大型储罐罐顶紧急泄压阀的设置及注意事项

　　简述了防止储罐内部发生超压事故的技术措施;介绍了美国石油化工协会标准--API中关于储罐遭遇火焰时必须紧急泄放相应气量的计算方法;阐述了目前国内外普遍采用的紧急泄放阀的结构形式和选用方法;以实例计算了储罐顶部紧急泄放人孔的规格尺寸和数量。

　　大型储罐在操作时有时会出现非正常状况，如罐内加热器损坏造成大量热载体的注入或遭遇外部火焰使储罐内部发生超压等事故，此时如不采取紧急放空措施，势必导致储罐破坏。为此大型储罐应设置安全紧急泄压装置，以防事故发生。

1、安全泄压装置的设置

　　按美国石油学会API20005常压和低压储罐的通气6的规定，为了防止储罐内部发生超压事故可采用以下措施。

　　(1)加大压力阀的尺寸或增加压力阀的数量。

　　(2)改进量油孔结构，使之在罐内超压时可使紧急泄放的气体将储罐顶盖向上推开，泄放罐内压力。

　　(3)装设紧急泄压阀，如API2000标准中所列的大型重力式紧急泄压阀(见图1)以及目前国内常用的紧急泄压入孔(见图2)。

图1 大型重力式紧急泄压阀

图2 紧急泄压入孔

　　(4)设置爆破膜片。较小的储罐可不设置紧急泄压装置，但据API650的规定，其罐顶与罐壁的连接必须采用弱顶结构。

　　上述措施中最常用的是依据所须紧急泄放的气量，在储罐的顶部装设相应规格及数量的紧急泄压阀或紧急泄压人孔，以便事故发生时使罐内气体紧急放空，保护储罐不因超压而被破坏。

2、泄放气量的计算

　　根据美国API2000标准，储罐遭遇火焰时必须紧急泄放的气量计算有如下几种。

　　(1)按式(1)计算。

　　式中，V为排气量，m3/h;Q为来自火焰的输入热量，W(其值详见表1);A为储罐湿润面积(wetted surface)，m2;F为环境系数，见表3;L为储液在泄放压力及温度下的蒸汽潜热，kJ/kg;T为泄放蒸汽的温度，K，一般取储液在泄放压力下的沸点;M为蒸汽的分子量。

表1 不同湿润面积和不同设计压力时的输入热量

表2 储罐遭遇火焰时的紧急排放量

　　注：

　　<1> 设计压力 ≤ 103.4kPa以及湿润面积<260m2。

　　<2> 表2所列数据是由正己烷蒸气在大气压下遭遇火焰得出的数据(正己烷蒸气的潜热为334 900J/kg，分子量为86.17，温度为15.6℃)，这些数据适用于其特性相类似的介质。

　　(2)储罐遭遇火焰时必须紧急泄放的气量也可按下述方法选取：

　　<1> 设计压力≤103.4kPa，湿润面积<260m2储罐的紧急泄放的气量为表2列出的排气量乘以表3中选取的环境系数;

　　<2> 设计压力≤7kPa，湿润面积≥260m2的储罐须紧急泄放的气量为19910m3/h乘以从表3中选取的适合环境系数。

表3 无冷却装置地上储罐的环境系数

　　(3)设计压力为7～103.4kPa，湿润面积≥260m2的储罐须紧急泄放的气量，按式(2)计算。

　　式中，F为储罐的环境系数，从表3选取;A为储罐的湿润面积，m2。

　　(4)湿润面积(A)的计算方法：

　　<1> 球形储罐及椭圆形储罐，湿润面积为储罐总面积的55%，或≥储罐罐体9.14m高度的表面积;

　　<2> 卧式储罐，湿润面积为储罐总面积的75%，或≥储罐9.14m长度的表面积;

　　<3> 立式储罐，湿润面积≥储罐罐体高度9.14m的总表面积。

　　对于直接安装在地面上的储罐，其底板的表面积不算作湿润面积，但对于采用支座支撑在地面上的储罐，其底板的部分面积应计入储罐的总湿润面积之中，因底板遭遇火焰的湿润面积取决于储罐的直径以及罐底板距地面的高度，具体数据由工程计算得出。

3、紧急泄放装置的规格及结构

　　(1)API2000标准列出的大型重力紧急泄压阀(见图1)规格尺寸有DN400、DN500和DN600等3种，其结构简单，由接管颈及其法兰、泄压阀法兰及其顶盖等组成。接管颈法兰与储罐接管法兰用螺栓连接。泄压顶盖兼作阀片，泄压法兰兼作阀座。储罐的泄放压力必须高于储罐的操作压力，但须小于或至少等于储罐的设计压力，以避免储罐超压而被破坏。紧急泄压阀顶盖厚度、配重块重量及顶盖迴转装置的摩擦力应根据泄放压力综合考虑，以确保罐内达到紧急泄放压力时，泄压阀顶盖能顺利开启，而泄压后顶盖必须准确恢复原位置，确保密封。该泄压阀的迴转装置必须转动灵活，摩擦力小，且顶盖与兼作阀片的法兰密封面必须在同一平面上，确保密封不漏气，因此对制造的要求比较高。

　　(2)目前国内使用广泛的国产紧急泄压人孔(见图2)装设有防雨罩，与传统的单呼吸阀的结构类似，由阀座、阀片等零部件组成。阀座与阀片采用O形密封圈密封，密封性能优良，规格尺寸有DN400、DN500和DN600等3种。

4、紧急泄压阀及紧急泄压入孔的选用

　　(1)根据式(1)详细计算出储罐在遭遇火焰时须紧急排放的气量或采用式(2)，或本文所述的近似计算方法求得储罐的紧急泄放气量。

　　(2)对照紧急泄压阀或紧急泄压人孔制造厂家提供的各种规格的泄压阀或泄压人孔，在各种压力等级下紧急泄放气量的性能曲线图，选用适合规格尺寸及数量的紧急泄压阀或紧急泄压人孔。

5、示例计算

　　现有1台3000m3无冷却地上立式储罐，直径为<18.9m，罐体高11.76m，设计压力1765Pa，材料为Q235-A，储罐底板直接安装在土建基础上，保温厚度50mm，保温材料的传热系数为11.4watts/m2K。为确保储罐在遭遇火焰时罐内大量挥发出的气体能及时紧急泄放，按照API 2000求出应在储罐顶部安装紧急泄压人孔的规格尺寸及数量。

　　(1)如选用近似计算法，求出湿润面积：

　　A =

　　(2)按API 2000式(2)

　　求出储罐须紧急泄放的气量。式中，F为无冷却地上储罐的环境系数，查表3，该系数为0.15;A为湿润面积，542.7m2。故储罐必须泄放的气量为208.2×0.15×542.7 0.82 = 5456.5(m3/h)

　　(3)根据紧急泄放人孔制造厂家提供的不同规格尺寸的泄压人孔在各种压力等级下紧急泄放气量的性能曲线图进行计算。如从紧急泄放气量性能曲线图中查得：压力等级为1765Pa时，DN400、DN500紧急泄压人孔排气量分别为3990m3/h及6116m3/h，为确保安全，则应选择1台DN500紧急泄压入孔。