馬登華，王勇平(中國(guó)石油玉門油田煉油化工總廠，甘肅 酒泉 735200)

0 引言

儲(chǔ)罐是石油化工行業(yè)重要的存儲(chǔ)設(shè)備，由于存儲(chǔ)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(qiáng)，不但給企業(yè)造成巨大損失，而且對(duì)環(huán)境的損害也非常大。儲(chǔ)罐安全附件的正確選用和管理，是控制風(fēng)險(xiǎn)，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(jì)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(chǔ)甲B和乙類(按火災(zāi)危險(xiǎn)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(huì)引起油罐內(nèi)氣相空間壓力的變化，導(dǎo)致儲(chǔ)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(guò)程中，隨著儲(chǔ)罐內(nèi)油品液位的上升和下降，儲(chǔ)罐內(nèi)氣相壓力會(huì)有明顯變化，稱之為“大呼吸”。呼吸閥的作用就是在儲(chǔ)罐內(nèi)壓力變化時(shí)及時(shí)“呼”和“吸”，保證儲(chǔ)罐內(nèi)氣相壓力在一定范圍內(nèi)，避免壓力過(guò)大引起儲(chǔ)罐鼓包，或者壓力過(guò)低導(dǎo)致儲(chǔ)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(duì)環(huán)境的污染[1]。

1.2 呼吸閥的動(dòng)作原理

呼吸閥一般垂直安裝在儲(chǔ)罐的頂部。它是利用呼氣閥盤的重量來(lái)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(chǔ)罐內(nèi)氣相壓力大于允許最高工作壓力值時(shí)，呼氣閥盤被頂開(kāi)，混合油氣向外逸出(呼出)，罐內(nèi)壓力不再升高。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)氣相壓力(真空度)小于允許最低工作壓力時(shí)，真空閥盤被頂開(kāi)，空氣向罐內(nèi)補(bǔ)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(kāi)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(shí)的工作狀態(tài)

圖2 罐內(nèi)壓力小于大氣壓時(shí)的工作狀態(tài)

1.4 呼吸閥型號(hào)表示方法

GF(呼吸閥規(guī)格)×(產(chǎn)品型式代號(hào))×××(公稱直徑)- ×(開(kāi)啟壓力等級(jí)代號(hào))

舉例：開(kāi)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(chǔ)罐運(yùn)行安全，在選擇儲(chǔ)罐呼吸閥時(shí)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(xiǎn)，如果選用不當(dāng)可能在儲(chǔ)罐需要“呼吸”時(shí)閥盤不能打開(kāi)，導(dǎo)致儲(chǔ)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(shù)脂材料；普通型呼吸閥上述部位無(wú)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(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)液體為5～35 ℃潔凈水，實(shí)驗(yàn)壓力0.2 MPa，保壓時(shí)間10 min，無(wú)滲漏和變形。呼吸閥閥盤的開(kāi)啟壓力必須小于儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力，并按照表1選用。開(kāi)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(kāi)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(kāi)啟壓力分級(jí)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(guò)大，閥體就大既會(huì)造成浪費(fèi)，又會(huì)增加罐頂負(fù)荷；通氣量過(guò)小，在儲(chǔ)罐“呼吸”時(shí)不能滿足需要，會(huì)造成儲(chǔ)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(diǎn)，最大收發(fā)油速度和儲(chǔ)罐容積、事故狀態(tài)下的溫度變化等多個(gè)方面。具體計(jì)算參照GB 50341—2003，計(jì)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(chǔ)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(lái)選定，當(dāng)缺乏呼吸閥通氣量曲線時(shí)，可按照SH/T 3007—2014第5.17確定。

3 呼吸閥常見(jiàn)故障分析

呼吸閥在使用過(guò)程中如果不及時(shí)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(shí)不能動(dòng)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(jiàn)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?yàn)槊芊饷驿P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(huì)引發(fā)憋壓或真空，但會(huì)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?yàn)楹粑y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(niǎo)在呼吸閥口筑巢也可能引起呼吸閥堵塞。呼吸閥堵塞會(huì)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?yàn)橛驼魵庖l(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(huì)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?yàn)闅鉁刈兓?，空氣中的水分在環(huán)境溫度低于露點(diǎn)時(shí)會(huì)在呼吸閥的閥盤、閥座和導(dǎo)桿等部位凝結(jié)，條件允許時(shí)就會(huì)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(shí)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(shuō)明書，并仔細(xì)核對(duì)設(shè)定壓力和通徑與所裝儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)要求是否一致。在使用過(guò)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(kāi)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(kāi)(閥蓋和閥盤之間有導(dǎo)電游絲，避免動(dòng)作過(guò)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(wú)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(dòng)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(jī)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(gè)孔眼暢通，通氣量不足或變形嚴(yán)重的阻火器要及時(shí)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(yǔ)

為了避免呼吸閥失效后儲(chǔ)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(dòng)作的壓力高于呼吸閥動(dòng)作壓力的5%～10%。隨著環(huán)保要求的進(jìn)一步提高，油品儲(chǔ)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。