Покупателям


Дыхательная арматура

Дыхательная арматура резервуаров включает дыхательные и предохранительные клапаны. Назначение дыхательной арматуры состоит в следующем. При заполнении резервуаров или повышении температуры в газовом пространстве давление в них возрастает. Так как резервуары рассчитаны на давление, близкое к атмосферному, их может просто разорвать. Чтобы этого не происходило, на резервуарах установлены дыхательные и предохранительные клапаны. Первые открываются, как только избыточное давление в газовом пространстве достигнет величины, как правило, равной 2000 Па, предел срабатывания вторых— на 5-10% выше.

Дыхательная арматура защищает резервуары и от смятия при снижении давления в них (либо при опорожнении, либо при уменьшении температуры в газовом пространстве). Как только вакуум достигает допустимой величины, открываются дыхательные клапаны, в газовое пространство резервуаров поступает атмосферный воздух. Если их пропускная способность недостаточна и вакуум продолжает увеличиваться, то открываются предохранительные клапаны.

В настоящее время на резервуарах устанавливаются дыхательные клапаны типов СМДК, КДМ, НДКМ и КДС. Рассмотрим их конструкцию.

Совмещенный механический дыхательный клапан СМДК состоит из литого корпуса 8, в котором заключены тарелка давления 6 с грузами 7 и тарелка вакуума 3. Они перемещаются по направляющим стержням 1 и 9. Доступ к тарелкам давления и вакуума обеспечивается через крышки 4, фиксируемые с помощью барашков 5. Для предотвращения загрязнения внутренней полости клапана служат защитные сетки 10 и 12. Защиту газового пространства от открытого пламени обеспечивает встроенная кассета огнепреградителя 11.

При достижении давлением в газовом пространстве резервуара заданной величины тарелка давления 6 приподнимается, и паровоздушная смесь через сетку 10 вытесняется в атмосферу. Если же в газовом пространстве возникает вакуум, соответствующий настройке клапана, то приподнимается тарелка вакуума 3 и атмосферный воздух через сетку 12 подсасывается в резервуар.

image18

Принципиальная схема дыхательного клапана СМДК:
1, 9— направляющие стержни; 2— прокладка; 3— тарелка вакуума; 4 — крышки; 5 — барашек; 6 — тарелка давления; 
7 — грузы; 8 — корпус клапана; 10,12 — защитные сетки; 11 — кассета огнепреградителя

На рисунке ниже приведена принципиальная схема дыхательного клапана типа К ДМ-50. Он устроен следующим образом. В корпусе 1 установлены седла клапанов давления 5 и вакуума 6, на которые опускаются соответствующие тарелки 7 и 8. От прямого воздействия ветра и атмосферных осадков тарелка давления защищена крышкой 9. Корпус клапана через кассету огнепреградителя 3 соединен с фланцем-переходником 4, который, в свою очередь, устанавливается на монтажный патрубок резервуара.

Специальное тефлоновое покрытие затворов вакуума и давления обеспечивает надежную работу клапана при низких температурах. Поэтому его можно использовать в условиях Сибири и Крайнего Севера.

image17

Принципиальная схема механического дыхательного клапана КДМ-50:
1 — корпус; 2 — крышка корпуса; 3 — кассета огнепреградителя; 4 — фланец — переходник; 5 — седло клапана давления; 
6 — седло клапана вакуума; 7 — тарелка клапана давления; 8 — тарелка клапана вакуума; 9 — крышка

Непримерзающий мембранный дыхательный клапан типа НДКМ содержит соединительный патрубок 1 с седлом 2, тарелку 3 с нижней мембраной 4, зажатой между фланцами нижней 5 и верхней 6 частей корпуса, верхнюю мембрану 8 с дисками 9 и регулировочными грузами 10. Мембрана 8 закреплена в крышке в которой имеются отверстия для сообщения камер под крышкой с атмосферой при помощи трубки 12. Диски 9 и тарелки 3 соединены цепочками 14. Межмембранная камера через импульсную трубку 15 сообщается с газовым пространством резервуара. В нижней части корпуса размещен кольцевой огнепреградитель 16. Для удобства обслуживания клапан имеет боковой люк 7. Амортизирующая пружина 13 предназначена для предотвращения удара грузов 10 о крышку клапана 11.

