化工儲罐呼吸閥技術(shù)規范

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

當儲罐內的壓力逐漸升高，達到設定的定壓值時(shí)，壓力閥會(huì )自動(dòng)打開(kāi)，允許罐內的氣體通過(guò)呼氣閥（即壓力閥）側排入到外界的大氣中。此時(shí)，由于罐內正壓的作用，真空閥則保持關(guān)閉狀態(tài)。相反，當儲罐內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(kāi)，外界的空氣通過(guò)吸氣閥（即真空閥）側進(jìn)入罐內進(jìn)行補充。在這一過(guò)程中，壓力閥則保持關(guān)閉。需要強調的是，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(kāi)啟狀態(tài)。一旦罐內的壓力或真空度恢復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(guò)程。

化工儲罐呼吸閥技術(shù)規范的作用及工作原理

呼吸閥在儲罐中扮演著(zhù)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(lái)說(shuō)，當儲罐向外輸出物料時(shí)，呼吸閥會(huì )開(kāi)始向罐內吸入空氣或氮氣，確保罐內壓力的穩定。同樣，當向儲罐內灌裝物料時(shí)，呼吸閥則負責將罐內多余的氣體呼出，以維持罐內的平衡。此外，由于氣候變化或物料蒸汽壓的改變，呼吸閥會(huì )相應地呼出蒸汽或吸入空氣，這種通常被稱(chēng)為熱效應的現象，有助于防止儲罐因壓力變化而受損。另外，在發(fā)生火災等緊急情況下，呼吸閥會(huì )迅速向罐外呼出氣體，以避免儲罐因超壓而破裂?？傊?，呼吸閥的這些功能都是為了確保儲罐的安全和穩定運行。

治理是罐區安全和環(huán)保的重要一環(huán)，特別是涉及到易燃易爆介質(zhì)的儲罐，在VOCs治理過(guò)程中能不能實(shí)現工藝和設備的雙重防護呢，答案是肯定的，設備本體的防爆選型是一個(gè)要素，在流體輸送的管線(xiàn)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VOCs治理工藝中到底該如何選型和布置。

化工儲罐呼吸閥技術(shù)規范

為了條例清晰，我們將按照工藝流程的上下游順序來(lái)進(jìn)行依次論述。 首先我們從罐頂開(kāi)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，當然對于某個(gè)罐來(lái)說(shuō)，不一定全部都有上述幾個(gè)管口，每種管口在數量上也不一定只有一個(gè)，這些都是根據容量和工藝要求進(jìn)行設置的。那么在標準中，對于上述管口的阻火器設置是怎么規定的呢？我們先來(lái)看看《 壓力管道規范 工業(yè)管道 第6部分：安全防護》中第5.2條的相關(guān)規定：“下列設備和管道系統應設置阻火器：a）可燃液體常壓儲罐，以及液態(tài)烴、LNG等低溫儲罐的通氣口和呼吸閥進(jìn)、出口及其氣相連通管；"我們接著(zhù)再看《 石油化工石油氣管道阻火器選用、檢驗及驗收》第5章的規定：“5.0.1 當有爆炸性混合物存在的可能且無(wú)其他防止火焰傳播的設施時(shí)，下列管道系統和容器應設置阻火器：b）具有爆炸性氣體的儲罐或容器氣相空間的開(kāi)放式通氣管；c）甲B、乙類(lèi)液體儲罐之間氣相連通管道的分支管道，儲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置阻火器"最后我們看一下《 石油化工儲運系統罐區設計規范》第5.1.9條的規定：“下列儲罐通向大氣的通氣管或呼吸閥上應安裝阻火器：a）儲存甲B、乙、丙A類(lèi)液體的固定頂儲罐和地上臥式儲罐；b）儲存甲B、乙類(lèi)液體的覆土臥式儲罐；c）采用氮氣或其他惰性氣體密封保護系統的儲罐；d）內浮頂儲罐罐頂中央通氣管；"

化工儲罐呼吸閥技術(shù)規范

參考上述文字的紅色加粗部分，基本上規定了需要安裝阻火器的范圍了，那么在設計中針對上述范圍，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(lèi)型進(jìn)行逐項分述。

