油罐呼吸閥的選用和維護(hù)保養(yǎng)

馬登華，王勇平(中國石油玉門油田煉油化工總廠，甘肅 酒泉 735200)

0 引言

儲罐是石油化工行業(yè)重要的存儲設(shè)備，由于存儲介質(zhì)往往都有易燃易爆特性，發(fā)生事故后產(chǎn)生的能量大，破壞強，不但給企業(yè)造成巨大損失，而且對環(huán)境的損害也非常大。儲罐安全附件的正確選用和管理，是控制風(fēng)險，保障安全的可靠手段。根據(jù)GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》6.2.19條規(guī)定：“甲B、乙類液體的固定頂罐應(yīng)設(shè)阻火器和呼吸閥”。

1 呼吸閥的作用和原理

1.1 呼吸閥的作用

存儲甲B和乙類(按火災(zāi)危險性分類)輕質(zhì)油品的拱頂罐是可以承受微正壓和微負(fù)壓的密閉容器。由于環(huán)境溫度變化會引起油罐內(nèi)氣相空間壓力的變化，導(dǎo)致儲罐內(nèi)壓力上升或者下降，稱之為“小呼吸”。在日常收發(fā)油作業(yè)過程中，隨著儲罐內(nèi)油品液位的上升和下降，儲罐內(nèi)氣相壓力會有明顯變化，稱之為“大呼吸”。呼吸閥的作用就是在儲罐內(nèi)壓力變化時及時“呼”和“吸”，保證儲罐內(nèi)氣相壓力在一定范圍內(nèi)，避免壓力過大引起儲罐鼓包，或者壓力過低導(dǎo)致儲罐抽癟。呼吸閥所控制的一定壓力范圍避免了油氣和空氣隨意進(jìn)出，既減少了油氣損耗，又降低了有毒有害氣體對環(huán)境的污染[1]。

1.2 呼吸閥的動作原理

呼吸閥一般垂直安裝在儲罐的頂部。它是利用呼氣閥盤的重量來控制罐內(nèi)的正壓力，利用吸氣閥盤的重量控制罐內(nèi)的真空度。當(dāng)儲罐內(nèi)氣相壓力大于允許最高工作壓力值時，呼氣閥盤被頂開，混合油氣向外逸出(呼出)，罐內(nèi)壓力不再升高。當(dāng)儲罐內(nèi)氣相壓力(真空度)小于允許最低工作壓力時，真空閥盤被頂開，空氣向罐內(nèi)補充(吸入)，維持罐內(nèi)壓力平衡。呼吸閥的兩種作用情況如圖1和圖2所示。

1.3 呼吸閥的結(jié)構(gòu)

呼吸閥為呼氣閥和吸氣閥并為一體后的總稱，主要有閥體、閥盤、閥座、閥桿、導(dǎo)向套等組成。呼吸閥的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。圖中所示呼吸閥呼氣端與吸氣端為同軸結(jié)構(gòu)，呼氣端與吸氣端也可為并列結(jié)構(gòu)。呼吸閥的開啟壓力取決于閥盤的重量[2]。

圖1 罐內(nèi)壓力大于大氣壓時的工作狀態(tài)

圖2 罐內(nèi)壓力小于大氣壓時的工作狀態(tài)

1.4 呼吸閥型號表示方法

GF(呼吸閥規(guī)格)×(產(chǎn)品型式代號)×××(公稱直徑)- ×(開啟壓力等級代號)

舉例：開啟壓力為+355～-295 Pa，公稱通徑為50 mm全天候呼吸閥表示為：GFQ50-A。

2 呼吸閥的選用

呼吸閥的選擇事關(guān)儲罐運行安全，在選擇儲罐呼吸閥時要考慮呼吸閥的使用溫度，工作壓力，通氣量等因素。

2.1 呼吸閥的適用溫度

由于呼吸閥的閥盤在低溫狀態(tài)下存在凍結(jié)風(fēng)險，如果選用不當(dāng)可能在儲罐需要“呼吸”時閥盤不能打開，導(dǎo)致儲罐超壓鼓包或真空抽癟，所以首先要選用適合環(huán)境條件的呼吸閥。通常溫度低于0 ℃的地區(qū)需要選用全天候呼吸閥(適用操作溫度-30～60 ℃)，其他地區(qū)可以選用普通型呼吸閥(適用操作溫度0～60 ℃)。全天候呼吸閥發(fā)盤和閥座密封部位以及導(dǎo)向襯套和閥桿襯套應(yīng)采用聚四氟乙烯樹脂材料；普通型呼吸閥上述部位無需增設(shè)聚四氟乙烯材料接觸面，啟發(fā)做客采用鋁合金鑄件。

2.2 呼吸閥的適用壓力

呼吸閥閥體在出廠前必須完成水壓實驗，實驗液體為5～35 ℃潔凈水，實驗壓力0.2 MPa，保壓時間10 min，無滲漏和變形。呼吸閥閥盤的開啟壓力必須小于儲罐設(shè)計壓力，并按照表1選用。開啟壓力不應(yīng)大于表中的規(guī)定值，其允許偏差為：正壓-20～0 Pa；負(fù)壓0～20 Pa。要求閥盤的開啟高度不應(yīng)小于呼吸閥工稱直徑的0.3倍。

表1 呼吸閥的開啟壓力分級表

2.3 呼吸閥的規(guī)格及通氣量

呼吸閥通氣量確定是呼吸閥選擇的關(guān)鍵，通氣量過大，閥體就大既會造成浪費，又會增加罐頂負(fù)荷；通氣量過小，在儲罐“呼吸”時不能滿足需要，會造成儲罐超壓鼓包變形或真空抽癟。影響呼吸閥通氣量的因素主要有環(huán)境溫度變化，介質(zhì)揮發(fā)性、閃點，最大收發(fā)油速度和儲罐容積、事故狀態(tài)下的溫度變化等多個方面。具體計算參照GB 50341—2003，計算結(jié)果如表2所示。

