馬松華，肖梟，宮兆波，邱福壽，唐洋

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 833600；2.西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，四川 成都 610500）

1 前言

呼吸閥是一種低壓保護(hù)裝置，在石化行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，它可以保證儲(chǔ)罐始終在正常的工作壓力范圍內(nèi)，并保護(hù)儲(chǔ)罐在壓力波動(dòng)下的安全性能。其排氣正壓和吸氣負(fù)壓分別通過(guò)壓力閥盤(pán)和真空閥盤(pán)的重量來(lái)控制。

但是，呼吸閥需要定期進(jìn)行檢測(cè)、維護(hù)和保養(yǎng)，一般每月維護(hù)一次，冬季每月維護(hù)兩次。頻繁地檢測(cè)、維護(hù)和保養(yǎng)加大了工作人員的工作量，特別涉及大尺寸呼吸閥時(shí)，其重量過(guò)大，需要在地面使用吊車(chē)將呼吸閥吊裝至地面，再通過(guò)工作人員將呼吸閥運(yùn)移、安裝、固定至檢測(cè)裝置上進(jìn)行檢測(cè)，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程速度慢、效率低。因此，需要設(shè)計(jì)一種便于快速檢測(cè)的新型呼吸閥，以提高呼吸閥檢測(cè)、維護(hù)和保養(yǎng)效率。

許多研究人員提出了呼吸閥快速檢測(cè)方案，并取得了一定的成效。常承亮等提出了呼吸閥檢測(cè)免拆除裝置技術(shù)，將油罐呼吸閥門(mén)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的油罐呼吸閥門(mén)，相對(duì)傳統(tǒng)的模式，更加方便和高效，在實(shí)際工作中不需要拆卸呼吸閥就能進(jìn)行檢測(cè)，這樣就能在某種程度上降低技術(shù)人員的工作量，從根本上提升工作效率。劉士偉等提出了一種呼吸閥在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)，無(wú)須拆除呼吸閥來(lái)檢測(cè)，大幅度降低檢測(cè)的工作量，同時(shí)，對(duì)檢測(cè)環(huán)境要求低，符合實(shí)際操作的需求，具有良好的應(yīng)用前景?？敌l(wèi)紅等設(shè)計(jì)制作的先導(dǎo)式呼吸閥在線(xiàn)校驗(yàn)儀，可以實(shí)現(xiàn)低壓先導(dǎo)式呼吸閥和真空閥的離線(xiàn)和在線(xiàn)校驗(yàn)，為先導(dǎo)式呼吸閥的校驗(yàn)提供了一定參考。

本文提出了一種新型呼吸閥方案設(shè)計(jì)，將正、負(fù)壓閥盤(pán)整合為一體式閥芯，一體式閥芯方便取出檢測(cè)；此外，擴(kuò)大閥盤(pán)支架的軸向尺寸，在閥盤(pán)支架內(nèi)部開(kāi)通氣口，閥體阻火口處設(shè)計(jì)為變徑形式，保證了呼吸閥的通氣量；將閥盤(pán)與閥盤(pán)支架密封面處設(shè)計(jì)為斜口，當(dāng)冬季閥內(nèi)閥外溫差大，液體在閥盤(pán)處冷凝時(shí)，會(huì)順著斜口流入閥盤(pán)支架的槽內(nèi)，能有效防止閥盤(pán)凍結(jié)。

2 呼吸閥的類(lèi)型

呼吸閥的類(lèi)型多種多樣，可以將其劃分為不同的類(lèi)型。按結(jié)構(gòu)方式可劃分為重力式和先導(dǎo)式呼吸閥；按材料可分為碳鋼、鑄鐵、不銹鋼以及塑料呼吸閥；按密封方式的不同可劃分為緊定式、自封式、油封式以及填料式呼吸閥；按有無(wú)阻火的功能可分為普通和阻火呼吸閥；按工作方式可分為呼吸閥、單呼閥以及單吸閥；按可適用操作溫度，可分為普通型和全天候型呼吸閥，其操作溫度和代號(hào)如表1 所示。

