储罐呼吸阀计算选型分析

储罐呼吸阀计算选型分析

呼吸阀是一种用于石油、化工、天然气等行业的低压保护设备，它可用来保持储罐压力始终处于正常状态，降低储罐内挥发性液体的蒸发损失，并保持储罐免受超压或超真空的破坏，对安全和环保均起到一定的促进作用。根据（ GB50160-2008）石油化工企业设计防火规范的规定，甲B、乙类液体的固定顶罐，应设置阻火器和呼吸阀。

一、储罐呼吸阀计算选型分析功能

呼吸阀在正常状态下只是保证储罐安全密闭，尽量减少储罐内介质的蒸发损耗。只有在下列非正常状态下呼吸阀才开始工作：

①当储罐进行介质收发作业时，罐内气体体积变化引起气体压力发生变化，呼吸阀即开始较大流量呼吸；

②由于外界环境影响，储罐内气体温度发生变化，引起罐内介质蒸汽压增高或降低(通称热效应)，呼吸阀开始小流量的呼吸；

③天气骤变或发生火灾等情况时，罐内温度短时间内迅速变化，引起储罐内气体压力急剧升高或降低，造成呼吸阀大流量呼吸。呼吸阀在各种工况下都应满足储罐呼吸所需的通气量，以确保储罐的安全。

二、储罐呼吸阀计算选型分析工作原理呼吸阀

是一种广泛应用在储罐顶部的通风装置，用来维持罐内外的气压平衡，通过控制储罐的呼出压力和真空度，防止由于真空度、压力超过允许值(负压和超压)而造成的储罐凹瘪与翘底，同时由于压力的控制，在一定程度上也减少了罐内介质的蒸发损耗。因此呼吸阀应该具有泄放正压和负压两方面功能，由正负压力决定或呼或吸。

1 呼吸阀的作用原理

呼吸阀由压力阀和真空阀组成，安装于常压或低压储罐上，能随罐内正负压变化而自动启闭，使罐内外气压差保持在允许值范围内。呼吸阀能够维护储罐气压平衡，充分利用储罐本身的承压能力来减少介质排放，利用正负压阀盘的重量来控制储罐的排气正压和吸气负压。当罐内介质的压力在呼吸阀的控制操作压力范围之内时，呼吸阀不工作，保持罐的密闭性；当向罐内补充介质，使罐内上部气体空间的压力升高，达到呼吸阀的操作正压时，压力阀被顶开，气体从呼吸阀呼出口逸出，使罐内压力不再继续增高；当向罐外抽出介质，使罐内上部气体空间的压力下降，达到呼吸阀的操作负压时，罐外的大气将呼吸阀的负压阀盘顶开，外界气体进入罐内，使罐内的压力不再继续下降，罐内与罐外的气压平衡，从而保护了储罐。简言之，呼吸阀能够在泵注入、抽出介质或热交换的条件下提供压力或真空泄放，从而防止储罐破裂或被抽瘪。

2 产生超压和真空的原因

只有正确的确定呼吸阀的呼吸量，才能选择合适的呼吸阀。呼吸阀的设计计算通常依据 API2000常压储罐和低压储罐的泄放。确定呼吸量应首先对储罐可能引起超压和真空的工况逐一进行分析，可分为正常操作，非正常工况和事故工况。

3 呼吸量的确定

呼吸阀适用于操作压力从真空～ 0.1MPa(G)的地上液体石油储罐或石油产品储罐以及地上、地下低温储罐。该类储罐进出物料以及热效应所引起的呼吸气量见表2和表3，遭遇火灾时，储罐的紧急排放量按表4的规定或由计算公式得出。

4 储罐呼吸阀计算选型分析的选用

根据 SH/T3007-2014石油化工储运系统罐区设计规范，及SY/T0511.1-2010石油储罐附件第1部分：呼吸阀中的规定，呼吸阀规格尺寸的选用原则如下。

