

儲罐氣封裝置的供氣量應(yīng)大于或等于由于泵抽出儲罐內(nèi)儲存的液體所需的補充氣量與由于外界氣溫變化而產(chǎn)生的儲罐內(nèi)氣體冷凝和收縮所需補充的氣量之和。
(1) 泵抽出儲罐內(nèi)儲存的液體所需補充的氣量等于泵的最大輸出能力。
(2) 因氣溫變化而引起儲罐內(nèi)的氣體冷凝和收縮需補充的氣量，在美國石油學(xué)會標準API標準 2000《常壓和低壓儲罐的放空》中規(guī)定為：
a, 對容積≥3180m³的儲罐，這個氣量與儲罐外殼和罐頂?shù)谋砻娣e有關(guān)，每平方米罐外殼和罐頂表面積，每小時需補入0.6m³氣封氣；
b, 對容積<3180m³的儲罐，每立方米容積，每小時需補入 0.178m³氣封氣。
上述的氣量可以允許罐內(nèi)氣體每小時溫度變化 37.8°C，并且是偏于安全的。

(3) 將(1)(2)兩項所需氣量相加，即得氣封裝置所需氣封氣量。

根據(jù)上述氣封用氣量計算方法，使用Excel編寫了簡單的計算表格。

罐區(qū)呼吸閥廢氣計算的公式為：

Q=K×V×δ/T

其中，Q為排出空氣的流量，單位為m3/h；K為排氣系數(shù)；V為罐容積，單位為m3；δ為氣體密度，單位為kg/m3；T為排放時間，單位為h。

具體計算過程為，先根據(jù)呼吸閥的規(guī)格和使用條件確定排氣系數(shù)，然后根據(jù)罐容積和氣體密度計算排放空氣的體積，最后根據(jù)排放時間計算排放的流量。

ZZYVP型帶指揮器調(diào)壓閥堵塞52.jpg