低壓和常壓儲罐的壓力保護

王云 李建雙（蘭州寰球工程公司， 甘肅 蘭州 730060）

低壓和常壓儲罐的壓力保護

王云 李建雙（蘭州寰球工程公司， 甘肅 蘭州 730060）

低壓和常壓儲罐在常期使用的過程中，可能會出現壓力過高或過低的情況。本文從分析低壓和常壓儲罐壓力發生變化的原因出發，闡述了低壓和常壓儲罐壓力的保護措施。

儲罐；呼吸閥；氣封；壓力

低壓和常壓儲罐在常期使用的過程中，可能會出現壓力過高或壓力過低的情況，導致儲罐結構遭到破壞或操作失穩，造成不必要的安全事故和經濟損失。下面從分析低壓和常壓儲罐壓力發生變化的原因出發，闡述低壓和常壓儲罐的壓力保護措施。

1 儲罐內的壓力變化原因分析

在儲罐操作狀態和外界環境不發生變化的情況下，儲罐內的壓力是不發生變的，只有在下列條件下儲罐內的壓力才會發生變化［1］：

①儲罐向外輸出物料時引起儲罐內壓力降低；

②向儲罐內灌裝物料時引起儲罐內壓力升高；

③由于氣候等影響引起儲罐內物料蒸汽壓增大或減少所造成的儲罐內壓力的升高或降低（通稱熱效應）；

④火災時儲罐受熱，引起蒸發量驟增而造成的儲罐內壓力急劇升高。

在以上幾種情況下，為了保證儲罐內的壓力平衡，儲罐內必須有必要的氣體呼吸量。

2 呼吸量的確定

儲罐應有足夠的呼吸量以便確保儲罐在正常壓力下工作，使之不超過其設計的正壓或負壓，從而保護儲罐免受破壞。一般情況下，呼吸閥的呼吸量是由儲罐的進料量、泵抽出量以及熱效應所產生的呼吸需求量之和決定的。根據有關規定［2］，儲罐進出物料以及熱效應所引起的呼吸氣量見表1和表2。

表1 儲罐進出物料引起的呼吸量（英制單位）

表2 儲罐熱效應引起的呼吸量（英制單位）

續表2

在火災情況下，儲罐內的物料急劇汽化，產生大量氣體，這時僅依靠呼吸閥的呼出量已經不能夠滿足儲罐緊急泄壓的要求，因此就需要在儲罐上安裝泄放人孔或泄壓閥。這時儲罐的呼出量可以按表3進行粗略計算：

表3 火災時儲罐呼氣量與儲罐潤濕面的關系（英制單位）

3 儲罐內的壓力保護措施

3.1 呼吸閥

呼吸閥是保護低壓、常壓儲罐壓力的重要附件，安裝于罐頂，用于自動控制油罐內外氣體通道的啟閉，維持油罐壓力平衡，對油罐的超壓或超真空起保護作用，又可以在一定范圍降低油品的蒸發損失。呼吸閥不僅能維持儲罐氣壓平衡，確保儲罐在超壓或真空時免遭破壞，且能減少罐內介質的揮發和損耗，滿足儲罐大小呼吸的通氣要求。

3.2 氣封及壓力控制閥

氣封系統是使儲罐內維持一定的壓力，防止外界氣體進入，污染儲罐內貯存的介質或與其發生化學和生物反應。常用的氣封氣體有氮氣、燃料氣等。當儲罐貯存的介質被泵抽出，或由于溫度降低，罐內的氣體冷凝或收縮時，要補入氣封氣，以杜絕罐外空氣的進入。呼吸閥還可以與氣封系統一起使用。當向罐內進料及溫度升高時，裝在罐頂的呼吸閥自動打開，將超壓的氣體排入大氣。為保證儲罐不被抽成真空，當罐內低于大氣壓，而氣封系統由于故障不能保證罐內的正壓時，真空閥打開，空氣進入儲罐，保護儲罐不受破壞。

