ZFQ高效一體式阻火呼吸閥設(shè)計(jì)規(guī)范
傳統(tǒng)的分體式阻火呼吸閥和緊急泄壓閥結(jié)構(gòu)不合理，本質(zhì)不安全，泄漏量大，不能滿足日益嚴(yán)格的安全和環(huán)保要求。介紹了一種新型高效的一體式阻火呼吸閥和緊急泄壓閥，其結(jié)構(gòu)合理，本質(zhì)安全，密封性能高，。新型高效一體式阻火呼吸閥和緊急泄壓閥在儲(chǔ)罐區(qū)的實(shí)際應(yīng)用收到了良好效果，能夠大幅減少儲(chǔ)罐區(qū)VOCs排放，同時(shí)節(jié)省大量氮封氣。
關(guān)鍵詞：儲(chǔ)罐區(qū) 新型高效一體式阻火呼吸閥 緊急泄壓閥 揮發(fā)性有機(jī)物 環(huán)保達(dá)標(biāo)排放 節(jié)能減排
阻火呼吸閥是儲(chǔ)罐重要的安全和環(huán)保設(shè)備，不僅可以防止儲(chǔ)罐因超壓和超真空遭受損壞，而且能夠有效阻滅油氣閃爆或者燃燒，保護(hù)儲(chǔ)罐安全，把大量油氣封閉在儲(chǔ)罐內(nèi)，減少儲(chǔ)罐VOCs排放。緊急泄壓閥是防止儲(chǔ)罐在緊急事故狀態(tài)下，比如罐內(nèi)外發(fā)生火災(zāi)、氮封閥失效，大量氣體涌入罐內(nèi)時(shí)，避免產(chǎn)生的急劇升壓破壞儲(chǔ)罐。傳統(tǒng)分體式阻火呼吸閥和緊急泄壓閥存在本質(zhì)不安全，密封差，泄漏量大，儲(chǔ)罐氮?dú)夂膿p高等問題，已經(jīng)不能滿足國(guó)家最新的安全和環(huán)保要求。文章分析了在用阻火呼吸閥和緊急泄壓閥現(xiàn)狀，介紹了新型高效一體式阻火呼吸閥及緊急泄壓閥技術(shù)在某煉化企業(yè)儲(chǔ)罐區(qū)的應(yīng)用效果。
VOCs是揮發(fā)性有機(jī)物的總稱，包括烷烴、芳香烴、烯烴、鹵烴、脂、醛以及酮8大類化合物，共300多種。研究發(fā)現(xiàn)：VOCs是導(dǎo)致PM2.5和霧霾形成的主要原因。長(zhǎng)期接觸VOCs氣體會(huì)導(dǎo)致一系列呼吸系統(tǒng)疾病，引起白血病、肝腎功能衰竭，增加癌癥發(fā)病率，對(duì)環(huán)境和人體有嚴(yán)重的危害性。
自2013年以來，國(guó)家生態(tài)環(huán)境部相繼出臺(tái)了一系列政策、法律法規(guī)，確保VOCs的治理進(jìn)程，包括“大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃"(大氣十條)，《京津冀及周邊地區(qū)落實(shí)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施細(xì)則》等，“十三五"規(guī)劃將VOCs納入總體控制指標(biāo)，在重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)行業(yè)加快VOCs治理進(jìn)程，推進(jìn)VOCs排放總量控制和減排，截至2016年12月底，北京、天津、上海、河北、遼寧、江西省等10多個(gè)省市已相繼出臺(tái)了VOCs排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)。
有機(jī)液體儲(chǔ)罐區(qū)是VOCs排污控制的重點(diǎn)，《石油煉制工業(yè)污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB31570—2015）針對(duì)罐區(qū)VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)提出了具體的要求。阻火呼吸閥及緊急泄壓閥作為儲(chǔ)罐通風(fēng)的重要安全設(shè)備，對(duì)其泄漏量的控制尤其重要。防爆阻火呼吸閥殼體選用不銹鋼、鑄鋼、鋁合金，耐腐蝕性好；波紋阻火層采用不銹鋼材料，阻火性能好，耐腐蝕性能好； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易檢修，方便。
防爆阻火呼吸閥適用于儲(chǔ)存內(nèi)點(diǎn)低于28℃的甲類油品和閃點(diǎn)低于60℃的乙類油品，如汽油、笨、甲笨、煤油、輕柴油、機(jī)油、原油等油品及性質(zhì)相同的化工產(chǎn)品儲(chǔ)罐使用，它在-35℃-60℃的溫度環(huán)境中正常工作。
1、呼吸閥應(yīng)安裝在儲(chǔ)罐氣源的高點(diǎn)，以減少物料蒸發(fā)損耗。通常對(duì)于立式罐，呼吸閥應(yīng)盡量安裝在罐頂中央頂板范圍內(nèi)，對(duì)于罐頂需設(shè)隔熱層的儲(chǔ)罐、可安裝在梯子平臺(tái)附近；
2、當(dāng)需要安裝兩個(gè)呼吸閥時(shí)，它們與罐頂中心應(yīng)對(duì)稱布置；
3、若呼吸閥用在氮封罐上，則氮?dú)夤夤艿慕庸芪恢脩?yīng)遠(yuǎn)離呼吸閥接口，并由罐頂部插進(jìn)儲(chǔ)罐內(nèi)約 200mm ，這樣氮?dú)膺M(jìn)罐后不直接排出，達(dá)到氮封的目的。