image19

Непримерзающий мембранный дыхательный клапан типа НДКМ:

1 — соединительный патрубок; 2 — седло; 3 — тарелка; 4 — мембрана; 5 — нижняя часть корпуса; 6 — верхняя часть корпуса; 7— боковой люк; 8— верхняя мембрана; 9— диски; 10 — регулировочные грузы; 11 — крышка; 12— трубка; 13— амортизирующая пружина; 14 — цепочки для соединения дисков; 15 — импульсная трубка; 16 — огнепреградитель

Мембрану изготовляют из бензостойкой прорезиненной ткани. Непримерзаемость тарелки к седлу обеспечивается покрытием соприкасающихся поверхностей фторопластовой пленкой.

Клапан работает следующим образом. При создании в резервуаре (а соответственно, и в межмембранной камере) разряжения, соответствующего пределу срабатывания клапана, тарелка 3 поднимается, и в газовое пространство поступает атмосферный воздух. При повышении давления в резервуаре сила давления на верхнюю мембрану благодаря большей ее площади выше, чем на нижнюю. Если разность сил превышает вес тарелки 3 и диска 9 с грузом 10, то верхняя мембрана, прогибаясь вверх, увлекает за собой тарелку 3, открывая путь паровоздушной смеси в атмосферу.

Клапан дыхательный северного исполнения типа КДС состоит из корпуса 1, на боковых поверхностях которого расположены четыре «окна» с фланцами. На фланцы «окон» прикреплены четыре вакуумных затвора, служащих для поступления воздуха в резервуар.

Каждый вакуумный затвор состоит из седла, тарелки вакуума 2, а также кронштейна с хомутом, которые крепятся к корпусу и ограничивают перемещение тарелки относительно седла. В верхней части клапана находится затвор давления, на которое садится тарелка давления 3,предназначенная для выпуска паровоздушной смеси из резервуара. Контактирующие поверхности всех тарелок и седел покрыты фторопластовой пленкой.

image20

Клапан дыхательный северного исполнения типа КДС:
1 — корпус; 2 — тарелка вакуума; 3 — тарелка давления; 4 — переходник; 5 — кассета огнепреградителя; 6 — крышка; 7 — кожух

Для защиты от прямого воздействия атмосферных осадков и ветра клапан имеет крышку 6 и четыре кожуха 7 для вакуумных затворов.

Аналогичную конструкцию имеют дыхательные клапаны типа КДМ-200.

Сведения об основных типах дыхательных клапанов резервуаров нефтебаз приведены в таблице ниже.

Из таблицы видно, что клапаны типов СМДК и КДМ имеют сравнительно низкую пропускную способность, а НДКМ и КДС — относительно высокую, а также что дыхательные клапаны рассчитаны на избыточное давление 1400—2000 Па и вакуум — 150—250 Па.

Принцип работы гидравлических предохранительных клапанов иллюстрирует рисунок ниже.


Технические характеристики дыхательных клапанов

Тип

Ду,мм

Пропускная способность (не менее), м;

Условия срабатывания

Избыточное давление, Па

Вакуум, Па

СМДК-50

50

25

2000

250

СМДК-50

50

25

2000

250

СМДК-100

100

25

2000

250

СМДК-150

150

142

2000

250

СМДК-200

200

250

2000

250

СМДК-250

250

300

2000

250

СМДК-350

350

420

2000

250

КДМ-50

50

22

2000

250

КДМ-200/50

50

35

1400

150

КДМ-200/100

100

150

1400

150

КДМ-200

150

200

1400

150

200

220

1400

150

250

250

1400

150

350

3000

2000

200

500

1500

2000

250

КДС-3000

250

1100

2000

250

350

2400

2000

250

500

3000

2000

250

КДМ-200/250

250

250

1400

150

image21
image22

Схема работы предохранительного гидравлического клапана:
а — при давлении в резервуаре, равном атмосферному; б — при избыточном давлении в газовом пространстве резервуара; в — при вакууме в нем; 1 — штуцер; 2 — подвижный цилиндр; 3 — внешний неподвижный цилиндр