表1 呼吸閥類(lèi)型

3 現(xiàn)有呼吸閥在現(xiàn)場(chǎng)使用和檢測(cè)存在的問(wèn)題

要確保壓力儲(chǔ)罐設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性，必須確保呼吸閥門(mén)的檢測(cè)頻率，同時(shí)，有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該將呼吸閥檢測(cè)當(dāng)成為一項(xiàng)重要的任務(wù)。目前，國(guó)內(nèi)大部分的壓力儲(chǔ)罐內(nèi)部機(jī)械模式都是以呼吸閥門(mén)和安全保證閥門(mén)為基礎(chǔ)，主要采用的是重力模式、機(jī)械彈簧模式的內(nèi)部構(gòu)成結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到對(duì)壓力儲(chǔ)罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)呼吸壓力的調(diào)控。一般為地面儲(chǔ)罐閥門(mén)和半地下的壓力儲(chǔ)罐閥門(mén)，大部分都是在春季和冬天內(nèi)每個(gè)月進(jìn)行2 次的檢測(cè)，在夏天和秋季分別每月進(jìn)行1 次檢測(cè)。若壓力儲(chǔ)罐為洞口或庫(kù)的內(nèi)部構(gòu)造，要進(jìn)行每半年一次的檢測(cè)頻率。現(xiàn)有呼吸閥在冬季（-35 ～-25℃）易結(jié)霜凍結(jié)，使閥桿等關(guān)鍵零件失效，導(dǎo)致呼吸閥不能正常工作。同時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)體積大，重量重，需要多次使用重型機(jī)械進(jìn)行吊裝檢測(cè)作業(yè)，拆裝強(qiáng)度高、工作量大，導(dǎo)致其檢測(cè)成本高、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，且在操作時(shí)存在較大安全隱患。此外，呼吸閥檢測(cè)設(shè)備也存在許多問(wèn)題，例如，設(shè)備不符合全參數(shù)檢測(cè)要求，檢測(cè)參數(shù)單一不全，集成性、一體化檢測(cè)性差等。常見(jiàn)的呼吸閥故障主要有漏氣、堵塞、黏結(jié)、卡死、凍結(jié)等。

3.1 呼吸閥漏氣

在呼吸閥門(mén)的日常工作中，結(jié)構(gòu)體漏氣是一種常見(jiàn)的故障，其原因是呼吸閥在長(zhǎng)時(shí)間的使用后，空氣中的水分會(huì)導(dǎo)致呼吸閥表面出現(xiàn)大量的腐蝕面，進(jìn)而使零部件之間產(chǎn)生異常。此外，在日常工作中，也會(huì)出現(xiàn)一些誤差導(dǎo)致局部受損，如閥盤(pán)變形、閥桿傾斜等，從而導(dǎo)致呼吸閥的泄漏。

3.2 呼吸閥堵塞

堵塞是由于機(jī)械呼吸閥長(zhǎng)期未保養(yǎng)，致使塵土、銹渣等雜物沉積于呼吸閥內(nèi)而堵塞。另外，一些壓力儲(chǔ)罐的規(guī)模和占地比較大，會(huì)有蜜蜂和鳥(niǎo)類(lèi)在呼吸閥門(mén)通道口筑巢，最后導(dǎo)致呼吸閥的結(jié)構(gòu)堵塞。堵塞通常會(huì)與呼吸閥配合并使用的阻火器相抵觸，從而使呼吸閥的呼吸量大大降低。

3.3 呼吸閥黏連

呼吸閥黏接是因?yàn)橛驼魵?、水分與沉積于閥盤(pán)、閥座、導(dǎo)桿上的塵土等雜物混合發(fā)生化學(xué)或者物理變化，使閥盤(pán)與閥座或?qū)U黏結(jié)在一起，最終引起閥盤(pán)重量超重，使得閥盤(pán)無(wú)法正常開(kāi)啟，嚴(yán)重影響呼吸閥的正常工作狀態(tài)。

3.4 呼吸閥卡死

卡死是由于呼吸閥安裝不正確或油罐變形，使閥盤(pán)導(dǎo)桿發(fā)生傾斜或者銹蝕，在導(dǎo)桿上下活動(dòng)中不能到位，將閥盤(pán)卡于導(dǎo)桿一定位置，最后使引導(dǎo)桿在上下進(jìn)行活動(dòng)時(shí)不能完全實(shí)現(xiàn)彈性。

3.5 呼吸閥凍結(jié)

凍結(jié)一般發(fā)生在冬季或早晚溫差較大的地區(qū)，因?yàn)闇囟鹊淖兓瘜?dǎo)致空氣中的水分在呼吸閥的閥體、閥盤(pán)、閥座和導(dǎo)桿等部位凝結(jié)，進(jìn)而結(jié)冰，使閥難以開(kāi)啟。

以上這些故障，有的使呼吸閥達(dá)到控制壓力時(shí)不能動(dòng)作，造成油罐超壓，危及油罐安全；有的則使呼吸閥失去作用，造成大小呼吸失控，從而增加進(jìn)料的蒸發(fā)損耗，使介質(zhì)質(zhì)量下降，加重區(qū)域大氣污染，影響操作人員的身體健康，增加區(qū)域危險(xiǎn)因素。

