氨水储罐呼吸阀通气量计算的探讨

张士玲 徐金永

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1 呼吸阀结构及工作原理

呼吸阀是储罐的一个重要安全附件，当罐内气体的压力超过呼吸阀的整定压力值时，压力阀顶开，真空阀仍处于关闭状态，罐内上部气体从罐内呼出，使罐内的压力不再继续增高；而当罐内气体的真空度超过储罐的设计真空度时，真空阀开，压力阀仍处于关闭状态，吸入新鲜惰性气体维持储罐内的压力平衡。

2 呼吸阀超压/真空工况计算原理

2.1 超压/真空的原因

在确定储罐超压或真空的可能原因时，应考虑以下因素：

（1）由于液体从罐中最大流出速率而导致的正常吸入（液体转移效应）；

（2）由于蒸汽空间温度的最大降低量（热效应）引起的蒸汽收缩或冷凝而导致的正常吸入；

（3）因液体流入罐内最大速率而导致的正常呼气，以及由此产生的最大汽化量（液体转移效应）；

（4）由于蒸汽空间温度的最大增加量（热效应）引起的膨胀和汽化而导致的正常呼气；

（5）火灾暴露引起的紧急排放。

在确定总的正常吸气或呼气时，至少应考虑液体转移效应和热效应所导致的正常排气的组合。

2.2 进液和出液所需的流通能力

（1）呼气

在储罐蒸汽空间的实际压力和温度条件下，呼出的体积流量Vop应通过以下公式给出：

式中：Vpf是挥发性液体的最大体积填充率，单位为m3/h。

（2）吸气

吸气通风要求Vip（单位：m3/h），应为储罐的最大规定液体排放量，应通过以下公式给出：

式中：Vpe是液体排出的最大速率，单位为m3/h。

3 因热呼气和热吸入所需的流通能力

（1）热呼气

计算热呼出量（即加热时的最大热流量）Vot，用国际标准单位表示：m3/h。

式中：

Y是纬度的一个因子（见表1）；

表1 不同纬度的Y系数

Vtk为储罐容积，m3；

R i是保温的降低因子（如果储罐无保温Ri＝1；如果储罐部分保温Ri=Rinp；如果储罐全保温Ri=Rin）；

1

式中：

ATTS是储罐总表面积（外壳和顶部），m2；

Ainp是储罐保温表面积，m2。

式中：

h为内部传热系数，单位为W/(m2·K)（典型储罐此值可取通用数据4）；

lin为保温层的壁厚，m；

λin为是保温层的热导率，W/(m2·K)。

（2）热吸气

计算热吸入量（即冷却时的最大热流量）Vit，用国际标准单位表示：m3/h。

式中：

C是一个取决于蒸汽压、平均储存温度和纬度的系数（见表2）；

表2 C系数

Vtk为储罐容积，m3；

Ri是保温的降低因子。

4 氨水储罐呼吸阀PSV01 通气量详细计算

4.1 氨水储罐流程简述

氨水回收系统的25%氨水经母液泵P01送至氨水储罐，氨水储罐内的氨水经氨水泵P02送至下游使用单元；氨水储罐常压操作，物料温度为50℃；氨水储罐设有一个呼吸阀PSV01，维持罐内压力的稳定。

4.2 超压和真空工况确认

根据风险评估分析（HAZOP）结果，依据API2000确认的氨水储罐超压和真空工况及其原因描述如表3所示：

表3 超压和真空工况及其原因

5 超压/真空工况呼吸阀通气量计算（采用API 2000—2014 的计算方法）

（1）超压工况计算

呼吸阀呼出量：Q1=Vop+Vot

因为氨水储罐内介质在5 0 ℃时的蒸气压大于5 k P a，所以采用公式（1）进行计算Vop=2×Vpf=40m3/h

因为氨水储罐介质贮存温度>49℃，所以Vop需要转换成标态下的体积，氨水储罐的呼吸阀呼出压力

所以标态下的

热呼出量（即加热时的最大热流量）Vot采用公式（3）进行计算：

因为氨水储罐全保温设计，所以

氨水储罐所在现场纬度为44.83，Y值取0.25；

液体转移效应和热效应所导致的呼吸阀总的呼出量为：

氨水储罐详细参数见表4。

表4 氨水储罐详细参数表

（2）真空工况计算明细

呼吸阀呼入量：Q2=Vip+Vit

因储罐液体流出导致的呼吸阀呼入量Vip采用公式（2）进行计算：

热吸入量（即冷却时的最大热流量）Vit采用公式（6）进行计算：

氨水储罐所在现场纬度为44.83，氨水储罐介质贮存温度>25℃，C值取5，

液体转移效应和热效应所导致的呼吸阀总n的呼入量为：

6 结论

根据以上分析及计算，氨水储罐呼吸阀PSV01通气量计算结果见表5所示。

表5 氨水储罐呼吸阀PSV01通气量计算结果

氨水储罐呼吸阀PSV01的最大呼出量为34.72 m3/h，最大吸入量为25.71m3/h。