Целью расчета предохранительного клапана является определение его геометрических размеров. Он выполняется исходя из следующих соображений:

1)   при работе на избыточное давление ри клапан должен создать гидравлический затвор высотой hв = pw/pg, а при работе на вакуум рв — затвор высотой hи = pи/pg;

2)   площади поперечных сечений газоходов, заполненных жидкостью (F1 и F2), должны быть больше площади поперечного сечения штуцера /, что объясняется необходимостью предотвращения уноса жидкости из клапана при прохождении газов через гидравлический затвор.

При расчетах принимают, что F1≈3f. Выражая величины площадей, можем записать

2,9

откуда D1=2d

Для определения высоты h установки подвижного цилиндра также принимают, что F2≈ 3f. Выражая величины F2 и f, получаем

2,101

откуда с учетом формулы выше находим h≈3d/8

Диаметр внешнего неподвижного цилиндра найдем из условия сохранения объема жидкости гидравлического затвора

2,11

Левая часть данного уравнения составлена для момента, когда через предохранительный клапан вытесняется паровоздушная смесь, а правая — для момента, когда в резервуар подсасывается воздух.

После сокращения одинаковых слагаемых и сомножителей формула  принимает вид

2,11,1

Отсюда находим, что

image24

Необходимый уровень налива жидкости гидравлического затвора h3 найдем также из уравнения баланса объемов, но иного вида

image26

Для работы в комплекте с непримерзающими дыхательными клапанами типа НДКМ предназначены предохранительные гидравлические клапаны типа КПГ, либо КПС.

Клапан типа КПГ состоит из корпуса 7 с присоединительным фланцем, чашки 6, предназначенной для размещения жидкости гидрозатвора, экрана 4, предотвращающего выброс жидкости при срабатывании клапана, кассеты огнепреградителя 3, крышки 2 для защиты от атмосферных осадков и трубки 1 для слива и налива жидкости.

Клапан работает следующим образом. При повышении давления в резервуаре и полости А жидкость из чашки б выбрасывается через патрубок и, отражаясь от экрана 4, собирается в кольцевой полости Б. При вакууме в резервуаре жидкость вытесняется из патрубка в чашку 6 и при срабатывании выбрасывается на стенки корпуса, по которым стекает в кольцевую полость В.

image23

Предохранительный гидравлический клапан типа КПГ:
I — трубка для слива и налива жидкости; 2 — крышка для защиты от атмосферных осадков; 3 — огнепреградитель; 4 — экран; 5,8 — патрубки; 6 — чашка для размещения жидкости гидрозатвора; 7 — корпус с присоединительным фланцем

image27

Предохранительный гидравлический клапан типа КПС:

1 — пробка; 2 — сливная труба; 3 — корпус; 4 — колпак; 5 — труба с отбойными козырьками; 6 — растяжка; 7 — крышка; 8 — воронка; 9 — щуп

После срабатывания клапана газовое пространство резервуара сообщается с атмосферой, и клапан работает,как «сухой», обеспечивая высокую пропускную способность. Выброшенная жидкость сливается через сливные штуцеры и используется при повторной заливке.

Предохранительный клапан типа КПС состоит из корпуса 3, колпака 4, крышки 7, трубы 5 с отбойными козырьками и снабжен сливной трубой 2 с пробкой 1, воронкой 8 для залива рабочей жидкости (трансформаторного масла), щупом 9 и растяжками 6.

