油罐呼吸阀的选用和维护保养

马登华，王勇平(中国石油玉门油田炼油化工总厂，甘肃 酒泉 735200)

0 引言

储罐是石油化工行业重要的存储设备，由于存储介质往往都有易燃易爆特性，发生事故后产生的能量大，破坏强，不但给企业造成巨大损失，而且对环境的损害也非常大。储罐安全附件的正确选用和管理，是控制风险，保障安全的可靠手段。根据GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范》6.2.19条规定：“甲B、乙类液体的固定顶罐应设阻火器和呼吸阀”。

1 呼吸阀的作用和原理

1.1 呼吸阀的作用

存储甲B和乙类(按火灾危险性分类)轻质油品的拱顶罐是可以承受微正压和微负压的密闭容器。由于环境温度变化会引起油罐内气相空间压力的变化，导致储罐内压力上升或者下降，称之为“小呼吸”。在日常收发油作业过程中，随着储罐内油品液位的上升和下降，储罐内气相压力会有明显变化，称之为“大呼吸”。呼吸阀的作用就是在储罐内压力变化时及时“呼”和“吸”，保证储罐内气相压力在一定范围内，避免压力过大引起储罐鼓包，或者压力过低导致储罐抽瘪。呼吸阀所控制的一定压力范围避免了油气和空气随意进出，既减少了油气损耗，又降低了有毒有害气体对环境的污染[1]。

1.2 呼吸阀的动作原理

呼吸阀一般垂直安装在储罐的顶部。它是利用呼气阀盘的重量来控制罐内的正压力，利用吸气阀盘的重量控制罐内的真空度。当储罐内气相压力大于允许最高工作压力值时，呼气阀盘被顶开，混合油气向外逸出(呼出)，罐内压力不再升高。当储罐内气相压力(真空度)小于允许最低工作压力时，真空阀盘被顶开，空气向罐内补充(吸入)，维持罐内压力平衡。呼吸阀的两种作用情况如图1和图2所示。

1.3 呼吸阀的结构

呼吸阀为呼气阀和吸气阀并为一体后的总称，主要有阀体、阀盘、阀座、阀杆、导向套等组成。呼吸阀的结构如图1和图2所示。图中所示呼吸阀呼气端与吸气端为同轴结构，呼气端与吸气端也可为并列结构。呼吸阀的开启压力取决于阀盘的重量[2]。

图1 罐内压力大于大气压时的工作状态

图2 罐内压力小于大气压时的工作状态

1.4 呼吸阀型号表示方法

GF(呼吸阀规格)×(产品型式代号)×××(公称直径)- ×(开启压力等级代号)

举例：开启压力为+355～-295 Pa，公称通径为50 mm全天候呼吸阀表示为：GFQ50-A。

2 呼吸阀的选用

呼吸阀的选择事关储罐运行安全，在选择储罐呼吸阀时要考虑呼吸阀的使用温度，工作压力，通气量等因素。

2.1 呼吸阀的适用温度

由于呼吸阀的阀盘在低温状态下存在冻结风险，如果选用不当可能在储罐需要“呼吸”时阀盘不能打开，导致储罐超压鼓包或真空抽瘪，所以首先要选用适合环境条件的呼吸阀。通常温度低于0 ℃的地区需要选用全天候呼吸阀(适用操作温度-30～60 ℃)，其他地区可以选用普通型呼吸阀(适用操作温度0～60 ℃)。全天候呼吸阀发盘和阀座密封部位以及导向衬套和阀杆衬套应采用聚四氟乙烯树脂材料；普通型呼吸阀上述部位无需增设聚四氟乙烯材料接触面，启发做客采用铝合金铸件。

2.2 呼吸阀的适用压力

呼吸阀阀体在出厂前必须完成水压实验，实验液体为5～35 ℃洁净水，实验压力0.2 MPa，保压时间10 min，无渗漏和变形。呼吸阀阀盘的开启压力必须小于储罐设计压力，并按照表1选用。开启压力不应大于表中的规定值，其允许偏差为：正压-20～0 Pa；负压0～20 Pa。要求阀盘的开启高度不应小于呼吸阀工称直径的0.3倍。

表1 呼吸阀的开启压力分级表

2.3 呼吸阀的规格及通气量

呼吸阀通气量确定是呼吸阀选择的关键，通气量过大，阀体就大既会造成浪费，又会增加罐顶负荷；通气量过小，在储罐“呼吸”时不能满足需要，会造成储罐超压鼓包变形或真空抽瘪。影响呼吸阀通气量的因素主要有环境温度变化，介质挥发性、闪点，最大收发油速度和储罐容积、事故状态下的温度变化等多个方面。具体计算参照GB 50341—2003，计算结果如表2所示。