1ZFQ高效一體式阻火呼吸閥設(shè)計(jì)規(guī)范和緊急泄壓閥技術(shù)現(xiàn)狀
1.1現(xiàn)有分體式阻火呼吸閥和緊急泄壓閥的結(jié)構(gòu)及缺點(diǎn)
1.1.1現(xiàn)有分體式阻火呼吸閥結(jié)構(gòu)不合理，無法保證本質(zhì)安全
儲(chǔ)罐區(qū)使用分體式阻火呼吸閥存在的安全隱患如下：
1）沒有整體進(jìn)行爆燃和耐燒阻火性能及流量測(cè)試[，不滿足安監(jiān)局關(guān)于《石油化工企業(yè)儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)罐頂油氣連通安全技術(shù)要求（試行）》對(duì)阻火呼吸閥的安全要求。設(shè)備本質(zhì)不安全。
2）結(jié)構(gòu)為分體式，即阻火器和呼吸閥串聯(lián)使用，阻火器位于罐頂法蘭口（罐側(cè)），呼吸閥安裝于阻火器出口（大氣側(cè)）。阻火器長(zhǎng)期與儲(chǔ)罐內(nèi)物料蒸氣接觸，阻火盤容易被腐蝕（含硫蒸氣物料），或者被堵塞（含苯蒸氣等易結(jié)晶物料）。阻火器一旦堵塞，呼吸閥通氣量下降，儲(chǔ)罐極易因超壓或者真空遭受破壞。
3）阻火器安裝在呼吸閥下方，阻火器的壓降（背壓）會(huì)導(dǎo)致呼吸閥頻繁起跳，無法開啟和回座，不僅對(duì)儲(chǔ)罐通風(fēng)造成威脅，而且閥門一旦開啟，就可能無法回座，導(dǎo)致VOCs氣體大量排放。
4）阻火器位于罐頂法蘭口（罐側(cè)），無法在線檢測(cè)阻火器是否堵塞，對(duì)阻火器進(jìn)行檢維修，必須采取吊裝等方式才能進(jìn)行，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
5）因阻火器和呼吸閥串聯(lián)使用，重量偏大，增加了罐頂承重風(fēng)險(xiǎn)。
1.1.2緊急泄壓閥結(jié)構(gòu)不合理，無法保證本質(zhì)安全
儲(chǔ)罐區(qū)使用緊急泄壓閥存在的問題如下：
1）沒有整體進(jìn)行流量測(cè)試[1]，不滿足安監(jiān)局關(guān)于《石油化工企業(yè)儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)罐頂油氣連通安全技術(shù)要求（試行）》的要求。
2）閥座是碳鋼材質(zhì)，表面粗糙，腐蝕嚴(yán)重。
3）采用PTFE（聚四氟乙烯）平板作為密封材料，表面粗糙，在長(zhǎng)期使用過程中容易變形。
4）沒有采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭，法蘭面薄，安裝時(shí)容易產(chǎn)生變形，泄漏嚴(yán)重。
5）沒有防止閥蓋飛脫措施。
6）沒有閥蓋自動(dòng)回座措施。
1.1.3現(xiàn)有分體式阻火呼吸閥和緊急泄壓閥，密封性差，泄漏量大
現(xiàn)有呼吸閥和緊急泄壓閥采用100%超壓平板式閥盤，靈敏度差，定壓低，起跳慢，回座慢，VOCs揮發(fā)排放量大。閥座和閥盤是保證呼吸閥和緊急泄壓閥密封性的重要組件，現(xiàn)有呼吸閥和緊急泄壓閥多為鑄件碳鋼閥體，其閥座和閥體為整體鑄造碳鋼，閥座密封面沒有經(jīng)過研磨加工，表面粗糙，在長(zhǎng)期使用過程中極易生銹、被腐蝕；同時(shí)閥盤采用PTFE（聚四氟乙烯）平板作為密封材料，PTFE經(jīng)長(zhǎng)期使用變形嚴(yán)重。因上述原因，大多數(shù)呼吸閥和緊急泄壓閥不保壓，泄漏嚴(yán)重。呼吸閥和緊急泄壓閥現(xiàn)場(chǎng)LDAR檢測(cè)結(jié)果多數(shù)>3000mg/L，個(gè)別石腦油罐甚至高達(dá)10000mg/L，嚴(yán)重超過國(guó)家和地方環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。
1.2呼吸閥和緊急泄壓閥泄漏量標(biāo)準(zhǔn)
目前國(guó)內(nèi)呼吸閥和緊急泄壓閥的密封性即泄漏量標(biāo)準(zhǔn)見表1。
2新型高效一體式阻火呼吸閥和緊急泄壓閥技術(shù)原理及應(yīng)用
2.1ZFQ高效一體式阻火呼吸閥設(shè)計(jì)規(guī)范新型高效一體式阻火呼吸閥技術(shù)原理
新型高效一體式阻火呼吸閥見圖1，其阻火元件和呼吸閥共用一個(gè)閥體，阻火器位于呼吸閥外側(cè)（大氣側(cè)），結(jié)構(gòu)緊湊，重量相比于分體式阻火呼吸閥減少一半，能大幅度減輕罐頂承重。以企業(yè)典型常用呼吸閥尺寸DN200為例，一套傳統(tǒng)的分體式阻火呼吸閥總重量約為190kg，而新型一體式阻火呼吸閥重量?jī)H為105kg左右，這對(duì)老舊儲(chǔ)罐改造中罐頂強(qiáng)度極為有利。
新型高效一體式阻火呼吸閥閥座采用316不銹鋼材質(zhì)，壓力端閥盤采用金屬面密封，密封面經(jīng)研磨達(dá)到鏡面級(jí)光潔度；因核心部件采用不銹鋼，抗化學(xué)腐蝕性能優(yōu)異，閥門使用壽命長(zhǎng)；閥座和閥盤密封面均經(jīng)過精密研磨加工，表面光滑，能夠保證極低的泄漏量。真空端閥盤采用FEP軟密封形式，在較低壓力設(shè)定下（典型設(shè)定真空-0.295KPaG）也能達(dá)到良好的密封性能，見圖2。
