Техническая характеристика дыхательных клапанов

Основной характеристикой дыхательного клапана является внутренний диаметр, определяющий его проходное сечение, необходимое для прохождения заданного количества паров нефтепродукта при рабочих параметрах эксплуатации (давление, температура, скорость).

Характерным диаметром называют внутренний диаметр присоединяемого дыхательного клапана к резервуару. Характерные диаметры должны соответствовать ряду условных проходов (СТ СЭВ 254 – 76) в мм – 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500.

При необходимости на резервуар устанавливают несколько дыхательных клапанов и предохранительные клапаны, давление открытия которых на 10 % выше дыхательных.

Непримерзающий мембранный дыхательный клапан [18] типа НДКМ
(рис. 10.8) содержит соединительный патрубок 1 с седлом 2, тарелку 3 с нижней мембраной 4, зажатой между фланцами нижней 5 и верхней 6 частей корпуса, верхнюю мембрану 8 с дисками 9 и регулировочными грузами 10. Мембрана 8 закреплена в крышке 11, в которой имеются отверстия для сообщения камер под крышкой с атмосферой при помощи трубки 12. Диски 9 и тарелки 3 соединены цепочками 14. Мембранная камера через импульсную трубку 15 сообщается с газовым пространством резервуара. В нижней части корпуса размещён кольцевой огневой предохранитель 16. Для удобства обслуживания клапан имеет боковой люк 7. Амортизирующая пружина 13 предназначена для устранения колебаний затвора.

Рис. 10.8. Принцип работы и расчетная схема дыхательного клапана типа НДКМ – 350:

1 – соединительный патрубок; 2 – седло; 3 – тарелка; 4 – мембрана;
5 – нижняя часть корпуса; 6 – верхняя часть корпуса; 7 – боковой люк;
8 – верхняя мембрана; 9 – диски; 10 – регулировочные грузы; 11 – крышка; 12 – трубка;
13 – амортизирующая пружина; 14 – це­почки для соединения дисков;
15 – импульсная трубка; 16 – огневой предохранитель в виде сетки

Мембрану изготавливают из бензостойкой прорезиненной ткани. Площадь нижней мембраны 4 меньше верхней 8 на величину площади отверстия импульсной трубки 15. Непримерзаемость тарелки к седлу обеспечивается покрытием соприкасающихся поверхностей фторопластовой плёнкой. Клапан устанавливается на резервуарах с большой емкостью.

Клапан работает следующим образом. При создании в резервуаре (а соответственно, и в межмембранной камере) разрежения 200 Па, соответствующего пределу срабатывания клапана, тарелка 3 поднимается, и в газовое пространство поступает атмосферный воздух. При повышении избыточного давления в резервуаре до 2000 Па сила давления на верхнюю мембрану, благодаря большей её площади, больше, чем на нижнюю. Если разность сил превышает вес тарелки 3 и диска 9 с грузом 10, то верхняя мембрана, прогибаясь вверх, увлекает за собой тарелку 3, открывая путь в атмосферу паровоздушной смеси.

Пример выбора дыхательного клапана
для процесса «выдоха»

Дано: подача закачиваемого нефтепродукта 30 м³/ч или 0,0083 м³/с. Объем резервуара 700 м³.

Расчет дыхательного клапана начинают с определения его пропускной способности и характерного диаметра.

1. По формуле 10.20 находим необходимую пропускную способность клапана

= 2,71 ∙ 30 + 0,026 ∙ 700 = 99,5 м³/ч.

Выбираем клапан дыхательный КД – 150 с характерным диаметром 150 мм и пропускной способностью 100 м³/ч.

2. Площадь проходного сечения клапана

S = ²/ 4 = 3,14 ∙ 0,15² / 4 = 0,0176 м².

3. Расход паров нефтепродукта через клапан

Q = S ∙ ,

откуда скорость истечения

= Q / S = 99,5 / 3600 / 0, 0176 = 1,5 м/с,

что не превышает допустимую скорость, равную 1 – 2 м/с.

