油品儲(chǔ)罐氮封氣封裝置計(jì)算選型分析

一、油品儲(chǔ)罐氮封氣封裝置計(jì)算選型分析概述

在油品儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)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(shí)，需要進(jìn)行廢氣計(jì)算，以確保排放的氣體符合環(huán)保要求和安全標(biāo)準(zhǔn)，避免對(duì)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(hù)設(shè)備，它可用來(lái)保持儲(chǔ)罐壓力始終處于正常狀態(tài)，降低儲(chǔ)罐內(nèi)揮發(fā)性液體的蒸發(fā)損失，并保持儲(chǔ)罐免受超壓或超真空的破壞，對(duì)安全和環(huán)保均起到一定的促進(jìn)作用。根據(jù)（GB50160-2008）石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范的規(guī)定，甲B、乙類(lèi)液體的固定頂罐，應(yīng)設(shè)置阻火器和呼吸閥。

1 油品儲(chǔ)罐氮封氣封裝置計(jì)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(chǔ)罐上，能隨罐內(nèi)正負(fù)壓變化而自動(dòng)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(hù)儲(chǔ)罐氣壓平衡，充分利用儲(chǔ)罐本身的承壓能力來(lái)減少介質(zhì)排放，利用正負(fù)壓閥盤(pán)的重量來(lái)控制儲(chǔ)罐的排氣正壓和吸氣負(fù)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(shí)，呼吸閥不工作，保持罐的密閉性；當(dāng)向罐內(nèi)補(bǔ)充介質(zhì)，使罐內(nèi)上部氣體空間的壓力升高，達(dá)到呼吸閥的操作正壓時(shí)，壓力閥被頂開(kāi)，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(dá)到呼吸閥的操作負(fù)壓時(shí)，罐外的大氣將呼吸閥的負(fù)壓閥盤(pán)頂開(kāi)，外界氣體進(jìn)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(hù)了儲(chǔ)罐。簡(jiǎn)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(chǔ)罐破裂或被抽癟。

2 油品儲(chǔ)罐氮封氣封裝置計(jì)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(jì)計(jì)算通常依據(jù)API2000常壓儲(chǔ)罐和低壓儲(chǔ)罐的泄放。確定呼吸量應(yīng)首先對(duì)儲(chǔ)罐可能引起超壓和真空的工況逐一進(jìn)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(fù)壓變化而自動(dòng)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(dá)到一定壓力時(shí)，進(jìn)行呼或吸；另一種是設(shè)計(jì)成純粹只呼不吸，可以理解為用兩個(gè)適當(dāng)壓力的單向閥代替。二種呼吸閥類(lèi)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(shí)，氣體便經(jīng)過(guò)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(lái)減少油蒸氣排放，其原理是利用閥盤(pán)的重量來(lái)控制油罐的呼氣正壓和吸氣負(fù)壓。當(dāng)罐內(nèi)氣體的壓力在機(jī)械呼吸閥的控制壓力范圍之內(nèi)時(shí)，呼吸閥不動(dòng)作，保持油罐的密閉性；當(dāng)罐內(nèi)氣體空間的壓力升高，達(dá)到呼吸閥的控制正壓時(shí)，壓力閥被頂開(kāi)，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(dá)到呼吸閥的控制負(fù)壓時(shí)，罐外的大氣將頂開(kāi)真空閥而進(jìn)入罐內(nèi)，使罐內(nèi)的壓力不再繼續(xù)下降。

二、油品儲(chǔ)罐氮封氣封裝置計(jì)算選型分析計(jì)算公式

1、油品儲(chǔ)罐氮封氣封裝置計(jì)算選型分析氣封裝置的作用

1.1 為防止儲(chǔ)罐內(nèi)物料因與進(jìn)入的外界氣體(空氣)接觸而被污染變質(zhì)或與外界進(jìn)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(chǔ)罐內(nèi)維持一定壓力(正壓)，防止儲(chǔ)罐內(nèi)物料與外界氣體接觸。

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

1.3 常用的氣封氣有氮?dú)狻⑷剂蠚狻⑻烊粴獾龋瑲夥鈿獾倪x擇應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)存物料的性質(zhì)、氣封氣是否易于獲得及其經(jīng)濟(jì)性來(lái)決定。