| 正壓 | 355Pa (36毫米水柱) |
|---|---|
| 負(fù)壓 | 295Pa (30毫米水柱) |
| B級(jí)正壓 | 980Pa (100毫米水柱) |
| 負(fù)壓 | 295Pa (30毫米水柱) |
| C級(jí)正壓 | 1765Pa (180毫米水柱) |
| 負(fù)壓 | 295Pa (30毫米水柱) |
| 閥體材料 | WCB、304、316、鋁合金 |
|---|---|
| 正壓閥盤材料 | 304、316、鋁合金 |
| 負(fù)壓閥盤材料 | 304、316、四氟PTFE |
| 環(huán)境溫度 ℃ | -30~60 |
| 公稱通徑 (mm) | 安裝尺寸（mm） | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| D | K | L | H | n×φ | |
| DN25 | 115 | 85 | 160 | 165 | 4×14 |
| DN32 | 135 | 100 | 180 | 185 | 4×18 |
| DN40 | 145 | 110 | 190 | 190 | 4×18 |
| DN50 | 160 | 125 | 220 | 220 | 4×18 |
| DN80 | 195 | 160 | 270 | 260 | 8×18 |
| DN100 | 215 | 180 | 310 | 280 | 8×18 |
| DN150 | 280 | 240 | 380 | 330 | 8×22 |
| DN200 | 335 | 295 | 450 | 380 | 12×22 |
| DN250 | 395 | 350 | 520 | 420 | 12×22 |
| DN400 | 565 | 515 | 670 | 520 | 16×26 |
3ZFQ高效一體式阻火呼吸閥設(shè)計(jì)規(guī)范使用效果
3.1符合VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)要求
由表2可見，LDAR現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試最高檢測(cè)值為19.7mg/L，新型一體式阻火呼吸閥數(shù)據(jù)穩(wěn)定，遠(yuǎn)低于現(xiàn)行國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)泄漏標(biāo)準(zhǔn)限值，滿足《石油煉制工業(yè)污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB31570—2015）針對(duì)罐區(qū)VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)要求，密封效果良好。
3.2節(jié)約氮?dú)庀?/p>
安裝高效一體式阻火呼吸閥和緊急泄壓閥后，氮?dú)庀拿黠@降低，見表3。投用3個(gè)月后，氮?dú)庠戮?81267Nm3；投用前6個(gè)月氮?dú)庠戮?23662Nm3；投用后較投用前氮?dú)庠戮臏p少5.86%；氮?dú)鈨r(jià)格1.17元/Nm3，月均節(jié)約費(fèi)用：（723662~681267）1.17=49601元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
4ZFQ高效一體式阻火呼吸閥設(shè)計(jì)規(guī)范結(jié)語
1）新型高效一體式阻火呼吸閥整體進(jìn)行了阻火和流量測(cè)試和認(rèn)證，關(guān)于《石油化工企業(yè)儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)罐頂油氣連通安全技術(shù)要求（試行）》對(duì)阻火呼吸閥的安全要求。
2）新型高效一體式阻火呼吸閥和緊急泄壓閥采用10%超壓技術(shù)，滿足《石油化工儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)VOCs治理項(xiàng)目油氣連通工藝實(shí)施方案及安全措施指導(dǎo)意見》（中石化煉發(fā)函127號(hào)），要求。
3）新型高效一體式阻火呼吸閥和緊急泄壓閥泄漏量遠(yuǎn)低于現(xiàn)行國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，符合《石油煉制工業(yè)污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB31570—2015）對(duì)污染物排放限值的要求。
4）新型高效一體式阻火呼吸閥和緊急泄壓閥在滄煉儲(chǔ)罐區(qū)投用后，現(xiàn)場(chǎng)密封效果良好，最新國(guó)家和地方的環(huán)保要求。
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