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（北京沃利工程技術(shù)有限公司 北京 100102）

引言

呼吸閥是一種用于石油、化工、天然氣等行業(yè)的低壓保護(hù)設(shè)施，可用來(lái)保持儲(chǔ)罐壓力始終處于正常狀態(tài)。隨著外部環(huán)境溫度的變化，氣相空間相應(yīng)變化，呼吸閥進(jìn)行熱呼入呼出，調(diào)節(jié)儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力。熱呼入呼出量與保溫密切相關(guān)，不同的保溫形式將產(chǎn)生不同的折減因子，獲得不同的呼吸量。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，對(duì)保溫材料對(duì)折減因子應(yīng)用較少，選用較大的呼吸量，增加生產(chǎn)運(yùn)行的能耗。以乙醇儲(chǔ)罐為例，介紹呼吸閥保溫折減因子的計(jì)算方法和對(duì)熱呼吸量的影響[1]。

1.保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算

(1)絕熱保溫材料巖棉制品

巖棉具有多種型號(hào)和規(guī)格，以巖棉板為例，最高使用溫度550℃[2]。采用式（1）、式（2）計(jì)算保溫材料隨溫度的變化。

式中，λ為導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·K）；Tm為操作溫度（℃）。

(2)防火保溫材料硅酸鋁棉

防火型保溫材料以硅酸鋁棉2#氈為例，最高使用溫度1200℃[2]。采用式（3）、式（4）計(jì)算保溫材料隨溫度的變化。

式中，λL為低溫下導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·K），取Tm=400℃時(shí)的值；λH為高溫下導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·K）；Tm為操作溫度（℃）。

(3)新型氣凝膠保溫材料

氣凝膠是新型的保溫材料，具有耐火不燃和超低導(dǎo)熱系數(shù)約0.02W/m·K，數(shù)遠(yuǎn)低于其他保溫材料，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)可有效阻止熱量的傳遞，且隨著溫度的升高其導(dǎo)熱系數(shù)的增加速度緩慢，導(dǎo)熱性能穩(wěn)定。有研究發(fā)現(xiàn)，氣凝膠的溫度傳遞延遲時(shí)間比傳統(tǒng)保溫隔熱材料多出1倍，衰減倍數(shù)可增大40%,其導(dǎo)熱性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)保溫隔熱材料[3-4]。

2.熱呼吸量的計(jì)算

(1)熱呼出量的計(jì)算

采用式（5）計(jì)算因?yàn)橄到y(tǒng)升溫而導(dǎo)致的熱呼出量（即加熱的最大熱流率）VoT[5]。

式中，VoT為熱呼出量（Nm3/h）；Y為緯度因子；Vtk為儲(chǔ)罐容積（m3）；Ri為保溫折減因子。保溫折減因子，如果未使用保溫Ri=1；部分保溫儲(chǔ)罐的Ri=Rinp；完全保溫儲(chǔ)罐的Ri=Rin；雙壁罐Ri=Rc。

(2)熱呼入量的計(jì)算

采用式（6）計(jì)算因?yàn)榄h(huán)境溫度變化而導(dǎo)致的熱呼入量VIT[5]。

式中，VIT為熱量呼入量（Nm3/h）；C取決于蒸汽壓、平均存儲(chǔ)溫度和緯度的因子；Vtk為儲(chǔ)罐容積（m3）；Ri為保溫折減因子。

3.保溫折減因子計(jì)算

(1)全保溫折減因子

加熱（熱呼出）或冷卻（熱吸入）的熱流率因保溫而降低，并取決于保溫的特性和厚度。根據(jù)式（7）計(jì)算完全保溫儲(chǔ)罐的折減因子Rin。

式中，Rin為全保溫折減因子；h為內(nèi)部傳熱系數(shù)（W/m2·K），取4W/m2·K；lin為保溫層的壁厚（m）；λin為保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·K）。

(2)部分保溫折減因子

根據(jù)式（8）計(jì)算部分保溫儲(chǔ)罐的折減因子Rinp：

式中，Rinp為部分保溫折減因子；Ainp為儲(chǔ)罐的保溫表面積（m2）；ATTs為儲(chǔ)罐總表面積（含殼體和罐頂）（m2）；Rin為全保溫折減因子。

