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化工儲(chǔ)罐呼吸閥技術(shù)規(guī)范

常壓、低壓儲(chǔ)罐在流程工業(yè)中扮演著重要角色。然而，這些儲(chǔ)罐在使用過程中常常面臨挑戰(zhàn)，如儲(chǔ)罐內(nèi)液面的變化、外界溫度的波動(dòng)等，這些因素會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)氣體膨脹或收縮，進(jìn)而引發(fā)儲(chǔ)罐內(nèi)氣相壓力的波動(dòng)。這種壓力波動(dòng)若不及時(shí)控制，可能會(huì)使儲(chǔ)罐陷入超壓或真空的失穩(wěn)狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)甚至可能造成儲(chǔ)罐鼓脹或癟塌。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，工藝設(shè)計(jì)中通常采取一項(xiàng)關(guān)鍵措施：在罐頂安裝呼吸閥。呼吸閥通過其的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，能夠有效地維持儲(chǔ)罐的氣壓平衡。其內(nèi)部實(shí)質(zhì)上包含一個(gè)壓力閥盤和一個(gè)真空閥盤，這兩個(gè)閥盤可并排或重疊布置。當(dāng)儲(chǔ)罐壓力與大氣壓力保持一致時(shí)，這兩個(gè)閥盤與閥座緊密結(jié)合，利用閥座邊上的密封結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的“吸附"效應(yīng)，確保緊密不漏。而當(dāng)壓力或真空度發(fā)生變化時(shí)，閥盤會(huì)相應(yīng)開啟，但“吸附"效應(yīng)仍會(huì)發(fā)揮作用，保持優(yōu)良的密封性能。通過這種方式，呼吸閥能夠有效地保護(hù)儲(chǔ)罐安全，減少物料的揮發(fā)和損耗，同時(shí)也有助于安全和環(huán)保。

當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力逐漸升高，達(dá)到設(shè)定的定壓值時(shí)，壓力閥會(huì)自動(dòng)打開，允許罐內(nèi)的氣體通過呼氣閥（即壓力閥）側(cè)排入到外界的大氣中。此時(shí)，由于罐內(nèi)正壓的作用，真空閥則保持關(guān)閉狀態(tài)。相反，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力下降到某一特定的真空度時(shí)，大氣壓的正壓會(huì)使真空閥打開，外界的空氣通過吸氣閥（即真空閥）側(cè)進(jìn)入罐內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)充。在這一過程中，壓力閥則保持關(guān)閉。需要強(qiáng)調(diào)的是，在任何時(shí)間點(diǎn)，壓力閥和真空閥都不會(huì)同時(shí)處于開啟狀態(tài)。一旦罐內(nèi)的壓力或真空度恢復(fù)到正常的操作壓力范圍，壓力閥和真空閥將自動(dòng)關(guān)閉，從而停止呼氣或吸氣的過程。

化工儲(chǔ)罐呼吸閥技術(shù)規(guī)范的作用及工作原理

呼吸閥在儲(chǔ)罐中扮演著重要的角色。它不僅在正常狀態(tài)下起到密封作用，還在多種情況下發(fā)揮其的功能。具體來說，當(dāng)儲(chǔ)罐向外輸出物料時(shí)，呼吸閥會(huì)開始向罐內(nèi)吸入空氣或氮?dú)猓_保罐內(nèi)壓力的穩(wěn)定。同樣，當(dāng)向儲(chǔ)罐內(nèi)灌裝物料時(shí)，呼吸閥則負(fù)責(zé)將罐內(nèi)多余的氣體呼出，以維持罐內(nèi)的平衡。此外，由于氣候變化或物料蒸汽壓的改變，呼吸閥會(huì)相應(yīng)地呼出蒸汽或吸入空氣，這種通常被稱為熱效應(yīng)的現(xiàn)象，有助于防止儲(chǔ)罐因壓力變化而受損。另外，在發(fā)生火災(zāi)等緊急情況下，呼吸閥會(huì)迅速向罐外呼出氣體，以避免儲(chǔ)罐因超壓而破裂?？傊粑y的這些功能都是為了確保儲(chǔ)罐的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

