Дыхательная арматура

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Дыхательная арматура — комплекс технических средств, предназначенных для обеспечения проектных величин внутреннего давления и вакуума внутри нефтехранилищ различных конструкций.

Применение[править | править код]

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[1] 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[2]. В настоящее время корпусы дыхательных и предохранительных клапанов выполняют из алюминиевых сплавов для легкости монтажа[источник не указан 2989 дней].

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.

Клапаны с механическим затвором[править | править код]

В нашей стране начиная с 1960-х гг. широко применялись дыхательные клапаны серии КД. В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются дыхательные клапаны типа КДС, СМДК[3] и др., отличающиеся большей надежностью и пропускной способностью по сравнению с клапанами типа КД[источник не указан 2989 дней].

Клапан КДС-3-1500
Клапан СМДК-100
Клапан КДМ-150

Дыхательные клапаны предназначены для герметизации газового пространства резервуаров с нефтью и нефтепродуктами и поддержания давления в этом пространстве в заданных пределах, а также для защиты от проникновения пламени в резервуар. Назначение у всех дыхательных клапанов одно, однако различные клапаны применяются на различных объектах и имеют различную пропускную способность и параметры срабатывания. Так совмещенные механические дыхательные клапаны СМДК используются на горизонтальных емкостях и на емкостях автозаправочных станций, клапаны дыхательные закрытого типа КДЗТ — на системах улавливания паров легкоиспаряющихся нефтепродуктов, исключающих выход паров в атмосферу, клапаны дыхательные совмещенные КДС или клапаны дыхательные механические КДМ — на вертикальных цилиндрических резервуарах для светлых нефтепродуктов и, иногда, для нефти.

Применение дыхательных клапанов на резервуарах с нефтепродуктами является одним из способов направленных на сохранение полезных свойств хранимых светлых нефтепродуктов (октанового числа, зависящего от содержания легких фракций углеводородов), снижения загрязнения атмосферы. Это менее эффективный способ экономии нефтепродуктов по сравнению с применением понтонов, однако он до сих пор привлекателен с точки зрения срока окупаемости вложений и минимальным временем затрачиваемым на монтаж[4].

Принцип работы дыхательных клапанов с механическим затвором[править | править код]

Дыхательные клапаны с механическими затворами содержат нормально закрытые затворы давления и вакуума. При испарении нагретых в течение дня продуктов (малые дыхания) или при заполнении резервуара (большие дыхания) давление в паровоздушном пространстве резервуара возрастает. Если это давление достигает давления срабатывания затвора давления его тарелка поднимается с седла и паровоздушная смесь выходит в атмосферу. При охлаждении или при выкачке нефтепродукта из резервуара, разрежение в паровоздушном пространстве превышает вакуум срабатывания затвора и его тарелка поднимается с седла. При этом паровоздушная смесь поступает из атмосферы в резервуар. Массу тарелок (то есть давление и вакуум срабатывания) возможно регулировать навеской или съёмом шайб-грузов.

Особенности конструкции дыхательных клапанов с механическим затвором[править | править код]

Существует два основных способа закрепления тарелок затворов на корпусе — с жесткими центральными направляющими штоками (конструкции типа КД2, СМДК некоторых производителей) и с периферийным или центральным подвесом тарелок при помощи гибких хомутов (конструкции типа КДС). Конструкция первого типа в основном применяется для небольших клапанов, так как при её применении на больших клапанах очень сложно обеспечить точность движения тарелки затвора по направляющей.

К конструкции дыхательных механических клапанов предъявляют следующие требования — непримерзаемость контактных поверхностей затворов (тарелок затворов и элементов их крепления, а также седел), клапаны должны иметь минимальное количество горизонтальных поверхностей для отсутствия накопления на них конденсата и его намерзания на элементы затвора. Непримерзаемость элементов затвора обеспечивается применением материалов с низкой адгезионной прочностью материалов со льдом, большим диапазоном эксплуатации (например, лакотканей на основе фторопластов). Поверхности регулировочных грузов тарелок затворов должны быть покрыты лакокрасочными покрытиями для защиты от потери массы тарелок в результате коррозии при эксплуатации. В настоящее время существует тенденция выполнять конструкции клапанов модульного типа для легкости обслуживания, ремонта и монтажа: модули давления и вакуума разносят в пространстве. В составе клапанов используют огневые предохранители. Для облегчения доступа к огневым предохранителям в некоторых конструкциях клапанов их размещают непосредственно под погодными кожухами на крыше клапана.

Клапаны с гидравлическим затвором[править | править код]

Gidr klap.jpg

Клапан заливают незамерзающей и слабоиспаряющейся маловязкой жидкостью — дизельным топливом, соляровым маслом, водным раствором глицерина, этиленгликолем или другими жидкостями, образующими гидравлический затвор.