(3)雙壁儲(chǔ)罐保溫折減因子

雙壁儲(chǔ)罐因雙壁部分的作用對(duì)環(huán)境的傳熱量相應(yīng)減少，折減因子Rc可使用公式（9）計(jì)算。

式中，Rc為雙壁儲(chǔ)罐保溫折減因子；A為儲(chǔ)罐總表面積（m2）；Ac為不在殼內(nèi)的罐表面積。

4.計(jì)算實(shí)例

乙醇儲(chǔ)罐，尺寸ID 6400mm×9000mm，容積298.43m3，表面積213.02m2，操作溫度35℃，維度30°維度系數(shù)Y=0.32，與蒸汽壓儲(chǔ)存溫度關(guān)聯(lián)的因子C=6.5。采用API標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算熱呼吸量[5]。

(1)巖棉保溫折減因子

根據(jù)式（1）、式（2）、式（5）、式（6）、式（7）、式（8）、式（9）計(jì)算巖棉材料保溫折減因子及熱呼吸量，保溫厚度取0.1m，部分保溫比例取0.5，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 巖棉保溫折減計(jì)算結(jié)果Tab.1 Calculation results of rock wool insulation reduction factors

從表1中可以得出，隨著溫度的升高材料的導(dǎo)熱系數(shù)增大，保溫折減因子隨著增大，熱呼出呼入量增大。

(2)硅酸鋁棉保溫折減因子

根據(jù)式（3）、式（4）、式（5）、式（6）、式（7）、式（8）、式（9）計(jì)算硅酸鋁棉保溫折減因子及熱呼吸量，保溫厚度取0.1m，部分保溫比例取0.5，計(jì)算結(jié)果見表2。

從表2可以得出，隨著溫度的升高材料的導(dǎo)熱系數(shù)增大，保溫折減因子隨著增大，熱呼吸量增大。對(duì)于防火型保溫材料，在高溫時(shí)保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)成倍數(shù)的增加，在火災(zāi)溫度時(shí)已超常溫下的十倍。

表2 硅酸鋁棉保溫折減因子計(jì)算結(jié)果Tab.2 Calculation results of insulation reduction factor of aluminum silicate cotton

(3)保溫厚度對(duì)保溫折減因子的影響

以巖棉在100℃的導(dǎo)熱系數(shù)為例，部分保溫的比例0.5，考察不同保溫厚度對(duì)不同保溫型式對(duì)保溫折減因子的影響。

由表3隨著保溫厚度的增加，保溫折減因子減少，熱呼吸量減小，保溫厚度的增加可以降低運(yùn)行中的能耗，但相應(yīng)增加建設(shè)投資。

表3 保溫厚度對(duì)折減因子的影響Tab.3 Influence of insulation thickness on reduction factor

(4)不同保溫面積對(duì)部分折減因子的影響

以巖棉在以100℃的導(dǎo)熱系數(shù)，溫度厚度0.1m為例，考察不同保溫面積對(duì)部分保溫折減因子的影響。

由表4隨著保溫面積的增加，保溫折減因子減小，呼入呼出量減小，能有效降低生產(chǎn)能耗。

表4 保溫面積對(duì)折減因子的影響Tab.4 Influence of insulation area on reduction factor

(5)新型材料保溫折減因子

因新型保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化較小，可以視為定值，保溫折減因子只與保溫厚度和保溫面積有關(guān)，其影響見表3、表4。

(6)新型材料保溫折減因子

由式（9）得出雙壁罐的保溫折減因子，只與不在外壁內(nèi)的非雙壁面積有關(guān)，與保溫材料類型、保溫厚度、罐的壁厚無(wú)關(guān)。隨著非雙壁面積的增大，保溫折減因子增大，熱呼吸量增大。計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 雙壁儲(chǔ)罐保溫折減因子計(jì)算Tab.5 Calculation for insulation reduction factor of double wall tank

5.結(jié)語(yǔ)

以乙醇儲(chǔ)罐為例介紹各種不同保溫材料下的保溫折減因子的計(jì)算方法，及不同的保溫形式對(duì)儲(chǔ)罐熱呼吸量的影響。隨著保溫厚度的增加保溫折減因子減小，熱乎出呼入量減小；隨著保溫面積的增加，保溫折減因子減小，熱乎出呼入量減?。徊煌牧想S著溫度的增加導(dǎo)熱系數(shù)增大，保溫折減因子增大，熱呼出呼入量增大；材料導(dǎo)熱系數(shù)小，保溫折減因子小，熱呼吸量小。為在工程設(shè)計(jì)中，采用經(jīng)濟(jì)合適的保溫材料、保溫厚度、保溫面積、保溫型式提供數(shù)據(jù)支持。