2、油品儲(chǔ)罐氮封氣封裝置計(jì)算選型分析氣封裝置的組成

      氣封裝置見(jiàn)圖1所示。它由氣封閥(又稱(chēng)主閥)、信號(hào)閥(又稱(chēng)控制閥)、減壓閥和針形閥等四部分組成。
      儲(chǔ)罐內(nèi)壓力低于設(shè)定值時(shí)，信號(hào)閥2 打開(kāi)，氣封閥1 也相應(yīng)打開(kāi)。高壓氣封氣經(jīng)氣封閥1 減壓后進(jìn)入儲(chǔ)罐內(nèi)，使儲(chǔ)罐內(nèi)壓力逐漸回復(fù)到設(shè)定值，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，信號(hào)閥2 關(guān)閉，氣封閥1 也相應(yīng)關(guān)閉。如儲(chǔ)罐內(nèi)壓力高于設(shè)定值時(shí)，儲(chǔ)罐上帶阻火器的泄壓閥(呼吸閥)5 打開(kāi)，泄出罐內(nèi)氣體，使儲(chǔ)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(chǔ)罐內(nèi)超壓或負(fù)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(jiàn)圖2所示。

油品儲(chǔ)罐氮封氣封裝置計(jì)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(shí)，液封可起到呼出氣體的作用。即當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)，儲(chǔ)罐內(nèi)氣體可通過(guò)液封泄壓。

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

(3) 當(dāng)泄壓閥和氣封裝置同時(shí)故障，而儲(chǔ)罐內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，可通過(guò)液封吸入空氣，保護(hù)儲(chǔ)罐不致變形損壞。

3、油品儲(chǔ)罐氮封氣封裝置計(jì)算選型分析氣封供氣量計(jì)算

      儲(chǔ)罐氣封裝置的供氣量應(yīng)大于或等于由于泵抽出儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存的液體所需的補(bǔ)充氣量與由于外界氣溫變化而產(chǎn)生的儲(chǔ)罐內(nèi)氣體冷凝和收縮所需補(bǔ)充的氣量之和。
(1) 泵抽出儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存的液體所需補(bǔ)充的氣量等于泵的最大輸出能力。
(2) 因氣溫變化而引起儲(chǔ)罐內(nèi)的氣體冷凝和收縮需補(bǔ)充的氣量，在美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API標(biāo)準(zhǔn) 2000《常壓和低壓儲(chǔ)罐的放空》中規(guī)定為：
    a, 對(duì)容積≥3180m³的儲(chǔ)罐，這個(gè)氣量與儲(chǔ)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(shí)需補(bǔ)入0.6m³氣封氣；
    b, 對(duì)容積<3180m³的儲(chǔ)罐，每立方米容積，每小時(shí)需補(bǔ)入 0.178m³氣封氣。
上述的氣量可以允許罐內(nèi)氣體每小時(shí)溫度變化 37.8°C，并且是偏于安全的。

(3) 將(1)(2)兩項(xiàng)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(jì)算方法，使用Excel編寫(xiě)了簡(jiǎn)單的計(jì)算表格。

罐區(qū)呼吸閥廢氣計(jì)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(shí)間，單位為h。

具體計(jì)算過(guò)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(jì)算排放空氣的體積，最后根據(jù)排放時(shí)間計(jì)算排放的流量。

三、油品儲(chǔ)罐氮封氣封裝置計(jì)算選型分析注意事項(xiàng)

進(jìn)行罐區(qū)呼吸閥廢氣計(jì)算時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

1. 罐區(qū)呼吸閥的規(guī)格和使用條件可能影響排氣系數(shù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定。

2. 廢氣計(jì)算需要進(jìn)行氣體密度的測(cè)算或查詢(xún)相關(guān)資料，確保計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。

3. 罐區(qū)呼吸閥廢氣計(jì)算應(yīng)根據(jù)不同時(shí)間段進(jìn)行，以考慮不同氣象條件和排放標(biāo)準(zhǔn)的影響。

四、油品儲(chǔ)罐氮封氣封裝置計(jì)算選型分析實(shí)際案例

以某石油儲(chǔ)存企業(yè)為例，該企業(yè)使用直立式罐，有效容積為200m3，使用3英寸呼吸閥，氣體排放標(biāo)準(zhǔn)為SO2排放濃度不超過(guò)0.2mg/m3。

根據(jù)該企業(yè)實(shí)際情況，確定排氣系數(shù)為0.05，氣體密度為1.3kg/m3，排放時(shí)間為8小時(shí)。帶入公式，可得排放流量為：

Q=0.05×200×1.3/8=1.63m3/h

該企業(yè)在排放廢氣時(shí)，應(yīng)監(jiān)測(cè)SO2排放濃度，確保符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

五、油品儲(chǔ)罐氮封氣封裝置計(jì)算選型分析總結(jié)

罐區(qū)呼吸閥廢氣計(jì)算是重要的安全措施，企業(yè)應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行，并按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定進(jìn)行廢氣排放。本文介紹了計(jì)算公式和注意事項(xiàng)，并提供了實(shí)際案例，希望對(duì)讀者有所幫助。