表2 呼吸阀的规格与通气量

呼吸阀安装在储罐顶部，静电和雷电都有引燃呼吸口的可能，为此呼吸阀必须和阻火器配套使用，SH/T 3007—2014第5.1.9有明确要求。GB 5908—2005规定阻火器的通气量应与呼吸阀一致。呼吸阀的规格应按照确定的通气量或通气量曲线来选定，当缺乏呼吸阀通气量曲线时，可按照SH/T 3007—2014第5.17确定。

3 呼吸阀常见故障分析

呼吸阀在使用过程中如果不及时检查和维护保养，在一定条件下可能失效，导致油罐呼吸阀达到工作压力时不能动作，造成油罐超压(大于正压，小于负压)，引发憋罐鼓包或真空吸瘪事故，造成油罐损坏引发安全事故。常见故障及原因分析如下：

漏气：一般发生在法兰连接处和阀座密封面处，法兰连接处泄漏主要发生原因是垫片尺寸选用不合适，紧固不均匀；阀座密封面泄漏主要是因为密封面锈蚀、积碳堆积、划伤接触面，阀盘或阀座变形以及阀盘导杆受力倾斜等原因造成。漏气不会引发憋压或真空，但会导致油气损失加大。

堵塞：一般发生在和呼吸阀配合使用的阻火器上。主要是因为呼吸阀和阻火器维护保养不到位，致使灰尘和油气形成的油泥、锈渣等杂物沉积于阻火器通气孔内逐步堵塞。通气口护网破损情况下，蜂或鸟在呼吸阀口筑巢也可能引起呼吸阀堵塞。呼吸阀堵塞会导致呼吸阀呼吸量下降。

黏接卡死：一般发生在阀盘和阀座之间及阀杆和导向槽之间。普通型呼吸阀阀体黏结主要是因为油蒸气引发积碳或形成胶质，并与沉积于阀盘、阀座、导杆上的尘土等杂物混合沉积，久而久之使阀盘与阀座或导杆粘结在一起，引起阀盘超重。全天候呼吸阀阀杆外包裹的聚四氟乙烯衬套老化膨胀会导致阀杆和护套黏结卡死。

冻结：主要发生在气温低于0 ℃的北方地区。因为气温变化，空气中的水分在环境温度低于露点时会在呼吸阀的阀盘、阀座和导杆等部位凝结，条件允许时就会结冰冻结，导致呼吸阀阀不能工作。

4 呼吸阀的维护保养

呼吸阀和阻火器的维护保养同时进行。为了确保呼吸阀和阻火器的可靠好用，在安装呼吸阀和阻火器前，必须认真阅读厂家提供的说明书，并仔细核对设定压力和通径与所装储罐的设计要求是否一致。在使用过程中，呼吸阀必须定期检查和维护保养。

4.1 定期检查维护要求

呼吸阀和阻火器每月必须检查一次呼吸情况并作好记录。每季度需要打开维护保养一次。

4.2 维护保养方法

(1)将阀盖轻轻打开(阀盖和阀盘之间有导电游丝，避免动作过大损坏游丝)，把真空阀盘和正压阀盘取出，检查阀盘与阀座密封处有无油污和脏物，如出现油污和脏物应清除干净。阀盘导杆与导杆套必须光洁，活动灵活。阀盘和阀体(阀盖)之间的导电游丝必须完好。(2)检查正常后，按顺序恢复各部件，紧固好阀盖螺栓。(3)如果阀盘有机械损伤导致密封损坏或阀盘重量改变等现象，应更换阀盘或整改密封面，以确保呼吸阀满足生产需要。(4)检查波纹阻火层(一般为双层)是否堵塞、变形，框架是否腐蚀。(5)使用煤油浸泡、蒸汽吹扫等方法清洗疏通被堵塞的阻火层波纹孔，保证每个孔眼畅通，通气量不足或变形严重的阻火器要及时更换。(6)阻火器保养后按顺序回装固定。如果呼吸阀和阻火器为分体式，要确保链接法兰等电位连接。

5 结语

为了避免呼吸阀失效后储罐发生事故，近几年各企业采用呼吸阀和液压安全阀配套使用的方案。一般液压安全阀动作的压力高于呼吸阀动作压力的5%～10%。随着环保要求的进一步提高，油品储罐逐步采取氮封保护措施，避免油气泄漏，呼吸阀也进一步发展为和呼吸人孔配套使用。