治理是罐區(qū)安全和環(huán)保的重要一環(huán)，特別是涉及到易燃易爆介質(zhì)的儲(chǔ)罐，在VOCs治理過程中能不能實(shí)現(xiàn)工藝和設(shè)備的雙重防護(hù)呢，答案是肯定的，設(shè)備本體的防爆選型是一個(gè)要素，在流體輸送的管線上安裝則是另一個(gè)的要素，本文就重點(diǎn)講述一下阻火器在罐區(qū)VOCs治理工藝中到底該如何選型和布置。

化工儲(chǔ)罐呼吸閥技術(shù)規(guī)范

為了條例清晰，我們將按照工藝流程的上下游順序來進(jìn)行依次論述。 首先我們從罐頂開始吧，在罐頂上一般會(huì)布置這么幾個(gè)出口，對空的呼吸閥口，氣相連通管口，氣相平衡管口，氣相回收管口，不帶呼吸閥的排放管口，用于氮封的管口，用于檢修時(shí)惰性氣體置換的排空管口，當(dāng)然對于某個(gè)罐來說，不一定全部都有上述幾個(gè)管口，每種管口在數(shù)量上也不一定只有一個(gè)，這些都是根據(jù)容量和工藝要求進(jìn)行設(shè)置的。那么在標(biāo)準(zhǔn)中，對于上述管口的阻火器設(shè)置是怎么規(guī)定的呢？我們先來看看《 壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 第6部分：安全防護(hù)》中第5.2條的相關(guān)規(guī)定：“下列設(shè)備和管道系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置阻火器：a）可燃液體常壓儲(chǔ)罐，以及液態(tài)烴、LNG等低溫儲(chǔ)罐的通氣口和呼吸閥進(jìn)、出口及其氣相連通管；"我們接著再看《 石油化工石油氣管道阻火器選用、檢驗(yàn)及驗(yàn)收》第5章的規(guī)定：“5.0.1 當(dāng)有爆炸性混合物存在的可能且無其他防止火焰?zhèn)鞑サ脑O(shè)施時(shí)，下列管道系統(tǒng)和容器應(yīng)設(shè)置阻火器：b）具有爆炸性氣體的儲(chǔ)罐或容器氣相空間的開放式通氣管；c）甲B、乙類液體儲(chǔ)罐之間氣相連通管道的分支管道，儲(chǔ)罐頂部油氣排放管道的集合管；5.0.3 可燃性氣體管道、油罐、容器等上面用于檢修時(shí)惰化置換的排氣管，以及正常操作期間保持關(guān)閉的泄壓或排放管等可不設(shè)置阻火器"最后我們看一下《 石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.1.9條的規(guī)定：“下列儲(chǔ)罐通向大氣的通氣管或呼吸閥上應(yīng)安裝阻火器：a）儲(chǔ)存甲B、乙、丙A類液體的固定頂儲(chǔ)罐和地上臥式儲(chǔ)罐；b）儲(chǔ)存甲B、乙類液體的覆土臥式儲(chǔ)罐；c）采用氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)的儲(chǔ)罐；d）內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐罐頂中央通氣管；"

化工儲(chǔ)罐呼吸閥技術(shù)規(guī)范

參考上述文字的紅色加粗部分，基本上規(guī)定了需要安裝阻火器的范圍了，那么在設(shè)計(jì)中針對上述范圍，該怎么進(jìn)行阻火器選型和布置呢，我就按照安裝位置和阻火器類型進(jìn)行逐項(xiàng)分述。

（1）對于排空的管口（包含帶呼吸閥的），此處安裝阻火器的目的是阻火外部的火焰或爆炸進(jìn)入儲(chǔ)罐內(nèi)，所以阻火器緊貼在罐口安裝，然后連接呼吸閥或管道，此處采用管端型阻火器，類型為阻爆燃型，耐燒測試需滿足2小時(shí)以上。呼吸閥由于是對空排放，故呼吸閥出口無須安裝阻火器。呼吸閥的進(jìn)口如果也是對空的，那么進(jìn)口也無須安裝阻火器，如下圖。

