10.5.4.Дихательние клапани резервуарів для нафтопродуктів
Дихальні клапани служать для підтримки допустимого тиску в резервуарах в процесі зливу, наливу нафтопродукту, а також коливання температури навколишнього середовища.
Конструктивні параметри механічних дихальних клапанів вибирають розрахунковим шляхом, уточнюють в процесі доведення і регулювання.
Максимальні витрати газів через дихальний клапан в процесі «видиху» знаходять з виразу [53]:
де - найбільше надходження рідини в резервуар, м 3 / год;
- збільшення обсягу газу в резервуарі за рахунок нагріву поверхні резервуара, м 3 / год;
- збільшення обсягу газу в резервуарі при надходженні більш теплого нафтопродукту, м 3 / год;
тут - коефіцієнт об'ємного розширення газу;
- швидкість нагріву газового простору (приймається рівною
0,0013 К / с);
- максимальний обсяг газового простору (приймається рівним обсягу резервуара), м 3;
де Е - досвідчений коефіцієнт, що залежить від різниці температур (Т) закачується нафтопродукту і газового простору резервуару (табл. 10.5);
D - діаметр резервуара, м.
При роботі резервуара на вакуум витрата надходить через клапан повітря при «вдиху»:
де - витрата рідини з резервуара, м 3 / год;
- зменшення обсягу газу в зв'язку з охолодженням, м 3 / год.
де - швидкість охолодження газового простору (під час дощу і зливі приймається рівною 8 ∙ 10 -3 К / с).
Для спрощення розрахунків дихальних клапанів можна використовувати такі формули [18]. Сумарна пропускна здатність, м 3 / год, для дихального клапана в процесі «видиху» визначається виразом:
де - витрата закачується нафтопродукту, м 3 / год;
годину -1 - поправка на зміну обсягу парів нафтопродукту в резервуарі від підвищення температури навколишнього повітря;
VР - геометричний об'єм резервуара, м 3.
При відкачці нафтопродукту з резервуара або зниженні температури навколишнього повітря тиск в резервуарі стає менше атмосферного і резервуар стискується. Для усунення цього негативного явища в дихальних клапанах встановлюють клапан, який відкривається при розрідженні, наприклад, 200 Па. Це явище називають «вдихом». При виникненні розрідження в резервуарі клапан відкривається і повинен забезпечити надходження необхідної атмосферного повітря, м 3 / год.
Сумарну пропускну здатність клапана вакуумметричного тиску, м 3 / год, знаходять з виразу:
де Qот - витрата відкачуваного нафтопродукту, м 3 / год;
k2 = 0, 22 годину -1 - поправка на зміну обсягу парів нафтопродукту в резервуарі від зниження температури навколишнього повітря.
Остаточний розрахунок дихального клапана завершуєтьсявизначенням його прохідного перетину F за формулою:
де - допустима швидкість парів нафтопродукту або повітря при «видиху» або «вдиху» резервуара (1 - 2 м / с).
Визначивши площу прохідного перетину, знаходимо його характерний діаметр з виразу
Технічна характеристика дихальних клапанів
Основною характеристикою дихального клапана є внутрішній діаметр, що визначає його прохідний перетин, необхідне для проходження заданої кількості парів нафтопродукту при робочих параметрах експлуатації (тиск, температура, швидкість).
Характерним діаметром називають внутрішній діаметр приєднується дихального клапана до резервуару. Характерні діаметри повинні відповідати ряду умовних проходів (СТ РЕВ 254 - 76) в мм - 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500.
При необхідності на резервуар встановлюють кілька дихальних клапанів та запобіжні клапани, тиск відкриття яких на 10% вище дихальних.
Непрімерзающій мембранний дихальний клапан [18] типу НДКМ
(Рис. 10.8) містить з'єднувальний патрубок 1 з сідлом 2, тарілку 3 з нижньої мембраною 4, затиснутою між фланцями нижньої 5 і верхньої 6 частин корпусу, верхню мембрану 8 з дисками 9 і регулювальними вантажами 10. Мембрана 8 закріплена в кришці 11, в якої є отвори для повідомлення камер під кришкою з атмосферою за допомогою трубки 12. Диски 9 і тарілки 3 з'єднані ланцюжками 14. Мембранна камера через імпульсну трубку 15 повідомляється з газовим простором резервуара. У нижній частині корпусу розміщений кільцевої вогневої запобіжник 16. Для зручності обслуговування клапан має бічний люк 7. Амортизуюча пружина 13 призначена для усунення коливань затвора.