4 一體式可拆卸閥芯呼吸閥方案設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等問(wèn)題，結(jié)合實(shí)踐生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，詳細(xì)設(shè)計(jì)了一種新型呼吸閥，該呼吸閥在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，只需取出一體式閥芯進(jìn)行檢測(cè)，提高了檢測(cè)效率。擴(kuò)大了閥盤(pán)支架的軸向尺寸，并在閥盤(pán)支架內(nèi)部開(kāi)通氣口，保證了呼吸閥的通氣量要求，此外，閥體阻火口處設(shè)計(jì)為變徑形式，進(jìn)一步增大了通氣量。在閥盤(pán)與閥盤(pán)支架密封面處增設(shè)了斜口設(shè)計(jì)，能有效防止閥盤(pán)凍結(jié)，如圖1 所示。

圖1 一體式可拆卸閥芯呼吸閥

4.1 結(jié)構(gòu)描述

設(shè)計(jì)的一體式可拆卸閥芯呼吸閥，將傳統(tǒng)呼吸閥改為可快速拆裝閥芯的一體式閥芯呼吸閥，無(wú)須整體拆裝，只需拆卸出一體式閥芯進(jìn)行檢測(cè)，且無(wú)須進(jìn)行重型裝備吊裝作業(yè)，解決了在對(duì)大尺寸呼吸閥進(jìn)行拆裝時(shí)成本高、效率低、安全系數(shù)低等問(wèn)題。一體式閥芯包括手提式握把、閥盤(pán)支架上蓋、負(fù)壓閥盤(pán)、正壓閥盤(pán)、閥桿、FEP膜片及閥盤(pán)支架，如圖2 所示。

圖2 一體化可拆卸閥芯

為了增大呼吸閥的通氣量，擴(kuò)大了閥盤(pán)支架的軸向尺寸，并在閥盤(pán)支架內(nèi)部開(kāi)通氣口，保證了呼吸閥的通氣量要求，此外，將閥體阻火口處設(shè)計(jì)為變徑形式，進(jìn)一步增大了呼吸閥的通氣量，如圖3 所示。

圖3 閥盤(pán)支架和閥體

針對(duì)現(xiàn)有呼吸閥在冬季易結(jié)霜凍結(jié)，使閥盤(pán)等關(guān)鍵零件失效等難題，在閥盤(pán)與閥盤(pán)支架密封面處增設(shè)了斜口設(shè)計(jì)，當(dāng)冬季閥體內(nèi)外溫差較大，液體在閥盤(pán)處冷凝時(shí)，會(huì)順著斜口流入閥盤(pán)支架的槽內(nèi)，防止閥盤(pán)凍結(jié)。如圖4 所示。

圖4 密封面斜口

4.2 技術(shù)參數(shù)

一體式可拆卸閥芯呼吸閥如圖5 所示。內(nèi)置阻火器，采用波紋型，阻爆燃型，且阻火器應(yīng)符合GB5908-2005《石油儲(chǔ)罐阻火器》規(guī)定的要求。阻火呼吸閥應(yīng)按SY/T0511.1-2010《石油儲(chǔ)罐附件第1 部分：呼吸閥》及API2000 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制造和驗(yàn)收。法蘭標(biāo)準(zhǔn)按HG/T20592-2009PN6RF。ISO28300/API2000 的要求進(jìn)行泄漏量試驗(yàn)，即在設(shè)定壓力的75%時(shí)測(cè)定閥門(mén)的泄漏量，最大允許的泄漏量值為：＜0.2m3/h；阻火器應(yīng)位于呼吸閥外側(cè)（大氣側(cè)），阻火元件應(yīng)便于檢查和清洗。閥體符合GB/T1301《表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》。去除邊緣毛刺，棱邊倒鈍角；螺紋表面不允許有磕碰、黑皮、亂扣和毛刺等缺陷。

圖5 一體式可拆卸閥芯呼吸閥

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)呼吸閥檢測(cè)頻率高、整體拆卸呼吸閥后吊裝運(yùn)移工作量大、呼吸閥冬季易結(jié)霜凍等問(wèn)題，從呼吸閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)的角度出發(fā)，提出一種一體化可拆卸閥芯的呼吸閥方案設(shè)計(jì)，該方案設(shè)計(jì)主要結(jié)論如下：（1）拆裝和運(yùn)輸時(shí)對(duì)需要檢測(cè)的部件影響小，可靠性高；（2）閥蓋設(shè)計(jì)為翻蓋式、閥蓋上設(shè)置有握把、閥芯上設(shè)有提手，使呼吸閥有更加人性化的拆裝方式，拆裝的過(guò)程更加方便快捷；（3）相比普通呼吸閥的檢測(cè)時(shí)，僅需拆卸一體式閥芯，其重量?jī)H為8kg，避免了繁瑣的吊裝作業(yè)，極大地提高了工作效率。