（2）氣相連通管道 上的阻火器采用管道型阻火器，且需具有雙向阻火功能，安裝位置緊鄰罐口安裝，且所連通的每個(gè)罐頂都需要安裝一個(gè)。當(dāng)潛在火源的距離無法確定時(shí)，需選擇非穩(wěn)態(tài)爆轟型阻火器。另外雖然制造商提供了法蘭面至潛在火源的距離參數(shù)，但由于試驗(yàn)工況和真實(shí)工況的差異，不建議安裝穩(wěn)態(tài)爆轟型阻火器。

（3）氣相平衡管線一般用于兩個(gè)罐之間進(jìn)行物料倒罐時(shí)的氣相連通，故其阻火器設(shè)置基本上與氣相連通管道類似，不再敘述。

（4）氣體回收管口，如果是單個(gè)儲(chǔ)罐的氣體回收管線，只需要在罐口安裝管道型且需滿足雙向阻火功能。如果是多個(gè)儲(chǔ)罐的氣體回收管線，那么每個(gè)罐的罐口都需要安裝一個(gè)非穩(wěn)態(tài)爆轟阻火器（油氣集合管道系統(tǒng)的分支管道）。一般罐頂?shù)臍怏w回收管線都是帶單呼閥的，故此時(shí)的阻火器安裝位置可以選在罐口位置或者單呼閥的出口位置，類型選擇具有雙向阻火功能的非穩(wěn)態(tài)爆轟阻火器。

當(dāng)然在國外工程公司設(shè)計(jì)的案例中，也出現(xiàn)過在罐頂?shù)臍怏w回收管線帶呼吸閥的，此處的呼吸閥的進(jìn)口是對空的，其主要目的是為了確保一旦罐內(nèi)氣相空間出現(xiàn)負(fù)壓的情況，緊急平衡壓力用的（如下圖）。

（5）氮封管線一般直接與罐頂管口相連，關(guān)于氮封管線上是否需要設(shè)置阻火器，我在標(biāo)準(zhǔn)中并沒有找到明確的說法。在實(shí)際的實(shí)踐中，也沒有遇到過氮封管線安裝阻火器的實(shí)例，下圖是韓國設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)的氮封線，并沒有安裝阻火器。

化工儲(chǔ)罐呼吸閥技術(shù)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)

呼吸閥在各個(gè)領(lǐng)域都有其特定的標(biāo)準(zhǔn)。例如，在石油行業(yè)，SY/T 0511.1-2010標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了《石油儲(chǔ)罐附件 第1部分：呼吸閥》的詳細(xì)要求。對于鐵道罐車，TB/T 3319-2013標(biāo)準(zhǔn)則明確了《鐵道罐車用呼吸式安全閥》的規(guī)范。此外，道路運(yùn)輸易燃液體危險(xiǎn)貨物罐式車輛的呼吸閥，則需遵循QC/T 1064-2017的標(biāo)準(zhǔn)。而在歐洲，DIN EN 14595-2016標(biāo)準(zhǔn)則對《危險(xiǎn)品運(yùn)輸罐 罐的操作裝置 壓力和真空呼吸閥》進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。

化工儲(chǔ)罐呼吸閥技術(shù)規(guī)范的安裝要點(diǎn)

在安裝呼吸閥時(shí)，必須嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確保其正確性和安全性。同時(shí)，還需要注意一些關(guān)鍵的安裝要點(diǎn)，如確保呼吸閥與儲(chǔ)罐的緊密連接，防止氣體泄漏；另外，還要定期檢查和維護(hù)呼吸閥，確保其持續(xù)有效地發(fā)揮其作用。

(1) 呼吸閥的最佳安裝位置是儲(chǔ)罐頂部的最高點(diǎn)。這樣設(shè)計(jì)不僅有助于減少蒸發(fā)損耗，還能確保呼吸閥順暢地提供最大的通道。

