氨水儲(chǔ)罐呼吸閥通氣量計(jì)算的探討

張士玲 徐金永

1. 中國(guó)化學(xué)工程第十四建設(shè)有限公司 江蘇 南京 210000

2. 通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)（青島）有限公司 山東 青島 266000

1 呼吸閥結(jié)構(gòu)及工作原理

呼吸閥是儲(chǔ)罐的一個(gè)重要安全附件，當(dāng)罐內(nèi)氣體的壓力超過(guò)呼吸閥的整定壓力值時(shí)，壓力閥頂開(kāi)，真空閥仍處于關(guān)閉狀態(tài)，罐內(nèi)上部氣體從罐內(nèi)呼出，使罐內(nèi)的壓力不再繼續(xù)增高；而當(dāng)罐內(nèi)氣體的真空度超過(guò)儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)真空度時(shí)，真空閥開(kāi)，壓力閥仍處于關(guān)閉狀態(tài)，吸入新鮮惰性氣體維持儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力平衡。

2 呼吸閥超壓/真空工況計(jì)算原理

2.1 超壓/真空的原因

在確定儲(chǔ)罐超壓或真空的可能原因時(shí)，應(yīng)考慮以下因素：

（1）由于液體從罐中最大流出速率而導(dǎo)致的正常吸入（液體轉(zhuǎn)移效應(yīng)）；

（2）由于蒸汽空間溫度的最大降低量（熱效應(yīng)）引起的蒸汽收縮或冷凝而導(dǎo)致的正常吸入；

（3）因液體流入罐內(nèi)最大速率而導(dǎo)致的正常呼氣，以及由此產(chǎn)生的最大汽化量（液體轉(zhuǎn)移效應(yīng)）；

（4）由于蒸汽空間溫度的最大增加量（熱效應(yīng)）引起的膨脹和汽化而導(dǎo)致的正常呼氣；

（5）火災(zāi)暴露引起的緊急排放。

在確定總的正常吸氣或呼氣時(shí)，至少應(yīng)考慮液體轉(zhuǎn)移效應(yīng)和熱效應(yīng)所導(dǎo)致的正常排氣的組合。

2.2 進(jìn)液和出液所需的流通能力

（1）呼氣

在儲(chǔ)罐蒸汽空間的實(shí)際壓力和溫度條件下，呼出的體積流量Vop應(yīng)通過(guò)以下公式給出：

式中：Vpf是揮發(fā)性液體的最大體積填充率，單位為m3/h。

（2）吸氣

吸氣通風(fēng)要求Vip（單位：m3/h），應(yīng)為儲(chǔ)罐的最大規(guī)定液體排放量，應(yīng)通過(guò)以下公式給出：

式中：Vpe是液體排出的最大速率，單位為m3/h。

3 因熱呼氣和熱吸入所需的流通能力

（1）熱呼氣

計(jì)算熱呼出量（即加熱時(shí)的最大熱流量）Vot，用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位表示：m3/h。

式中：

Y是緯度的一個(gè)因子（見(jiàn)表1）；

表1 不同緯度的Y系數(shù)

Vtk為儲(chǔ)罐容積，m3；

R i是保溫的降低因子（如果儲(chǔ)罐無(wú)保溫Ri＝1；如果儲(chǔ)罐部分保溫Ri=Rinp；如果儲(chǔ)罐全保溫Ri=Rin）；

1

式中：

ATTS是儲(chǔ)罐總表面積（外殼和頂部），m2；

Ainp是儲(chǔ)罐保溫表面積，m2。

式中：

h為內(nèi)部傳熱系數(shù)，單位為W/(m2·K)（典型儲(chǔ)罐此值可取通用數(shù)據(jù)4）；

lin為保溫層的壁厚，m；

λin為是保溫層的熱導(dǎo)率，W/(m2·K)。

（2）熱吸氣

計(jì)算熱吸入量（即冷卻時(shí)的最大熱流量）Vit，用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位表示：m3/h。

式中：

C是一個(gè)取決于蒸汽壓、平均儲(chǔ)存溫度和緯度的系數(shù)（見(jiàn)表2）；

表2 C系數(shù)

Vtk為儲(chǔ)罐容積，m3；

Ri是保溫的降低因子。

4 氨水儲(chǔ)罐呼吸閥PSV01 通氣量詳細(xì)計(jì)算

4.1 氨水儲(chǔ)罐流程簡(jiǎn)述

氨水回收系統(tǒng)的25%氨水經(jīng)母液泵P01送至氨水儲(chǔ)罐，氨水儲(chǔ)罐內(nèi)的氨水經(jīng)氨水泵P02送至下游使用單元；氨水儲(chǔ)罐常壓操作，物料溫度為50℃；氨水儲(chǔ)罐設(shè)有一個(gè)呼吸閥PSV01，維持罐內(nèi)壓力的穩(wěn)定。

4.2 超壓和真空工況確認(rèn)

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析（HAZOP）結(jié)果，依據(jù)API2000確認(rèn)的氨水儲(chǔ)罐超壓和真空工況及其原因描述如表3所示：

表3 超壓和真空工況及其原因

5 超壓/真空工況呼吸閥通氣量計(jì)算（采用API 2000—2014 的計(jì)算方法）

（1）超壓工況計(jì)算

呼吸閥呼出量：Q1=Vop+Vot

因?yàn)榘彼畠?chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)在5 0 ℃時(shí)的蒸氣壓大于5 k P a，所以采用公式（1）進(jìn)行計(jì)算Vop=2×Vpf=40m3/h

因?yàn)榘彼畠?chǔ)罐介質(zhì)貯存溫度>49℃，所以Vop需要轉(zhuǎn)換成標(biāo)態(tài)下的體積，氨水儲(chǔ)罐的呼吸閥呼出壓力

所以標(biāo)態(tài)下的

熱呼出量（即加熱時(shí)的最大熱流量）Vot采用公式（3）進(jìn)行計(jì)算：

因?yàn)榘彼畠?chǔ)罐全保溫設(shè)計(jì)，所以

氨水儲(chǔ)罐所在現(xiàn)場(chǎng)緯度為44.83，Y值取0.25；

液體轉(zhuǎn)移效應(yīng)和熱效應(yīng)所導(dǎo)致的呼吸閥總的呼出量為：

氨水儲(chǔ)罐詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 氨水儲(chǔ)罐詳細(xì)參數(shù)表

（2）真空工況計(jì)算明細(xì)

呼吸閥呼入量：Q2=Vip+Vit

因儲(chǔ)罐液體流出導(dǎo)致的呼吸閥呼入量Vip采用公式（2）進(jìn)行計(jì)算：

熱吸入量（即冷卻時(shí)的最大熱流量）Vit采用公式（6）進(jìn)行計(jì)算：

氨水儲(chǔ)罐所在現(xiàn)場(chǎng)緯度為44.83，氨水儲(chǔ)罐介質(zhì)貯存溫度>25℃，C值取5，

液體轉(zhuǎn)移效應(yīng)和熱效應(yīng)所導(dǎo)致的呼吸閥總n的呼入量為：

6 結(jié)論

根據(jù)以上分析及計(jì)算，氨水儲(chǔ)罐呼吸閥PSV01通氣量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5所示。

表5 氨水儲(chǔ)罐呼吸閥PSV01通氣量計(jì)算結(jié)果

氨水儲(chǔ)罐呼吸閥PSV01的最大呼出量為34.72 m3/h，最大吸入量為25.71m3/h。