油罐呼吸閥的選用和維護保養

馬登華，王勇平(中國石油玉門油田煉油化工總廠，甘肅 酒泉 735200)

0 引言

儲罐是石油化工行業重要的存儲設備，由于存儲介質往往都有易燃易爆特性，發生事故后產生的能量大，破壞強，不但給企業造成巨大損失，而且對環境的損害也非常大。儲罐安全附件的正確選用和管理，是控制風險，保障安全的可靠手段。根據GB 50160—2008《石油化工企業設計防火規范》6.2.19條規定：“甲B、乙類液體的固定頂罐應設阻火器和呼吸閥”。

1 呼吸閥的作用和原理

1.1 呼吸閥的作用

存儲甲B和乙類(按火災危險性分類)輕質油品的拱頂罐是可以承受微正壓和微負壓的密閉容器。由于環境溫度變化會引起油罐內氣相空間壓力的變化，導致儲罐內壓力上升或者下降，稱之為“小呼吸”。在日常收發油作業過程中，隨著儲罐內油品液位的上升和下降，儲罐內氣相壓力會有明顯變化，稱之為“大呼吸”。呼吸閥的作用就是在儲罐內壓力變化時及時“呼”和“吸”，保證儲罐內氣相壓力在一定范圍內，避免壓力過大引起儲罐鼓包，或者壓力過低導致儲罐抽癟。呼吸閥所控制的一定壓力范圍避免了油氣和空氣隨意進出，既減少了油氣損耗，又降低了有毒有害氣體對環境的污染[1]。

1.2 呼吸閥的動作原理

呼吸閥一般垂直安裝在儲罐的頂部。它是利用呼氣閥盤的重量來控制罐內的正壓力，利用吸氣閥盤的重量控制罐內的真空度。當儲罐內氣相壓力大于允許最高工作壓力值時，呼氣閥盤被頂開，混合油氣向外逸出(呼出)，罐內壓力不再升高。當儲罐內氣相壓力(真空度)小于允許最低工作壓力時，真空閥盤被頂開，空氣向罐內補充(吸入)，維持罐內壓力平衡。呼吸閥的兩種作用情況如圖1和圖2所示。

1.3 呼吸閥的結構

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、導向套等組成。呼吸閥的結構如圖1和圖2所示。圖中所示呼吸閥呼氣端與吸氣端為同軸結構，呼氣端與吸氣端也可為并列結構。呼吸閥的開啟壓力取決于閥盤的重量[2]。

圖1 罐內壓力大于大氣壓時的工作狀態

圖2 罐內壓力小于大氣壓時的工作狀態

1.4 呼吸閥型號表示方法

GF(呼吸閥規格)×(產品型式代號)×××(公稱直徑)- ×(開啟壓力等級代號)

舉例：開啟壓力為+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

呼吸閥的選擇事關儲罐運行安全，在選擇儲罐呼吸閥時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下存在凍結風險，如果選用不當可能在儲罐需要“呼吸”時閥盤不能打開，導致儲罐超壓鼓包或真空抽癟，所以首先要選用適合環境條件的呼吸閥。通常溫度低于0 ℃的地區需要選用全天候呼吸閥(適用操作溫度-30～60 ℃)，其他地區可以選用普通型呼吸閥(適用操作溫度0～60 ℃)。全天候呼吸閥發盤和閥座密封部位以及導向襯套和閥桿襯套應采用聚四氟乙烯樹脂材料；普通型呼吸閥上述部位無需增設聚四氟乙烯材料接觸面，啟發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驗，實驗液體為5～35 ℃潔凈水，實驗壓力0.2 MPa，保壓時間10 min，無滲漏和變形。呼吸閥閥盤的開啟壓力必須小于儲罐設計壓力，并按照表1選用。開啟壓力不應大于表中的規定值，其允許偏差為：正壓-20～0 Pa；負壓0～20 Pa。要求閥盤的開啟高度不應小于呼吸閥工稱直徑的0.3倍。