(2) 對于大型或關(guān)鍵的儲(chǔ)罐，為防范單臺呼吸閥故障，可安裝兩臺呼吸閥。通常，工藝設(shè)計(jì)會(huì)使得這兩臺呼吸閥在正常情況下輪流工作，一臺作為備用。

(3) 當(dāng)單個(gè)呼吸閥的呼吸量不足以應(yīng)對大呼吸量時(shí)，可以安裝兩個(gè)或以上的呼吸閥。若選擇安裝兩個(gè)，則它們應(yīng)對稱布置在罐頂中心。

(4) 若呼吸閥安裝在氮封儲(chǔ)罐上，氮?dú)夤夤艿慕庸芪恢脩?yīng)遠(yuǎn)離呼吸閥接口，并深入罐內(nèi)約200mm，以確保氮?dú)饽苡行Х獯妗?/p>

(5) 如果呼吸閥內(nèi)設(shè)有阻火器，需注意其壓降對呼吸閥排出壓力的影響，以防止儲(chǔ)罐超壓。

(6) 在寒冷地區(qū)，特別是歷年最冷月份溫度的平均值低于或等于0℃時(shí)，呼吸閥應(yīng)采取防凍措施。這可以防止閥盤因凍結(jié)或阻塞而影響儲(chǔ)罐的正常排氣和補(bǔ)氣，從而避免儲(chǔ)罐因超壓或低壓而出現(xiàn)問題。

化工儲(chǔ)罐呼吸閥技術(shù)規(guī)范

說完了罐頂上的阻火器布置，接著進(jìn)入VOC氣體輸送管道中的阻火器設(shè)置，這里的VOC氣體輸送管道指的是從各個(gè)罐的分支管與總管連接處開始，直至終端處理設(shè)施的風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)進(jìn)口之前的這一段管道，一般稱為集合管道或回收總管，關(guān)于這段管道中阻火器的設(shè)置，在《SH-T 3413-2019 石油化工石油氣管道阻火器選用、檢驗(yàn)及驗(yàn)收》中第6.2.12條是這么規(guī)定的：

“儲(chǔ)罐頂部的油氣集合管道系統(tǒng)、裝卸設(shè)施的油氣排放（或回收）系統(tǒng)的總管及分支管道應(yīng)選用爆轟型阻火器"

另外這里的阻火器需采用具有雙向阻火功能的管道型阻火器，類型可選擇穩(wěn)態(tài)爆轟或非穩(wěn)態(tài)爆轟，在選擇穩(wěn)態(tài)爆轟型時(shí)需注意安裝距離一定要避開非穩(wěn)態(tài)爆轟區(qū)域。

最后我們再來講一下VOCs終端處理設(shè)施的阻火器設(shè)計(jì)，根據(jù)《GB-T 20801.6-2020 壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 第6部分：安全防護(hù)》第5.2條的相關(guān)規(guī)定：

“b）火炬、焚燒爐、氧化爐等燃燒設(shè)備入口；

c）有持續(xù)點(diǎn)燃源和0區(qū)的風(fēng)機(jī)、真空泵、壓縮機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)、出口"

化工儲(chǔ)罐呼吸閥技術(shù)規(guī)范

那么一般對于罐頂VOCs終端處理設(shè)施來說，無論是采用吸附分離（c條），還是采用氧化焚燒（b條），在集合管或回收總管與終端處理設(shè)備的連接口是必須安裝阻火器的，且需采用管道型的雙向阻火功能的非穩(wěn)態(tài)爆轟阻火器，如果設(shè)備（風(fēng)機(jī)、真空泵或壓縮機(jī)）自帶的有阻火器的話，需要進(jìn)行型式判定，滿足要求的話可不必再安裝阻火器。

另外，對于采用吸附分離處理并將處理后的尾氣對大氣排空的話，還需要在排放管線的末端安裝一個(gè)耐燒型的管端爆燃阻火器。