国外固定顶储罐呼吸阀通气量计算方法

杨梅，李大昌，王斌

中国石油工程建设有限公司华北分公司（河北 任丘 062550）

0 引言

储存甲B、乙类液体的固定顶储罐和地上卧式储罐，采用氮气或其他惰性气体密封保护系统的储罐，在其通向大气的通气管上应设呼吸阀[1]。呼吸阀是保护储罐安全的重要附件，由压力阀和真空阀组成[2]。通常情况下，呼吸阀关闭，保持储罐密闭，减少介质挥发，降低油品蒸发损耗[3-4]；必要时，呼吸阀自动通气，平衡储罐内外压力，避免储罐超压或抽空，保护储罐[5]。呼吸阀的选型应根据呼吸阀通气量曲线来确定[6]，因此其通气量计算至关重要。

油品进出储罐、环境温度变化、火灾工况均会对呼吸阀的通气量造成影响[7]，通常应考虑以下工况[8]：油品出罐最大流量导致的吸入量；气相空间最大温降导致蒸气压缩或冷凝引起的吸入量；油品进罐最大流量及进罐引起油品蒸发导致的呼出量；气相空间最大温升导致蒸气膨胀或蒸发引起的呼出量；火灾工况导致的紧急放空量。储罐正常运行情况下，至少应考虑因油品进出和温度变化导致的通气量之和[9]。

1 基于美国标准的通气量计算

根据API STD 2000—2014《常压与低压储罐通风》，接收液态石油或石油产品的地上立式固定顶储罐，在正常运行工况下，呼吸阀通气量通常可以按以下两种方法确定[8]。

1.1 列表法

1.1.1 前提条件

当储罐符合以下条件时，可采用此方法计算呼吸阀通气量[8]：①罐容小于30 000 m3；②气相空间最高运行温度48.9 ℃；③储罐无保温；④储存温度和油品进罐温度低于油品在最大运行压力下的沸点。此方法不适用于蒸气冷凝导致的额外体积变化[10]。

1.1.2 通气量计算

油品进出和温度变化导致的通气量见表1、表2。

表1 正常运行工况下的通气量

表2 温度变化导致的通气量

1.2 公式法

当储罐不满足上述列表法的假设条件时，采用公式法确定呼吸阀的通气量。

1.2.1 油品进出导致的通气量

1）呼吸阀呼出量为：

式中：Vop为呼吸阀呼出量，m3/h；Vpf为油品最大进罐流量，m3/h。

2）呼吸阀吸入量为：

式中：Vip为呼吸阀吸入量，m3/h；Vpe为油品最大出罐流量，m3/h。

1.2.2 温度变化导致的通气量

1）呼吸阀呼出量，温度升高导致的最大呼出量VOT计算如下：

式中：Y为纬度系数，无量纲，见表3；Vtk为罐容，m3；Ri为保温层缩减系数，其确定如下[11]：

表3 纬度系数Y

①无保温层，Ri=1。

②完全保温，Ri=Rin，其计算见式（5）。

式中：h为内部传热系数，W/(m2·K)，通常假设典型储罐的内部传热系数为4 W/(m2·K)；lin为保温层厚度，m；λin为保温层导热系数，W/(m2·K)。

③局部保温，Ri=Rinp，其计算见式（6）。

式中：ATTS为储罐表面积（罐壁和罐顶），m2；Ainp为储罐保温的表面积，m2。

2）呼吸阀吸入量，温度降低导致的最大吸入流量VIT，按式（7）计算。

式中：C为基于蒸气压、平均储存温度、纬度的系数，见表4；保温层缩减系数Ri的确定同前。

表4 不同条件下的系数C

2 基于欧洲标准的通气量计算

BS EN 14015—2004[12]《在室温和高于室温条件下液体储存所用现场建造的立式、圆柱形、平底、地上用焊接钢贮罐的设计和制造规范》，规定了储存常温及高温液体的立式圆筒形钢制储罐在选材、设计、制造、安装等方面的要求，针对设计压力小于50 kPa的固定顶储罐，其呼吸阀通气量按以下方法计算。公式中各符号的定义和取值参见美国标准计算方法。

2.1 油品进出导致的通气量

1）储存温度低于40 ℃或油品蒸气压等于5 kPa，呼吸阀呼出量为：

对于甲烷等产品，考虑到进罐时产生的气体，呼吸阀呼出量为：

储存温度高于40 ℃或油品蒸气压大于5 kPa，呼出量随相应蒸发率增大。

2）呼吸阀吸入量为：

2.2 温度变化导致的通气量

1）呼吸阀呼出量计算如下：

式中：ΔPap为积聚的压力，mbar（1 mbar=100 Pa），此值小于5 mbar（500 Pa）或不确定时，Ri=1。

2）呼吸阀吸入量计算如下：

式中：△Pav为积聚的负压，Pa；Pvp为油品在最大运行温度下的蒸气压，Pa，不确定时Ri=1。

式（11）～（14）适用于储罐无保温的情况，当储罐有保温时，缩减系数Ri按式（5）或式（6）计算。

3 结束语

正常运行工况下，呼吸阀通气量需要考虑油品进出罐流量和环境温度变化。根据API 2000—2014，当罐容、运行温度等参数满足条件时，按美国标准列表法计算通气量。考虑油品进出影响，对比美国标准和欧洲标准，当油品蒸气压≤5 kPa，呼出量的计算结果一致，均等于最大进罐流量；当油品蒸气压＞5 kPa，美国标准的呼出量等于2 倍进罐流量，欧洲标准中甲烷等产品的呼出量等于1.7 倍进罐流量，美国标准计算结果更大；美国标准和欧洲标准的吸入量计算结果一致，均等于最大出罐流量。考虑温度变化影响，美国标准和欧洲标准的计算方法一致，但欧洲标准补充了储罐无保温时缩减系数的计算公式，美国标准则认为储罐无保温时的缩减系数为1。欧美标准方法可供我国同类储罐通气量的计算参考。