楊梅，李大昌，王斌

中國石油工程建設(shè)有限公司華北分公司（河北 任丘 062550）

0 引言

儲存甲B、乙類液體的固定頂儲罐和地上臥式儲罐，采用氮氣或其他惰性氣體密封保護(hù)系統(tǒng)的儲罐，在其通向大氣的通氣管上應(yīng)設(shè)呼吸閥[1]。呼吸閥是保護(hù)儲罐安全的重要附件，由壓力閥和真空閥組成[2]。通常情況下，呼吸閥關(guān)閉，保持儲罐密閉，減少介質(zhì)揮發(fā)，降低油品蒸發(fā)損耗[3-4]；必要時，呼吸閥自動通氣，平衡儲罐內(nèi)外壓力，避免儲罐超壓或抽空，保護(hù)儲罐[5]。呼吸閥的選型應(yīng)根據(jù)呼吸閥通氣量曲線來確定[6]，因此其通氣量計算至關(guān)重要。

油品進(jìn)出儲罐、環(huán)境溫度變化、火災(zāi)工況均會對呼吸閥的通氣量造成影響[7]，通常應(yīng)考慮以下工況[8]：油品出罐最大流量導(dǎo)致的吸入量；氣相空間最大溫降導(dǎo)致蒸氣壓縮或冷凝引起的吸入量；油品進(jìn)罐最大流量及進(jìn)罐引起油品蒸發(fā)導(dǎo)致的呼出量；氣相空間最大溫升導(dǎo)致蒸氣膨脹或蒸發(fā)引起的呼出量；火災(zāi)工況導(dǎo)致的緊急放空量。儲罐正常運行情況下，至少應(yīng)考慮因油品進(jìn)出和溫度變化導(dǎo)致的通氣量之和[9]。

1 基于美國標(biāo)準(zhǔn)的通氣量計算

根據(jù)API STD 2000—2014《常壓與低壓儲罐通風(fēng)》，接收液態(tài)石油或石油產(chǎn)品的地上立式固定頂儲罐，在正常運行工況下，呼吸閥通氣量通?？梢园匆韵聝煞N方法確定[8]。

1.1 列表法

1.1.1 前提條件

當(dāng)儲罐符合以下條件時，可采用此方法計算呼吸閥通氣量[8]：①罐容小于30 000 m3；②氣相空間最高運行溫度48.9 ℃；③儲罐無保溫；④儲存溫度和油品進(jìn)罐溫度低于油品在最大運行壓力下的沸點。此方法不適用于蒸氣冷凝導(dǎo)致的額外體積變化[10]。

1.1.2 通氣量計算

油品進(jìn)出和溫度變化導(dǎo)致的通氣量見表1、表2。

表1 正常運行工況下的通氣量

表2 溫度變化導(dǎo)致的通氣量

1.2 公式法

當(dāng)儲罐不滿足上述列表法的假設(shè)條件時，采用公式法確定呼吸閥的通氣量。

1.2.1 油品進(jìn)出導(dǎo)致的通氣量

1）呼吸閥呼出量為：

式中：Vop為呼吸閥呼出量，m3/h；Vpf為油品最大進(jìn)罐流量，m3/h。

2）呼吸閥吸入量為：

式中：Vip為呼吸閥吸入量，m3/h；Vpe為油品最大出罐流量，m3/h。

1.2.2 溫度變化導(dǎo)致的通氣量

1）呼吸閥呼出量，溫度升高導(dǎo)致的最大呼出量VOT計算如下：

式中：Y為緯度系數(shù)，無量綱，見表3；Vtk為罐容，m3；Ri為保溫層縮減系數(shù)，其確定如下[11]：

表3 緯度系數(shù)Y

①無保溫層，Ri=1。

②完全保溫，Ri=Rin，其計算見式（5）。

式中：h為內(nèi)部傳熱系數(shù)，W/(m2·K)，通常假設(shè)典型儲罐的內(nèi)部傳熱系數(shù)為4 W/(m2·K)；lin為保溫層厚度，m；λin為保溫層導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2·K)。

③局部保溫，Ri=Rinp，其計算見式（6）。

式中：ATTS為儲罐表面積（罐壁和罐頂），m2；Ainp為儲罐保溫的表面積，m2。

2）呼吸閥吸入量，溫度降低導(dǎo)致的最大吸入流量VIT，按式（7）計算。

式中：C為基于蒸氣壓、平均儲存溫度、緯度的系數(shù)，見表4；保溫層縮減系數(shù)Ri的確定同前。

表4 不同條件下的系數(shù)C

2 基于歐洲標(biāo)準(zhǔn)的通氣量計算

BS EN 14015—2004[12]《在室溫和高于室溫條件下液體儲存所用現(xiàn)場建造的立式、圓柱形、平底、地上用焊接鋼貯罐的設(shè)計和制造規(guī)范》，規(guī)定了儲存常溫及高溫液體的立式圓筒形鋼制儲罐在選材、設(shè)計、制造、安裝等方面的要求，針對設(shè)計壓力小于50 kPa的固定頂儲罐，其呼吸閥通氣量按以下方法計算。公式中各符號的定義和取值參見美國標(biāo)準(zhǔn)計算方法。

2.1 油品進(jìn)出導(dǎo)致的通氣量

1）儲存溫度低于40 ℃或油品蒸氣壓等于5 kPa，呼吸閥呼出量為：

對于甲烷等產(chǎn)品，考慮到進(jìn)罐時產(chǎn)生的氣體，呼吸閥呼出量為：

儲存溫度高于40 ℃或油品蒸氣壓大于5 kPa，呼出量隨相應(yīng)蒸發(fā)率增大。

2）呼吸閥吸入量為：

2.2 溫度變化導(dǎo)致的通氣量

1）呼吸閥呼出量計算如下：

式中：ΔPap為積聚的壓力，mbar（1 mbar=100 Pa），此值小于5 mbar（500 Pa）或不確定時，Ri=1。

2）呼吸閥吸入量計算如下：

式中：△Pav為積聚的負(fù)壓，Pa；Pvp為油品在最大運行溫度下的蒸氣壓，Pa，不確定時Ri=1。

式（11）～（14）適用于儲罐無保溫的情況，當(dāng)儲罐有保溫時，縮減系數(shù)Ri按式（5）或式（6）計算。

3 結(jié)束語

正常運行工況下，呼吸閥通氣量需要考慮油品進(jìn)出罐流量和環(huán)境溫度變化。根據(jù)API 2000—2014，當(dāng)罐容、運行溫度等參數(shù)滿足條件時，按美國標(biāo)準(zhǔn)列表法計算通氣量。考慮油品進(jìn)出影響，對比美國標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)油品蒸氣壓≤5 kPa，呼出量的計算結(jié)果一致，均等于最大進(jìn)罐流量；當(dāng)油品蒸氣壓＞5 kPa，美國標(biāo)準(zhǔn)的呼出量等于2 倍進(jìn)罐流量，歐洲標(biāo)準(zhǔn)中甲烷等產(chǎn)品的呼出量等于1.7 倍進(jìn)罐流量，美國標(biāo)準(zhǔn)計算結(jié)果更大；美國標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)的吸入量計算結(jié)果一致，均等于最大出罐流量?？紤]溫度變化影響，美國標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)的計算方法一致，但歐洲標(biāo)準(zhǔn)補充了儲罐無保溫時縮減系數(shù)的計算公式，美國標(biāo)準(zhǔn)則認(rèn)為儲罐無保溫時的縮減系數(shù)為1。歐美標(biāo)準(zhǔn)方法可供我國同類儲罐通氣量的計算參考。