При повышении давления в газовом пространстве резервуара жидкость гидравлического затвора вытесняется из внутреннего кольцевого пространства во внешнее до тех пор, пока уровень не понизится до нижнего зубчатого обреза колпака. После этого паровоздушная смесь вытесняется в атмосферу. Для уменьшения уноса жидкости с ПВС к крышке 7 и трубе 5 крепят отбойные козырьки. При создании вакуума в газовом пространстве жидкость гидравлического затвора вытесняется во внутреннее кольцевое пространство, и подсасываемый воздух барботирует сквозь нее.

Воронка 8 служит для залива жидкости гидравлического затвора в корпус клапана, а сливная труба 2 — для ограничения ее верхнего уровня при заливе. Для контроля за уровнем во время эксплуатации клапан снабжен щупом 9. Чтобы слить рабочую жидкость из клапана, пользуются отверстием, перекрываемым пробкой 1.

Клапан устанавливается на фланец огневого предохранителя и дополнительно крепится к крыше резервуара с помощью растяжек 6.

При одинаковом условном проходе клапаны типа КПГ обладают значительно большей пропускной способностью, чем клапаны типа КПС.

Недостатком предохранительных клапанов гидравлического типа является постепенный унос рабочей жидкости, что доставляет неудобства при их эксплуатации. Поэтому в ряде случаев в качестве предохранительных используются дыхательные клапаны типа КДС. При этом их настраивают с запасом в 10% по сравнению с дыхательными.

Дыхательная арматура не только предотвращает разрушение резервуаров вследствие чрезмерно больших давления или вакуума, но и являются первичным средством сокращения потерь нефтепродуктов от испарения. Во-первых, эта арматура находится в нормально закрытом состоянии, чем предотвращается вентиляция газового пространства резервуаров. Во-вторых, впуск свежей порции воздуха в резервуар (для насыщения которой должно испариться некоторое количество углеводородной жидкости), как и выпуск паровоздушной смеси из него, происходит не в момент изменения давления в газовом пространстве, а с запаздыванием, определяемым пределами срабатывания дыхательной арматуры. Тем самым объем «дыханий», а значит, и потери нефтепродуктов уменьшаются.

Тип и количество дыхательных клапанов выбираются в соответствии с их техническими характеристиками  и минимально необходимой суммарной пропускной способностью дыхательной арматуры.

В процессе эксплуатации наибольшие расходы газовой смеси имеют место при заполнении-опорожнении резервуаров. Следует иметь в виду, что при их заполнении легкоиспаряющимися нефтепродуктами расход вытесняемой паровоздушной смеси (ПВС) складывается из расхода закачки и расхода испаряющегося при этом нефтепродукта. В то же время при опорожнении резервуаров с легкоиспаряющимися нефтепродуктами расход подсасываемого воздуха складывается из расхода откачки и дополнительного расхода на то, чтобы компенсировать разность плотностей ПВС и воздуха. Методы расчета этих расходов изложены в работах автора. Упрощенные формулы для нахождения расчетных расходов газовой смеси имеют вид (м3/ч):
  • для клапанов давления
1 - 0036
  • для клапанов вакуума
1 - 0036,1
где QПВC, Q3 — расходы паровоздушной смеси и закачиваемого нефтепродукта; Qв, Qот — расходы подсасываемого воздуха и откачиваемого нефтепродукта; Vp — геометрический объем резервуара.

Величины Qпвс и QB через все дыхательные клапаны, установленные на резервуаре, не должны превышать 85% от их суммарной проектной пропускной способности.

При хранении высоковязких нефтепродуктов, отличающихся очень низкой испаряемостью, вместо дыхательных и предохранительных клапанов резервуары оснащают вентиляционными патрубками. Они представляют собой короткую металлическую трубу, оснащенную коническим козырьком, предотвращающим попадание внутрь резервуара дождевой воды и снега.

Вентиляционные патрубки устанавливают также на крыше резервуаров с понтонами (чтобы обеспечить выдувание паров нефтепродукта из надпонтонного пространства и концентрацию углеводородов в нем меньшую, чем нижний предел интервала взрываемости). Кроме того, вентиляционный патрубок размещается над трубчатыми направляющими 20 резервуаров с плавающей крышей.

Техническим специалистам