Гидравлические клапаны следует устанавливать по уровню строго горизонтально, иначе они будут работать с пониженным вакуумом и давлением вследствие меньшего количества и веса жидкости над поднятой частью и стока жидкости в сторону уклона.

Иногда для хранения продуктов обладающих повышенной испаряемостью требуется повышенная герметичность механического затвора и, в таком случае, выполняют гидромеханический затвор — подвижная мембрана разделяющая парогазовое пространство резервуара и атмосферу постоянно прижимается к седлу затвора давлением столба жидкости расположенной на мембране. Клапан обеспечивает гашение пламени при малых дыханиях уже за счет конструкции затвора, а при больших расходах — гашение пламени обеспечивается встроенным огневым предохранителем.

Диски-отражатели[править | править код]

Данное устройство применяется для снижения потерь нефтепродуктов от испарения и сокращения загрязнения окружающей среды и устанавливается под дыхательными клапанами на определенном расстоянии под монтажным патрубком.

Диск-Отражатель

Принцип работы диска-отражателя основан на удалении из резервуара слоев наименее насыщенных парами углеводородов при закачке нового нефтепродукта в резервуар или вследствие повышения температуры в резервуаре, а также снижения перемешивания слоев с различной концентрацией паров при опорожнении резервуара.

В действительности, максимальная концентрация паров нефтепродукта будет наблюдаться в паровоздушной среде вблизи раздела жидкой и газовоздушной фаз в резервуаре. При опорожнении резервуара диск-отражатель под монтажным патрубком отклоняет входящий поток газа и направление его входа в резервуар изменяется с вертикального на горизонтальное. Происходит «опускание» насыщенного слоя совместно с понижением уровня нефтепродукта. При последующем наполнении резервуара в атмосферу будет вытесняться паровоздушная смесь из верхних слоев ненасыщенных парами углеводородов. Отсюда следует, что применять диски-отражатели эффективно при малом времени простоя резервуара и максимальном его наполнении.

При установке дисков-отражателей необходимо полностью обеспечивать пропускную способность патрубков. Диски-отражатели могут устанавливаться на переходниках дыхательных клапанов, на проставках между дыхательными клапанами и фланцами монтажных патрубков, а также на самих патрубках. В последнее время, изготавливают диски-отражатели ДО универсальной конструкции с регулировкой зазоров между монтажным патрубком и поверхностью диска. Такие ДО пригодны к установке на монтажных патрубках различной длины. Поставляются ДО в основном совместно с дыхательными клапанами.

Вентиляционное оборудование[править | править код]

Вентиляционные патрубки[править | править код]

Вентиляционные патрубки предназначены для применения на вертикальных стальных резервуарах РВС с трудноиспаряющимися нефтепродуктами и служат для вентиляции и исключения попадания посторонних предметов внутрь резервуаров.

Патрубок вентиляционный

Патрубки вентиляционные ПВ различаются диаметром условного прохода патрубка (пропускной способностью), и исполнением материала корпуса изготавливаемого из алюминия, стали коррозиестойкой, стали углеродистой.

Вентиляционные патрубки состоят из корпуса и коаксиально расположенного с ним погодного кожуха, которые связаны друг с другом кронштейнами. Для исключения попадания посторонних предметов в резервуар, в конструкции предусмотрена защитная сетка, чаще всего расположенная вертикально. Воздухоподвод и отвод паровоздушной смеси осуществляется через кольцевой зазор между погодным кожухом и корпусом.

При использовании вентиляционных патрубков на РВС применение огневых предохранителей обязательно (для горючих жидкостей с температурой вспышки паров менее 120 град. С). Применение патрубков вентиляционных на РВСП не допустимо вследствие наличия «карманов» в их конструкции.

Вентиляционные окна[править | править код]

Вентиляционные окна (проемы, венты) устанавливается прямо на стационарной крыше резервуаров РВСП и служат для вентиляции надпонтонного пространства. Они различаются способом размещения — на крыше либо стенке резервуара, пропускной способностью и исполнением материала корпуса изготавливаемого из алюминия, стали коррозиестойкой, стали углеродистой и, иногда, из неметаллов.

