低压和常压储罐的压力保护

王云 李建双（兰州寰球工程公司， 甘肃 兰州 730060）

低压和常压储罐的压力保护

王云 李建双（兰州寰球工程公司， 甘肃 兰州 730060）

低压和常压储罐在常期使用的过程中，可能会出现压力过高或过低的情况。本文从分析低压和常压储罐压力发生变化的原因出发，阐述了低压和常压储罐压力的保护措施。

储罐；呼吸阀；气封；压力

低压和常压储罐在常期使用的过程中，可能会出现压力过高或压力过低的情况，导致储罐结构遭到破坏或操作失稳，造成不必要的安全事故和经济损失。下面从分析低压和常压储罐压力发生变化的原因出发，阐述低压和常压储罐的压力保护措施。

1 储罐内的压力变化原因分析

在储罐操作状态和外界环境不发生变化的情况下，储罐内的压力是不发生变的，只有在下列条件下储罐内的压力才会发生变化［1］：

①储罐向外输出物料时引起储罐内压力降低；

②向储罐内灌装物料时引起储罐内压力升高；

③由于气候等影响引起储罐内物料蒸汽压增大或减少所造成的储罐内压力的升高或降低（通称热效应）；

④火灾时储罐受热，引起蒸发量骤增而造成的储罐内压力急剧升高。

在以上几种情况下，为了保证储罐内的压力平衡，储罐内必须有必要的气体呼吸量。

2 呼吸量的确定

储罐应有足够的呼吸量以便确保储罐在正常压力下工作，使之不超过其设计的正压或负压，从而保护储罐免受破坏。一般情况下，呼吸阀的呼吸量是由储罐的进料量、泵抽出量以及热效应所产生的呼吸需求量之和决定的。根据有关规定［2］，储罐进出物料以及热效应所引起的呼吸气量见表1和表2。

表1 储罐进出物料引起的呼吸量（英制单位）

表2 储罐热效应引起的呼吸量（英制单位）

续表2

在火灾情况下，储罐内的物料急剧汽化，产生大量气体，这时仅依靠呼吸阀的呼出量已经不能够满足储罐紧急泄压的要求，因此就需要在储罐上安装泄放人孔或泄压阀。这时储罐的呼出量可以按表3进行粗略计算：

表3 火灾时储罐呼气量与储罐润湿面的关系（英制单位）

3 储罐内的压力保护措施

3.1 呼吸阀

呼吸阀是保护低压、常压储罐压力的重要附件，安装于罐顶，用于自动控制油罐内外气体通道的启闭，维持油罐压力平衡，对油罐的超压或超真空起保护作用，又可以在一定范围降低油品的蒸发损失。呼吸阀不仅能维持储罐气压平衡，确保储罐在超压或真空时免遭破坏，且能减少罐内介质的挥发和损耗，满足储罐大小呼吸的通气要求。

3.2 气封及压力控制阀

气封系统是使储罐内维持一定的压力，防止外界气体进入，污染储罐内贮存的介质或与其发生化学和生物反应。常用的气封气体有氮气、燃料气等。当储罐贮存的介质被泵抽出，或由于温度降低，罐内的气体冷凝或收缩时，要补入气封气，以杜绝罐外空气的进入。呼吸阀还可以与气封系统一起使用。当向罐内进料及温度升高时，装在罐顶的呼吸阀自动打开，将超压的气体排入大气。为保证储罐不被抽成真空，当罐内低于大气压，而气封系统由于故障不能保证罐内的正压时，真空阀打开，空气进入储罐，保护储罐不受破坏。

