Дыхательные клапаны: тонкости проектирования

О клапанах в целом

Дыхательную арматуру устанавливают на стационарной кровле резервуаров с целью обеспечения проектных величин внутреннего давления и вакуума. Дыхательную арматуру выполняют в виде дыхательных клапанов для регулирования избыточного и вакууметрического давления (вакуума), предохранительных клапанов, а также в виде вентиляционных патрубков или проемов.

В общем случае клапаны различаются по типу затвора — с механическим и гидравлическим затвором. Первые используют в качестве дыхательных и предохранительных, вторые — только в качестве предохранительных, что связано с объективным недостатком таких клапанов — потерей жидкости гидрозатворов при работе.

Требованиями нормативной документации предусматривается установка предохранительных клапанов, настроенных на повышенные давление и вакуум срабатывания в количестве, равном количеству дыхательных клапанов с целью дублирования последних при приемо-раздаточных операциях, а также в аварийных случаях. Предохранительный клапан настраивают на повышенное давление и пониженный вакуум на 5-10 % по сравнению с дыхательным. Также устанавливают предохранительные клапаны если имеется возможность отказа газоуравнительной системы или возможность поступления в резервуар недегазированной нефти.

Минимальная пропускная способность дыхательных и предохранительных клапанов, вентиляционных патрубков определяется в зависимости от максимальной производительности приемо-раздаточных операций, включая аварийные ситуации.

Монтаж дыхательной и вентиляционной аппаратуры производится при помощи установочных фланцев, имеющих присоединительные размеры фланцев, рассчитанных на давление 0,16-0,25 МПа. В настоящее время корпусы дыхательных и предохранительных клапанов выполняют из алюминиевых сплавов для легкости монтажа.

С учетом значительных ветровых нагрузок на дыхательную и вентиляционную аппаратуру, при некоторых условиях эксплуатации, корпуса и погодные кожуха выполняют для создания минимального гидравлического сопротивления обтекаемой формы. С целью увеличения устойчивости и снижения вероятности повреждения узла врезки монтажного патрубка в крышу резервуара установка оборудования ведется с помощью симметричного размещения растяжек. На оборудовании их закрепляют при помощи деталей предназначенных для транспортировки.

 

При проектировании
Как посчитать?

При проектировании дыхательного оборудования (дыхательных и предохранительных клапанов) необходимо выполнить расчет минимальной пропускной способности дыхательных и предохранительных клапанов в зависимости от максимальной производительности приемораздаточных операций (включая аварийные условия) по
следующим формулам:

пропускная способность клапана по внутреннему давлению, м3/ч Q = 2,71 M1 + 0,026 х V;
пропускная способность клапана по вакууму, м3/ч. Q = М2 + 0,22 х V;
где M1 — производительность залива продукта в резервуар, м3/ч;
М2 — производительность слива продукта из резервуара, м3/ч;
V — полный объем резервуара, включая объем газового пространства под стационарной крышей, м3.
В данной методике свойства продукта учтены в коэффициенте 2,71 (см. формулу 1), однако этого может быть недостаточно. При закачке в резервуар продуктов с высокой (выше 60°С) температурой, недегазованной нефти, продуктов с высоким давлением насыщенных паров рекомендуем перепроверить максимальный расход паро-воздушной смеси по методике, описанной в , учитывающей все свойства и характеристике закачиваемого продукта и резервуара. Клапаны необходимо выбирать по большей пропускной способности, полученной в расчетах.

Как выбрать патрубок?

В каталогах производителей резервуарного оборудования указывается производительность клапанов в зависимости от условного диаметра патрубка. При этом реальная пропускная способность ограничивается конструкцией клапана, от диаметра патрубка же зависит только скорость потока паровоздушной смеси в нем, которая не регламентируется и не ограничивается в ПБ и ГОСТ.
Однако, установка клапанов на патрубки небольшого диаметра (до 350 мм) нежелательна. Клапан типа КДС-1500 имеет немалую высоту (до 1700 мм вместе с патрубком), большую парусность и высокий центр тяжести, что в совокупности способно оказывать большие нагрузки на патрубок монтажный при сильном ветре и, со временем, даже повредить крышу.
Поэтому конструкторы  завода «Поршень» рекомендуют  Вам устанавливать клапаны на патрубки условного диаметра не менее 350 для КДС-1500К  и не менее 500 для КДС-3000К.

Не забыть предусмотреть растяжки.
В связи с высокой нагрузкой, оказываемой клапаном через патрубок монтажный на крышу резервуара при сильном ветре, производители клапанов рекомендуют дополнительно фиксировать клапаны растяжками, закрепляемыми на крыше резервуара и транспортировочных проушинах сверху клапана.

Диск отражатель

Диски-отражатели (ОТР) применяются для снижения потерь от испарения нефти и нефтепродуктов в резервуаре и сокращения загрязнений окружающей среды. Диск- отражатель используется в комплекте с дыхательными клапанами и сокращает выбросы паров товарного продукта в среднем на 2-4%.
Входящий и исходящий вертикальные воздушные потоки благодаря «зонтику» диска- отражателя переводятся в горизонтальную плоскость в верхней части воздушного пространства резервуара. Таким образом, в дыхании резервуара участвует только верхний слой воздуха с минимальным содержанием паров товарного продукта.
Использование ОТР рекомендовано ПБ03-605-03, пункт 8.2.4.

Аварийный клапан

Аварийный клапан КА-500 , предназначенный для работы на высоких расходах воздуха до 30 000 м3/ч. Он необходим на некоторых технологических резервуарах и в случаях перестраховки при проектировании.
Аварийный клапан спасает резервуар при:
— выходе из строя дыхательных клапанов;
— вскипании подтоварной воды при пожаре;
— других аварийных ситуациях, вызывающих резкое возрастание давления/вакуума.
Встроенный сигнализатор срабатывания оповещает о том, что КА-500 предотвратил аварийную ситуацию
Простота конструкции обеспечивает гарантированное срабатывание и низкую себестоимость содержания — осмотр клапана производится без демонтажа его частей и занимает не более 5-ти минут.

Итоги

На резервуарах, не оборудованных понтонами, должны быть установлены дыхательные клапаны КДС.
Расчет производительности клапанов производится по ПБ 03-605-03 исходя из максимальной производительности закачки/выкачки продукта и объема резервуара.
Дыхательные клапаны должны быть дублированы предохранительными клапанами с той же производительностью, настроенными на давление срабатывания, на 5-10% большее, чем давление срабатывание дыхательных клапанов.
Рекомендуется оснащать клапаны дыхательные дисками отражателями ОТР.

Нормативная документация
1. ПБ 03-605-03 Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов.
2. ГОСТ Р 52910-2008 Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов. Общие технические условия
3. ПБ 03-381-00 Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов
4. ГОСТ 1510-84 Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение
5. СНиП 2.11.03-93. Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы
6. ГОСТ 2517-85 Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб
7. ПБ 09-560-03. Правила промышленной безопасности нефтебаз и складов нефтепродуктов
8. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов.
Учебное пособие для ВУЗов. — Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2002. — 658 с.

9.https://ru.wikipedia.org/wiki/