Концентрация паров над понтоном при нормальной эксплуатации затворов значительно меньше минимальной концентрации воспламенения. При нарушении герметичности затвора понтона она возрастает, поэтому требуется создать процесс вентиляции надпонтонного пространства, минимальное сопротивление движению воздуха и исключить мертвые непроветриваемые зоны на крыше. Поэтому вентиляционные окна устанавливают на разных высотах для создания газового сифона интенсифицирующего проветривание. Окна равномерно располагают по периметру на расстоянии не более 10 м друг от друга (но не менее двух) и одно окно в центре[1]. Общая открытая площадь окон должна быть не меньше 0,06 м² на 1 м диаметра резервуара — для проветривания надпонтонного пространства с целью предотвращения образования пожароопасной смеси. Окна должны быть закрыты сеткой из нержавеющей стали с ячейками 10×10 мм и снабжены предохранительным кожухом для защиты от атмосферных осадков.

Для обслуживания вентиляционных окон рекомендуется устанавливать перекидные мостики прямо над ними (в случае окон с большой пропускной способностью) или проектировать площадки обслуживания вокруг устанавливаемых окон (для случая малых эквивалентных диаметров).

Огневые предохранители[править | править код]

Огневые предохранители (ОП) предназначены для временного предотвращения проникновения пламени внутрь резервуаров с нефтепродуктами при воспламенении выходящих из него взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом, предотвращения распространения пламени по магистралям ГУС и технологических трубопроводов связывающих резервуары.

Огнепреградитель

Принцип действия ОП основан на гашении пламени в каналах с диаметром меньшим диаметра проскока пламени за счет отвода тепла из зоны горения в материал стенки канала. Диаметры каналов ОП в зависимости от состава горючей смеси приведены в таблице.

Сероуглерод Этилен Этанол Метанол Метан Бензол Ацетилен Смеси насыщенных углеводородов
0,15 1,25 3,0 2,7 3,5 1,93 0,65 2,5-3,0

Основными показателями эффективной работы ОП является минимальное сопротивление движению потока, достаточно высокая огнестойкость. Поскольку площадь эффективного сечения ОП не должна быть меньшей площади диаметра трубопровода на котором он установлен, диаметры кассет ОП выбираются большими чем диаметр трубопровода, а сами предохранители устанавливаются на диффузорных частях переходников. В целях снижения сопротивления потоку следует стремиться устанавливать огневые предохранители в диффузорах (конфузорах) с углом расширения (сужения) не превышающим 8 град. Огневые предохранители классифицируют:

  • по месту установки (концевые, коммуникационные),
  • по назначению (дефлаграционные, детонационные),
  • по конструкции (сетчатые, прямоканальные ленточные, насадочные),
  • по транспортируемой среде (для газовых сред, для жидкости),
  • по используемым материалам (металлические, металлокерамические).

Концевые ОП устанавливаются на дыхательных клапанах и вентиляционных патрубках, факельных системах, клапанах поплавковых понтонов для безопасной вентиляции подпонтонного пространства в резервуаре, на патрубках направляющих труб плавающих крыш для вентиляции их газового пространства.

Коммуникационные ОП устанавливаются на технологических трубопроводах и газоуравнительных системах. В конструкции таких ОП часто используют окна для снятия кассеты без демонтажа всего ОП.

ОП для предотвращения дефлаграционного горения — медленного движения пламени, детонационные — для исключения взрыва.

Прямоканальные ленточные ОП представляют собой совместно свернутые в рулон гофрированную и плоскую полосы (или кольца Рашига). Эффективное сечение ОП составляет около 80 % от сечения кассеты ОП. Недостатком прямоканальных ОП является низкая огнестойкость и смещение лент друг относительно друга при горении, сложность обеспечения чистоты в местах контакта лент. Однако, ленточные ОП возможно использовать для локализации пламени при детонации. С этой целью такие огневые предохранители выполняются наборными из нескольких кассет и упругих элементов между ними.

Насадочные ОП изготавливают методами порошковой металлургии из порошков металлов или соединений. Такие ОП могут быть с каркасным пористым огнепреградительным элементом либо состоящим из некомпактированных гранул. Максимальная скорость распространения пламени в насадочных ОП не может превышать 0,5 м/с. Достоинства насадочных ОП — более высокая огнестойкость по сравнению с прямоканальными. Такие ОП имеют следующие недостатки — высокое гидравлическое сопротивление и, следовательно, малая пропускная способность, сложность контроля диаметра каналов по высоте преграждающего элемента, большие тепловые сопротивления в местах контакта частиц, небольшие максимальные размеры (из-за ограничения по размерам прессового оборудования). Компактированные и насыпные насадочные ОП для установки на РВС не применяются.

Основные требования к огневым предохранителям предъявляется НПБ 254-99.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 ПБ 03-605-03
  2. по ГОСТ 12815
  3. Дыхательный клапан СМДК (недоступная ссылка)
  4. Дыхательная арматура резервуаров для нефти и нефтепродуктов (недоступная ссылка)