Дыхательные клапаны

Дыхательные клапаны предназначены для герметизации газового пространства резервуаров и регулирования давления в заданных пределах с целью сокращения потерь от испарения нефтепродуктов. Также дыхательные клапаны позволяют защитить резервуар от проникновения пыли, песка, грязи, уменьшить загрязнение окружающей среды и т.д.

Рис. 5.1. Дыхательный клапан типа КДС

По устойчивости к воздействию климатических факторов внешней среды дыхательные клапаны изготовляются в исполнениях У (умеренный климат) и УХЛ (холодный климат с нижним пределом температуры эксплуатации до –60 °С). Для сложных условий Сибири и Крайнего Севера дыхательный клапан изготавливается со специальным тефлоновым покрытием.Существуют дыхательные клапаны различных типов: клапан КДС (рис. 5.1), клапан КДМ, клапан СМДК.

Принцип действия дыхательного клапана типа КДС

Штампосварной корпус клапана КДС-1500 выполнен в виде четырехугольного бункера, на боковых поверхностях которого выкатаны седла для вакуумных затворов. Затвор вакуума состоит из тарелки вакуума, прикрывающей седло вакуума в корпусе, и кронштейна с фторопластовым хлястиком, которые крепятся к корпусу и ограничивают смещение тарелки относительно седла.

Герметичное соединение «затвор – седло» предотвращает поступление воздуха в резервуар. Горловина клапана КДС-1500 заканчивается седлом, на котором устанавливается тарелка давления, а на верхней части корпуса КДС-1500 раскатаны два седла давления, предназначенные для выхода паровоздушной смеси из резервуара. Контактирующие поверхности тарелок и седел покрыты фторопластовой пленкой, препятствующей примерзанию сопрягающихся поверхностей. Клапаны КДС-1500 устанавливаются на резервуар крепежным фланцем или переходником. На крепежный фланец (переходник) устанавливается кассета огневого предохранителя.

Для защиты от прямого воздействия атмосферных осадков и ветра клапан КДС-1500 имеет крышку и четыре воздуховода для вакуумных затворов. При «вдохе» резервуара в полости создается вакуум, равный вакууму в газовом пространстве резервуара. При достижении расчетного значения вакуума (вакуума срабатывания) в полости клапана КДС-1500 тарелки вакуумных затворов открываются, сообщая газовое пространство резервуара с атмосферой, обеспечивая пропуск воздуха в резервуар.

При снижении вакуума ниже расчетного значения затвор закрывается и резервуар герметизируется. При «выдохе» резервуара в полости корпуса клапана КДС возникает избыточное давление, равное давлению в газовом пространстве резервуара. Это давление прижимает тарелки вакуумных затворов к седлам и действует на тарелку затвора давления, стремясь поднять ее. При превышении избыточного давления в корпусе клапана КДС-1500 величины давления срабатывания тарелка давления открывается и происходит выпуск газа из резервуара в атмосферу. После снижения избыточного давления ниже расчетного значения тарелка возвращается в исходное положение (затвор закрывается).

Расчет пропускной способности дыхательных клапанов

Максимальный расход газов через дыхательный клапан в процессе «выдоха» находят из выражения

(5.1)

где – наибольшее поступление жидкости в резервуар, м³/ч;

– увеличение объема газа в резервуаре за счет нагрева поверхности резервуара, м³/ч;

– увеличение объема газа в резервуаре при поступлении более теплого нефтепродукта, м³/ч;

(5.2)

где – коэффициент объемного расширения газа;

– скорость нагрева газового пространства (принимается равной
0,0013 К/с);

– максимальный объем газового пространства (принимается равным объему резервуара), м³;

, (5.3)

где Е – опытный коэффициент, зависящий от разности температур
( Т) закачиваемого нефтепродукта и газового пространства резервуара (табл. 5.2);

D – диаметр резервуара, м.

Таблица 5.2

При работе резервуара на вакуум расход поступающего через клапан воздуха при «вдохе»

(5.4)

где – расход жидкости из резервуара, м³/ч;

– уменьшение объема газа в связи с охлаждением, м³/ч.

(5.5)

где – скорость охлаждения газового пространства (при дожде и ливне принимается равной 8∙10^-3 К/с).

Для упрощения расчетов дыхательных клапанов можно использовать следующие формулы [18]. Суммарная пропускная способность для дыхательного клапана в процессе «выдоха» определяется выражением

, (5.6)

где – расход закачиваемого нефтепродукта, м³/ ч;

час^-1 – поправка на изменение объема паров нефтепродукта в резервуаре от повышения температуры окружающего воздуха;

V_Р – геометрический объем резервуара, м³.

При откачке нефтепродукта из резервуара или снижении температуры окружающего воздуха давление в резервуаре становится меньше атмосферного и резервуар сжимается. Для устранения этого отрицательного явления в дыхательных клапанах устанавливают клапан, который открывается при разрежении, например, 200 Па. Это явление называют
«вдохом». При возникновении разрежения в резервуаре клапан открывается и должен обеспечить поступление необходимого атмосферного воздуха, м³/ч.

Суммарную пропускную способность клапана вакуумметрического давления находят из выражения

(5.7)

где Q_ОТ – расход откачиваемого нефтепродукта, м³/ч;

k₂ = 0, 22 час^-1 – поправка на изменение объема паров нефтепродукта в резервуаре от понижения температуры окружающего воздуха.

Окончательный расчет дыхательного клапана завершается определением его проходного сечения F по формуле

, (5.8)

где – допустимая скорость паров нефтепродукта или воздуха при «выдохе» или «вдохе» резервуара (1–2 м/с).

Определив площадь проходного сечения, находим его характерный диаметр из выражения

. (5.9)

В табл. 5.3 приведены характеристики дыхательных клапанов, применяемых в резервуарах. Давление открытия прямого дыхательного клапана, работающего на «выдох», составляет, например, 2000 Па, обратного, работающего на «вдох», – 200 Па [53].

Основной характеристикой дыхательного клапана является внутренний диаметр, определяющий его проходное сечение, необходимое для прохождения заданного количества паров нефтепродукта при рабочих параметрах эксплуатации (давление, температура, скорость).

Таблица 5.3

Техническая характеристика дыхательных клапанов

Характерным диаметром называют внутренний диаметр присоединяемого дыхательного клапана к резервуару. Характерные диаметры должны соответствовать ряду условных проходов (СТ СЭВ 254 – 76):
50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500 мм.