表1 呼吸閥的開啟壓力分級表

2.3 呼吸閥的規格及通氣量

呼吸閥通氣量確定是呼吸閥選擇的關鍵，通氣量過大，閥體就大既會造成浪費，又會增加罐頂負荷；通氣量過小，在儲罐“呼吸”時不能滿足需要，會造成儲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境溫度變化，介質揮發性、閃點，最大收發油速度和儲罐容積、事故狀態下的溫度變化等多個方面。具體計算參照GB 50341—2003，計算結果如表2所示。

表2 呼吸閥的規格與通氣量

呼吸閥安裝在儲罐頂部，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規定阻火器的通氣量應與呼吸閥一致。呼吸閥的規格應按照確定的通氣量或通氣量曲線來選定，當缺乏呼吸閥通氣量曲線時，可按照SH/T 3007—2014第5.17確定。

3 呼吸閥常見故障分析

呼吸閥在使用過程中如果不及時檢查和維護保養，在一定條件下可能失效，導致油罐呼吸閥達到工作壓力時不能動作，造成油罐超壓(大于正壓，小于負壓)，引發憋罐鼓包或真空吸癟事故，造成油罐損壞引發安全事故。常見故障及原因分析如下：

漏氣：一般發生在法蘭連接處和閥座密封面處，法蘭連接處泄漏主要發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為密封面銹蝕、積碳堆積、劃傷接觸面，閥盤或閥座變形以及閥盤導桿受力傾斜等原因造成。漏氣不會引發憋壓或真空，但會導致油氣損失加大。

堵塞：一般發生在和呼吸閥配合使用的阻火器上。主要是因為呼吸閥和阻火器維護保養不到位，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逐步堵塞。通氣口護網破損情況下，蜂或鳥在呼吸閥口筑巢也可能引起呼吸閥堵塞。呼吸閥堵塞會導致呼吸閥呼吸量下降。

黏接卡死：一般發生在閥盤和閥座之間及閥桿和導向槽之間。普通型呼吸閥閥體黏結主要是因為油蒸氣引發積碳或形成膠質，并與沉積于閥盤、閥座、導桿上的塵土等雜物混合沉積，久而久之使閥盤與閥座或導桿粘結在一起，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導致閥桿和護套黏結卡死。

凍結：主要發生在氣溫低于0 ℃的北方地區。因為氣溫變化，空氣中的水分在環境溫度低于露點時會在呼吸閥的閥盤、閥座和導桿等部位凝結，條件允許時就會結冰凍結，導致呼吸閥閥不能工作。

4 呼吸閥的維護保養

呼吸閥和阻火器的維護保養同時進行。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，必須認真閱讀廠家提供的說明書，并仔細核對設定壓力和通徑與所裝儲罐的設計要求是否一致。在使用過程中，呼吸閥必須定期檢查和維護保養。

4.1 定期檢查維護要求

呼吸閥和阻火器每月必須檢查一次呼吸情況并作好記錄。每季度需要打開維護保養一次。

4.2 維護保養方法

(1)將閥蓋輕輕打開(閥蓋和閥盤之間有導電游絲，避免動作過大損壞游絲)，把真空閥盤和正壓閥盤取出，檢查閥盤與閥座密封處有無油污和臟物，如出現油污和臟物應清除干凈。閥盤導桿與導桿套必須光潔，活動靈活。閥盤和閥體(閥蓋)之間的導電游絲必須完好。(2)檢查正常后，按順序恢復各部件，緊固好閥蓋螺栓。(3)如果閥盤有機械損傷導致密封損壞或閥盤重量改變等現象，應更換閥盤或整改密封面，以確保呼吸閥滿足生產需要。(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，保證每個孔眼暢通，通氣量不足或變形嚴重的阻火器要及時更換。(6)阻火器保養后按順序回裝固定。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 結語

為了避免呼吸閥失效后儲罐發生事故，近幾年各企業采用呼吸閥和液壓安全閥配套使用的方案。一般液壓安全閥動作的壓力高于呼吸閥動作壓力的5%～10%。隨著環保要求的進一步提高，油品儲罐逐步采取氮封保護措施，避免油氣泄漏，呼吸閥也進一步發展為和呼吸人孔配套使用。