Расчет давления открытия дыхательного клапана
для процесса «вдоха» и «выдоха»

Проанализируем работу дыхательного клапана НДКМ – 350, конструкция которого позволяет работать на «вдох» и «выдох». Характерный диаметр клапана 350 мм, пропускная способность 300 м³/час. Он имеет две мембраны с различной площадью. На рис. 10.8 показана конструкция и расчетная схема клапана НДКМ – 350, который устанавливается на резервуарах повышенной ёмкости [18].

Внутренний диаметр импульсной трубки принимаем 200 мм (Ф₁). Наружный диаметр мембран 4 и 8 примем по 700 мм (Ф₂ и Ф₃).

1. Площадь мембраны диаметром 0,7 м равна

S₈ = ²/ 4 = 3,14∙ 0,7 ² / 4 = 0,38 м².

2. Рабочая площадь мембраны 4 равна (без площади отверстия импульсной трубки)

S₄ = 0,38 – 3,14 ∙ 0,2 ² /4 = 0,38 – 0,03 = 0,35 м².

3. Сила давления газов, действующая на мембрану, определяется выражением

F = S ∙ P,

где S – дифференциальная площадь мембран, на которую действует избыточное давление;

P = 2000 Н/м² – перепад давления открытия клапана при избыточном давлении или «выдохе» и 200 Н/м² – перепад давления открытия клапана при разрежении или «вдохе» (принимаем в качестве расчетных данных).

Следует напомнить, что гидростатическое давление всегда перпендикулярно к мембране (площадке), на которую оно действует, и не зависит от угла наклона мембраны (формы).

При откачке нефтепродукта в резервуаре возникает давление меньше атмосферного, что может привести к его деформации. Когда вакуумметрическое давление достигнет 200 Н/м², клапан должен открыться и впустить в резервуар атмосферный воздух.

Атмосферное давление действует через огневой предохранитель 16 на мембрану 4.

4. Площадь мембраны 4 (кольцевая поверхность) со стороны атмосферного воздуха равна

Ф²₂ /4 – D²_Т /4 = 3,14 × 0,7 ² /4 – 3,14 × 0,4 ² /4 = 0,26 м,

где D_Т – диаметр тарелки 3 клапана в зоне седла 2.

5. Определим силу, поднимающую тарелку 3 (запорный орган),

F₁ = S∙ P = 0,26 × 200 = 52 Н.

6. Вес груза, прижимающий клапан к седлу, должен быть равен

G₁ = F₁ = m₂∙ g,

откуда масса тарелки 3 будет равна

m₁ = F₁ / g = 52 / 9,8 = 5,3 кг.

Настройка срабатывания клапана в процессе "вдоха" осуществляется грузами, расположенными в зоне тарелки 3.

Рассмотрим открытие клапана при избыточном давлении в резервуаре.

7. Сила давления газов на дифференциальную площадку будет равна

F₂ = S ∙ P = (0,38 – 0,35) ∙ 2000 = 60 Н.

8. Вес груза, прижимающий клапан к седлу, должен быть равен

G₂ = F₂ = m₁∙ g ,

откуда масса груза 10 будет равна

m₂ = F₂ / g = 60 / 9,8 = 6,1 кг.

Тарелка 3 и седло 2 герметично соединяются друг с другом путем притирки. Настройка срабатывания клапана в процессе "выдоха" осуществляется грузами, расположенными в зоне тарелки 3 и верхней мембраны 8. В нашем примере масса груза 10 на мембране 8 составит 0,8 кг.

Для эффективной работы дыхательных клапанов они оборудуются дисками-отражателями. В процессе «вдоха» вертикальное движение воздушного потока переходит в горизонтальное. Вошедший воздух оттесняет пары нефтепродукта вниз, а сам занимает положение под кровлей [18].