表2 呼吸閥的規(guī)格與通氣量

呼吸閥安裝在儲罐頂部，靜電和雷電都有引燃呼吸口的可能，為此呼吸閥必須和阻火器配套使用，SH/T 3007—2014第5.1.9有明確要求。GB 5908—2005規(guī)定阻火器的通氣量應(yīng)與呼吸閥一致。呼吸閥的規(guī)格應(yīng)按照確定的通氣量或通氣量曲線來選定，當(dāng)缺乏呼吸閥通氣量曲線時，可按照SH/T 3007—2014第5.17確定。

3 呼吸閥常見故障分析

呼吸閥在使用過程中如果不及時檢查和維護(hù)保養(yǎng)，在一定條件下可能失效，導(dǎo)致油罐呼吸閥達(dá)到工作壓力時不能動作，造成油罐超壓(大于正壓，小于負(fù)壓)，引發(fā)憋罐鼓包或真空吸癟事故，造成油罐損壞引發(fā)安全事故。常見故障及原因分析如下：

漏氣：一般發(fā)生在法蘭連接處和閥座密封面處，法蘭連接處泄漏主要發(fā)生原因是墊片尺寸選用不合適，緊固不均勻；閥座密封面泄漏主要是因為密封面銹蝕、積碳堆積、劃傷接觸面，閥盤或閥座變形以及閥盤導(dǎo)桿受力傾斜等原因造成。漏氣不會引發(fā)憋壓或真空，但會導(dǎo)致油氣損失加大。

堵塞：一般發(fā)生在和呼吸閥配合使用的阻火器上。主要是因為呼吸閥和阻火器維護(hù)保養(yǎng)不到位，致使灰塵和油氣形成的油泥、銹渣等雜物沉積于阻火器通氣孔內(nèi)逐步堵塞。通氣口護(hù)網(wǎng)破損情況下，蜂或鳥在呼吸閥口筑巢也可能引起呼吸閥堵塞。呼吸閥堵塞會導(dǎo)致呼吸閥呼吸量下降。

黏接卡死：一般發(fā)生在閥盤和閥座之間及閥桿和導(dǎo)向槽之間。普通型呼吸閥閥體黏結(jié)主要是因為油蒸氣引發(fā)積碳或形成膠質(zhì)，并與沉積于閥盤、閥座、導(dǎo)桿上的塵土等雜物混合沉積，久而久之使閥盤與閥座或?qū)U粘結(jié)在一起，引起閥盤超重。全天候呼吸閥閥桿外包裹的聚四氟乙烯襯套老化膨脹會導(dǎo)致閥桿和護(hù)套黏結(jié)卡死。

凍結(jié)：主要發(fā)生在氣溫低于0 ℃的北方地區(qū)。因為氣溫變化，空氣中的水分在環(huán)境溫度低于露點時會在呼吸閥的閥盤、閥座和導(dǎo)桿等部位凝結(jié)，條件允許時就會結(jié)冰凍結(jié)，導(dǎo)致呼吸閥閥不能工作。

4 呼吸閥的維護(hù)保養(yǎng)

呼吸閥和阻火器的維護(hù)保養(yǎng)同時進(jìn)行。為了確保呼吸閥和阻火器的可靠好用，在安裝呼吸閥和阻火器前，必須認(rèn)真閱讀廠家提供的說明書，并仔細(xì)核對設(shè)定壓力和通徑與所裝儲罐的設(shè)計要求是否一致。在使用過程中，呼吸閥必須定期檢查和維護(hù)保養(yǎng)。

4.1 定期檢查維護(hù)要求

呼吸閥和阻火器每月必須檢查一次呼吸情況并作好記錄。每季度需要打開維護(hù)保養(yǎng)一次。

4.2 維護(hù)保養(yǎng)方法

(1)將閥蓋輕輕打開(閥蓋和閥盤之間有導(dǎo)電游絲，避免動作過大損壞游絲)，把真空閥盤和正壓閥盤取出，檢查閥盤與閥座密封處有無油污和臟物，如出現(xiàn)油污和臟物應(yīng)清除干凈。閥盤導(dǎo)桿與導(dǎo)桿套必須光潔，活動靈活。閥盤和閥體(閥蓋)之間的導(dǎo)電游絲必須完好。(2)檢查正常后，按順序恢復(fù)各部件，緊固好閥蓋螺栓。(3)如果閥盤有機械損傷導(dǎo)致密封損壞或閥盤重量改變等現(xiàn)象，應(yīng)更換閥盤或整改密封面，以確保呼吸閥滿足生產(chǎn)需要。(4)檢查波紋阻火層(一般為雙層)是否堵塞、變形，框架是否腐蝕。(5)使用煤油浸泡、蒸汽吹掃等方法清洗疏通被堵塞的阻火層波紋孔，保證每個孔眼暢通，通氣量不足或變形嚴(yán)重的阻火器要及時更換。(6)阻火器保養(yǎng)后按順序回裝固定。如果呼吸閥和阻火器為分體式，要確保鏈接法蘭等電位連接。

5 結(jié)語

為了避免呼吸閥失效后儲罐發(fā)生事故，近幾年各企業(yè)采用呼吸閥和液壓安全閥配套使用的方案。一般液壓安全閥動作的壓力高于呼吸閥動作壓力的5%～10%。隨著環(huán)保要求的進(jìn)一步提高，油品儲罐逐步采取氮封保護(hù)措施，避免油氣泄漏，呼吸閥也進(jìn)一步發(fā)展為和呼吸人孔配套使用。