另外，储罐顶部可安装一个压力控制阀，其压力设定值低于呼吸阀呼出压力的设定值。从而可以降低呼吸阀呼气端开户次数，减少储罐内气体向大气扩散，做到环境友好。

现将储罐压力保护系统示意如下：

图1 储罐压力保护系统示意图

3.3 紧急泄放系统

考虑到在出现火灾意外等情况造成储罐急剧超压的情况下，单靠呼吸阀来泄放压力是很难维持储罐的压力。通常情况下，可以采取以下几种措施泄放储罐内压力：

（1）打开储罐顶部量油孔的顶盖。

（2）打开储罐顶部的人孔盖。

（3）储罐的罐顶和罐壳采用弱连接方式。

（4）安装爆破片或紧急泄压阀等。

值得注意的是，如果紧急泄放设施设定压力低于呼吸阀的设定压力，就会导致呼吸阀失效，并影响罐体的密封效果，所以紧急泄放设施的压力设定值应当高于呼吸阀压力。

4 压力保护装置的选用

4.1 呼吸阀的选用

通常情况下，配置呼吸阀时应按照第2节的计算方法确定呼吸量。对照呼吸阀制造厂提供的各种规格的不同压值性能曲线，选用呼吸阀的尺寸，同时也就确定了呼吸阀的起跳压力和通气压力。当单个呼吸阀的呼吸量不能满足要求时，可安装两个以上的呼吸阀。如果呼吸阀厂商不附产品的性能曲线时，就不能按理论计算选用呼吸阀，这时可以按进出储罐的最大液体量选用呼吸阀［3］。

4.2 紧急泄压装置的选用

根据第2节计算出的火灾工况下储罐的呼出量，对照泄压装置生产厂家提供的相应压力等级下各种规格的泄压装置泄放气量的性能曲线，选择合适规格和数量的紧急泄放装置。

需要注意的是，紧急泄压装置的泄放能力应能满足储罐单次意外事故最大要求的流量，或者多次意外事故可能的合理组合所要求的流量。然而如果在储罐操作压力允许的波动范围之内，储罐内压力的升高可以抵消一部分呼出量的话，紧急泄放装置的能力可以适当降低一些。在正常条件下，泄压装置必须有足够的流量，以防止工作压力超出最大允许工作压力10%以上，在火灾紧急情况下，泄压装置应能防止压力超出最大允许工作压力20%以上。

另外，作为储罐设计者，应与通气装置制造商以及其设计人员进行协商，以确保通气装置的能力和储罐设计呼出量相符。泄放装置的设定压力和开启压力必须小于储罐的设计压力，以保证泄放装置的流量能够满足储罐的呼出量。

5 压力保护装置的安装［4］

（1）呼吸阀应安装在储罐顶部最高点。从理论上讲，以降低蒸发损耗和其它的排气观点出发，呼吸阀应该安装在储罐气相空间的最高点，以便顺利地提供通向呼吸阀最直接和最大的通道。通常对于立式储罐，呼吸阀应尽量安装在罐顶中央顶板范围内，对于罐顶需设隔热层的储罐，可安装在梯子平台附近。

（2）若需安装2个呼吸阀时，它们应与储罐顶部中心距离相等。

（3）气封管线在储罐上接管位置一定要远离呼吸阀接口，且插入罐内200 mm，使气封气进入储罐后不直接排出，起到气封作用。

6 结语

在低压和常压储罐的设计和使用过程中，通过呼吸阀、气封系统和紧急泄放设施以及压力控制阀的协调配合使用，能够有效地调节储罐压力，保证储罐的安全平稳运行。

［1］张德姜，王怀义，刘绍叶.石油化工装置工艺管道安装设计手册第一篇设计与计算［M］.北京：中国石化出版社，1994.［2］American Petroleum Institute.API standard

2000 venting atmospheric and low pressure storage tanks［S］.Washington，1998，4：4-9.

［3］中国石化工程建设公司.SH/T3007-2007石油化工储运系统罐区设计规范［S］.北京：中国石化出版社，2008.

［4］王荣贵，刘道芬.常压、低压储罐呼吸量的确定及呼吸阀的选用［J］.化肥设计，2007，4（2）.

王云（1983- ），油气储运工程师，注册化工工程师，2008年毕业于辽宁石油化工大学，从事油气田地面工程工艺设计工作。