（ 1）参照规范，按照呼吸阀的通气量来选择呼吸阀的规格尺寸及数量。

（ 2）对照呼吸阀制造厂家提供的各种规格的呼吸阀在各种压力等级下呼出或吸入的性能曲线，选用呼吸阀规格尺寸。

（ 3）呼吸阀的起跳压力应低于该呼吸阀所在储罐的设计压力，从而保护储罐不受损坏，但应高于该储罐的操作压力，以确保储罐的正常操作。

当储罐承受正压时，呼吸阀打开呼出气体泄放正压；当储罐承受负压时，呼吸阀打开吸入气体泄放负压。由此在一定的压力范围内确保储罐安全。按工作原理可将呼吸阀分为重力加载式、弹簧式呼吸阀和先导式呼吸阀3种。

储罐呼吸阀计算选型分析

1.重力加载式呼吸阀

重力式呼吸阀是靠阀盘本身的重量与罐内外压差产生的上举力相平衡而工作的

阀盘所受的总外力为△F，F为阀盘本身的重力G，上举力为πD2(P2-P1)／4。

1)当阀盘本身的重力与上举力相等，呼吸阀呼出阀盘与呼出口阀座严密配合，吸入阀盘与吸入口阀座严密配合，此时阀盘所受总外力△F=G-πD2(P2-P1)／4。

2)当储罐内产生大于设定压力的超压时，罐内高压直接作用于呼出口阀盘下方，并克服阀盘重力以及作用于阀盘上的大气压力，从而打开呼出口阀盘排出罐内过高气压，使罐内压力与大气压力保持平衡。此时阀盘所受的总外力△F=G-πD2(P2-P1)／4>0。

3)当储罐内产生小于设定压力的负压时，大气压力直接作用于吸入口阀盘下方，并克服阀盘重力以及作用于阀盘上方的罐内压力，从而打开吸入口阀盘向储罐内补充压力，使罐内压力与大气压力保持平衡。此时阀盘所受总外力△F=G-πD2(P2-P1)／4<0。

2.弹簧式呼吸阀

弹簧式呼吸阀是依靠弹簧的形变力与罐内外的压力差产生的推力相平衡而工作的

弹簧式呼吸阀具体工作原理与重力式呼吸阀类似，阀盘所受的总外力和上举力仍为△F和πD2(P2-P1)／4，但此时控制力F变为弹簧的形变力，并且可以通过改变弹簧的预压长度来调节控制力F。

3.储罐呼吸阀计算选型分析先导式呼吸阀

先导呼吸阀是用导阀来控制主阀的，该导阀采用薄膜式结构，薄膜面积大，故在很低的工作压力下仍可达到一定的作用力来控制主阀的动作。此外在导阀开启前，主阀不受控制流的作用，关闭严密，故先导式呼吸阀可以达到气泡级密封。

1)在正常工作情况下，作用在主阀膜片上的压力P2与作用在导阀膜片上的压力P1是相同的，主阀处于关闭状态，而导阀弹簧载荷大于导阀膜片上向上的作用力，使导阀也处于关闭状态。由于导阀的膜片面积S1大于主阀的膜片面积S2，因此阀门的关闭力F=P1S1-P2S2。而且随着阀前压力的增大，阀门关闭力增加，阀的密封性更佳。

2)当储罐内压力大于设定压力时，作用在导阀膜片上向上的作用力刚好超过导阀弹簧载荷。此时，导阀阀座稍微开启，封闭在主阀内的气体通过导阀迅速排出，使主阀气室内的压力P1降低。此时作用在主阀膜片上的压力P2>P1，使主阀打开，储罐内的超压得到泄放。

3)通过主阀的流体继续流动，直到罐内压力小于设定压力时，作用在导阀膜片上的作用力小于导阀的弹簧载荷，导阀被关闭。储罐内的气体通过导管进入主阀气室，使压力P2=P1，主阀关闭，重新回到正常状态。

4)当储罐内压力处于负压状态时，操作原理基本与正压泄压相同。在关闭情况下，P1为大气压力存在于主阀气室内，而作用在主阀膜片上的压力P2为负压，阀门的关闭力F=P1S1-P2S2，使主阀关闭。在设定点上，导阀开启，把主阀气室内的压力通过导管送到进口负压处。当部分负压在气室内形成时，外部的大气压力致使主阀开启，并在阀内形成气流，从而消除储罐的负压状态。*后大气压力通过导管进入主阀气室使主阀关闭。

5储罐呼吸阀计算选型分析 结论

呼吸阀是常压、低压储罐中安全附件。通过计算呼吸阀的呼吸量，进而确定呼吸阀的规格和数量。