另外，儲罐頂部可安裝一個壓力控制閥，其壓力設定值低于呼吸閥呼出壓力的設定值。從而可以降低呼吸閥呼氣端開戶次數，減少儲罐內氣體向大氣擴散，做到環境友好。

現將儲罐壓力保護系統示意如下：

圖1 儲罐壓力保護系統示意圖

3.3 緊急泄放系統

考慮到在出現火災意外等情況造成儲罐急劇超壓的情況下，單靠呼吸閥來泄放壓力是很難維持儲罐的壓力。通常情況下，可以采取以下幾種措施泄放儲罐內壓力：

（1）打開儲罐頂部量油孔的頂蓋。

（2）打開儲罐頂部的人孔蓋。

（3）儲罐的罐頂和罐殼采用弱連接方式。

（4）安裝爆破片或緊急泄壓閥等。

值得注意的是，如果緊急泄放設施設定壓力低于呼吸閥的設定壓力，就會導致呼吸閥失效，并影響罐體的密封效果，所以緊急泄放設施的壓力設定值應當高于呼吸閥壓力。

4 壓力保護裝置的選用

4.1 呼吸閥的選用

通常情況下，配置呼吸閥時應按照第2節的計算方法確定呼吸量。對照呼吸閥制造廠提供的各種規格的不同壓值性能曲線，選用呼吸閥的尺寸，同時也就確定了呼吸閥的起跳壓力和通氣壓力。當單個呼吸閥的呼吸量不能滿足要求時，可安裝兩個以上的呼吸閥。如果呼吸閥廠商不附產品的性能曲線時，就不能按理論計算選用呼吸閥，這時可以按進出儲罐的最大液體量選用呼吸閥［3］。

4.2 緊急泄壓裝置的選用

根據第2節計算出的火災工況下儲罐的呼出量，對照泄壓裝置生產廠家提供的相應壓力等級下各種規格的泄壓裝置泄放氣量的性能曲線，選擇合適規格和數量的緊急泄放裝置。

需要注意的是，緊急泄壓裝置的泄放能力應能滿足儲罐單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組合所要求的流量。然而如果在儲罐操作壓力允許的波動范圍之內，儲罐內壓力的升高可以抵消一部分呼出量的話，緊急泄放裝置的能力可以適當降低一些。在正常條件下，泄壓裝置必須有足夠的流量，以防止工作壓力超出最大允許工作壓力10%以上，在火災緊急情況下，泄壓裝置應能防止壓力超出最大允許工作壓力20%以上。

另外，作為儲罐設計者，應與通氣裝置制造商以及其設計人員進行協商，以確保通氣裝置的能力和儲罐設計呼出量相符。泄放裝置的設定壓力和開啟壓力必須小于儲罐的設計壓力，以保證泄放裝置的流量能夠滿足儲罐的呼出量。

5 壓力保護裝置的安裝［4］

（1）呼吸閥應安裝在儲罐頂部最高點。從理論上講，以降低蒸發損耗和其它的排氣觀點出發，呼吸閥應該安裝在儲罐氣相空間的最高點，以便順利地提供通向呼吸閥最直接和最大的通道。通常對于立式儲罐，呼吸閥應盡量安裝在罐頂中央頂板范圍內，對于罐頂需設隔熱層的儲罐，可安裝在梯子平臺附近。

（2）若需安裝2個呼吸閥時，它們應與儲罐頂部中心距離相等。

（3）氣封管線在儲罐上接管位置一定要遠離呼吸閥接口，且插入罐內200 mm，使氣封氣進入儲罐后不直接排出，起到氣封作用。

6 結語

在低壓和常壓儲罐的設計和使用過程中，通過呼吸閥、氣封系統和緊急泄放設施以及壓力控制閥的協調配合使用，能夠有效地調節儲罐壓力，保證儲罐的安全平穩運行。

［1］張德姜，王懷義，劉紹葉.石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊第一篇設計與計算［M］.北京：中國石化出版社，1994.［2］American Petroleum Institute.API standard

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

［3］中國石化工程建設公司.SH/T3007-2007石油化工儲運系統罐區設計規范［S］.北京：中國石化出版社，2008.

［4］王榮貴，劉道芬.常壓、低壓儲罐呼吸量的確定及呼吸閥的選用［J］.化肥設計，2007，4（2）.

王云（1983- ），油氣儲運工程師，注冊化工工程師，2008年畢業于遼寧石油化工大學，從事油氣田地面工程工藝設計工作。