（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)入儲罐內，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(lèi)型為阻爆燃型，耐燒測試需滿(mǎn)足2小時(shí)以上。呼吸閥由于是對空排放，故呼吸閥出口無(wú)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(wú)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)。當潛在火源的距離無(wú)法確定時(shí)，需選擇非穩態(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，但由于試驗工況和真實(shí)工況的差異，不建議安裝穩態(tài)爆轟型阻火器。

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

（4）氣體回收管口，如果是單個(gè)儲罐的氣體回收管線(xiàn)，只需要在罐口安裝管道型且需滿(mǎn)足雙向阻火功能。如果是多個(gè)儲罐的氣體回收管線(xiàn)，那么每個(gè)罐的罐口都需要安裝一個(gè)非穩態(tài)爆轟阻火器（油氣集合管道系統的分支管道）。一般罐頂的氣體回收管線(xiàn)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(lèi)型選擇具有雙向阻火功能的非穩態(tài)爆轟阻火器。

當然在國外工程公司設計的案例中，也出現過(guò)在罐頂的氣體回收管線(xiàn)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氣相空間出現負壓的情況，緊急平衡壓力用的（如下圖）。

（5）氮封管線(xiàn)一般直接與罐頂管口相連，關(guān)于氮封管線(xiàn)上是否需要設置阻火器，我在標準中并沒(méi)有找到明確的說(shuō)法。在實(shí)際的實(shí)踐中，也沒(méi)有遇到過(guò)氮封管線(xiàn)安裝阻火器的實(shí)例，下圖是韓國設計公司設計的氮封線(xiàn)，并沒(méi)有安裝阻火器。

化工儲罐呼吸閥技術(shù)規范的標準

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

化工儲罐呼吸閥技術(shù)規范的安裝要點(diǎn)

在安裝呼吸閥時(shí)，必須嚴格遵循相關(guān)標準，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)，如確保呼吸閥與儲罐的緊密連接，防止氣體泄漏；另外，還要定期檢查和維護呼吸閥，確保其持續有效地發(fā)揮其作用。

(1) 呼吸閥的最佳安裝位置是儲罐頂部的最高點(diǎn)。這樣設計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)鍵的儲罐，為防范單臺呼吸閥故障，可安裝兩臺呼吸閥。通常，工藝設計會(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) 當單個(gè)呼吸閥的呼吸量不足以應對大呼吸量時(shí)，可以安裝兩個(gè)或以上的呼吸閥。若選擇安裝兩個(gè)，則它們應對稱(chēng)布置在罐頂中心。

(4) 若呼吸閥安裝在氮封儲罐上，氮氣供氣管的接管位置應遠離呼吸閥接口，并深入罐內約200mm，以確保氮氣能有效封存。

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

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

化工儲罐呼吸閥技術(shù)規范

說(shuō)完了罐頂上的阻火器布置，接著(zhù)進(jìn)入VOC氣體輸送管道中的阻火器設置，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(kāi)始，直至終端處理設施的風(fēng)機或壓縮機進(jìn)口之前的這一段管道，一般稱(chēng)為集合管道或回收總管，關(guān)于這段管道中阻火器的設置，在《SH-T 3413-2019 石油化工石油氣管道阻火器選用、檢驗及驗收》中第6.2.12條是這么規定的：

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

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(lèi)型可選擇穩態(tài)爆轟或非穩態(tài)爆轟，在選擇穩態(tài)爆轟型時(shí)需注意安裝距離一定要避開(kāi)非穩態(tài)爆轟區域。

最后我們再來(lái)講一下VOCs終端處理設施的阻火器設計，根據《GB-T 20801.6-2020 壓力管道規范 工業(yè)管道 第6部分：安全防護》第5.2條的相關(guān)規定：

“b）火炬、焚燒爐、氧化爐等燃燒設備入口；

c）有持續點(diǎn)燃源和0區的風(fēng)機、真空泵、壓縮機等機械設備進(jìn)、出口"

化工儲罐呼吸閥技術(shù)規范

那么一般對于罐頂VOCs終端處理設施來(lái)說(shuō)，無(wú)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態(tài)爆轟阻火器，如果設備（風(fēng)機、真空泵或壓縮機）自帶的有阻火器的話(huà)，需要進(jìn)行型式判定，滿(mǎn)足要求的話(huà)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(huà)，還需要在排放管線(xiàn)的末端安裝一個(gè)耐燒型的管端爆燃阻火器。