Мал. 10.8. Принцип роботи і розрахункова схема дихального клапана типу НДКМ - 350:
1 - з'єднувальний патрубок; 2 - сідло; 3 - тарілка; 4 - мембрана;
5 - нижня частина корпусу; 6 - верхня частина корпусу; 7 - бічний люк;
8 - верхня мембрана; 9 - диски; 10 - регулювальні вантажі; 11 - кришка; 12 - трубка;
13 - амортизує пружина; 14 - це-нирки для з'єднання дисків;
15 - імпульсна трубка; 16 - вогневої запобіжник у вигляді сітки
Мембрану виготовляють з бензостойкой прогумованої тканини. Площа нижньої мембрани 4 менше верхньої 8 на величину площі отвору імпульсної трубки 15. Непрімерзаемость тарілки до сідла забезпечується покриттям дотичних поверхонь фторопластовой плівкою. Клапан встановлюється на резервуарах з великою ємністю.
Приклад вибору дихального клапана
для процесу «видиху»
Дано: подача закачується нафтопродукту 30 м 3 / год або 0,0083 м 3 / с. Обсяг резервуара 700 м 3.
Розрахунок дихального клапана починають з визначення його пропускної здатності і характерного діаметра.
1. За формулою 10.20 знаходимо необхідну пропускну здатність клапана
= 2,71 ∙ 30 + 0,026 ∙ 700 = 99,5 м 3 / ч.
Вибираємо клапан дихальний КД - 150 з характерним діаметром 150 мм і пропускною спроможністю 100 м 3 / год.
2. Площа прохідного перерізу клапана
S = 2/4 = 3,14 ∙ 0,15 2/4 = 0,0176 м 2.
3. Витрата пари нафтопродукту через клапан
звідки швидкість витікання
= Q / S = 99,5 / 3600/0, 0176 = 1,5 м / с,
що не перевищує допустиму швидкість, рівну 1 - 2 м / с.
Розрахунок тиску відкриття дихального клапана
для процесу «вдиху» і «видиху»
Проаналізуємо роботу дихального клапана НДКМ - 350, конструкція якого дозволяє працювати на «вдих» і «видих». Характерний діаметр клапана 350 мм, пропускна здатність 300 м 3 / год. Він має дві мембрани з різною площею. На рис. 10.8 показана конструкція і розрахункова схема клапана НДКМ - 350, який встановлюється на резервуарах підвищеної ємності [18].
Внутрішній діаметр імпульсної трубки приймаємо 200 мм (Ф1). Зовнішній діаметр мембран 4 і 8 приймемо по 700 мм (Ф2 і Ф3).
1. Площа мембрани діаметром 0,7 м дорівнює
2. Робоча площа мембрани 4 дорівнює (без площі отвору імпульсної трубки)
S4 = 0,38 - 3,14 ∙ 0,2 2/4 = 0,38 - 0,03 = 0,35 м 2.
3. Сила тиску газів, що діє на мембрану, визначається виразом
де S - диференціальна площа мембран, на яку діє надлишковий тиск;
Слід нагадати, що гідростатичний тиск завжди перпендикулярно до мембрани (майданчику), на яку воно діє, і не залежить від кута нахилу мембрани (форми).
При відкачці нафтопродукту в резервуарі виникає тиск менше атмосферного, що може привести до його деформації. Коли вакуумметрическое тиск досягне 200 Н / м 2. клапан повинен відкритися і впустити в резервуар атмосферне повітря.
Атмосферний тиск діє через вогневої запобіжник 16 на мембрану 4.
4. Площа мембрани 4 (кільцева поверхню) з боку атмосферного повітря дорівнює
де DТ - діаметр тарілки 3 клапана в зоні сідла 2.
5. Визначимо силу, що піднімає тарілку 3 (запірний орган),
6. Вага вантажу, що притискає клапан до сідла, має дорівнювати
звідки маса тарілки 3 буде дорівнює
Налаштування спрацьовування клапана в процесі "вдиху" здійснюється вантажами, розташованими в зоні тарілки 3.
Розглянемо відкриття клапана при надмірному тиску в резервуарі.
7. Сила тиску газів на диференціальну площадку буде дорівнює
8. Вага вантажу, що притискає клапан до сідла, має дорівнювати
звідки маса вантажу 10 буде дорівнює
Тарілка 3 і сідло 2 герметично з'єднуються один з одним шляхом притирання. Налаштування спрацьовування клапана в процесі "видиху" здійснюється вантажами, розташованими в зоні тарілки 3 і верхньої мембрани 8. У нашому прикладі маса вантажу 10 на мембрані 8 складе 0,8 кг.
Для ефективної роботи дихальних клапанів вони обладнуються дисками-відбивачами. У процесі «вдиху» вертикальний рух повітряного потоку переходить в горизонтальне. Увійшовши повітря відтісняє пари нафтопродукту вниз, а сам займає положення під покрівлею [18].