Дыхательные клапаны

Дыхательные клапаны диаметром 50, 80, 100, 150, 200, 250 мм рассчитаны на давление 200 мм вод. ст. и вакуум 25 мм вод. ст. При увеличении давления в газовом пространстве резервуара свыше 200 мм вод. ст. открывается клапан давления, а при падении давления ниже атмосферного на 25 мм вод. ст. открывается клапан вакуума.

В корпусе дыхательного клапана помещаются клапаны давления и вакуума, перемещающиеся по направляющим стержням. Масса груза, посаженного на клапан, вместе с массой последнего должны равняться подъемной силе клапана. Клапан вакуума состоит из тарелки клапана и одного регулировочного груза, что обеспечивает регулировку вакуума от 20 до 25 мм вод. ст. Клапан давления включает тарелку клапана и груз, который позволяет регулировать давление от 180 до 200 мм вод. ст.

Дыхательный клапан устанавливается на крыше резервуара на огневом предохранителе. В настоящее время выпускаются дыхательные клапаны, совмещенные с огневым предохранителем путем установки кассеты огневого предохранителя в патрубке клапана.

При закачке в резервуары теплых нефтепродуктов весной, а также в осенне-зимний период создается угроза примерзания тарелок клапанов к седлам. В непримерзающем клапане (рис. 8) этот недостаток устранен путем изоляции смерзающихся поверхностей фторопластом-4. На каждой тарелке клапана прижимной гайкой закрепляется фторопластовая пленка, седла изолируются тщательно обработанным фторопластом, штоки обертываются фторопластовыми пластинами и устанавливаются в направляющих фторопластовьгх трубках. Фторопластовое покрытие седел и направляющих штоков может быть осуще­ствлено методом напыления.

Фторопласт-4 — полимер тетрафторэтилена, химически чрезвычайно стоек, сохраняет механические свойства при температурах до —100° С, не смачивается водой (угол смачивания 114°), имеет незначительное сцепление со льдом.

Непримерзающий мембранный дыхательный клапан типа НДКМ (рис. 9, табл. 2), которым оборудуются резервуары с нефтью и нефтепродуктами, позволяет осуществлять герметичную эксплуатацию резервуаров с давлением в газовом пространстве до 200 мм вод. ст. и вакуумом 100 мм вод. ст.

От существующих типовых дыхательных клапанов типа КД клапан типа НДКМ отличается тем, что обладает в 3—5 раз большей пропускной способ­ностью при одинаковом диаметре патрубка. Это позволяет сократить число устанавливаемых на резервуар клапанов.

Между присоединительным патрубком 7 и нижним корпусом 5 помещена кольцевая огнепреградительная кассета 2. Седло 3 закрыто тарельчатым за­твором 4, выполненным заодно с мембраной 6, зажатой по периферии между фланцем 7 нижнего корпуса 5 и фланцем 8 верхнего корпуса 9. Непримерзаемость тарельчатого затвора 4 к седлу 3 достигается за счет пленочного покрытия из фторопласта-4, которым снабжены рабочие поверхности этой пары. Тарель­чатый затвор при помощи цепочек 10 связан с дисками 18 верхней мембраны 17, которая закреплена по периферии между фланцем 15 верхнего корпуса 9 и флан­цем 14 крышки 13. Полость между мембраной 17 и крышкой 13 сообщается с атмосферой. Камера между мембраной 6 с тарельчатым затвором 4 и верхней мембраной 17 с дисками 18 через импульсную трубку 19, прикрепленную к затвору 4, сообщается с проходным отверстием патрубка 1 и далее с газовым про­странством резервуара.

Конструкция клапана предусматривает широкое регулирование пределов его срабатывания. Вакуум срабатывания регулируется изменением массы тарельчатого затвора 4 при помощи сменных грузов (на рис. 9 не показаны), а давление срабатывания — изменением числа сменных дисков 16 на верхней мембране 17.

Без грузов на обеих мембранах клапан открывается при вакууме 20 мм вод. ст. и давлении 70 мм вод. ст.

Рис. 8. Непримерзающий дыхательный клапан:

1 — корпус; 2 — кольцо; 3 — седло; 4 — покрытие (фторопласт-4); 5 — тарелка; 6 — пленка (фторопласт-4); 7 — гайка прижимная; 8 — направля­ющая фторопластовая трубка; 9 — шток; 10 — пленка (фторопласт-4); 11 — стержень 

Рис. 9. Непримерзающий дыхательный клапан типа НДКМ 

Таблица 2

Техническая характеристика непримерзающих мембранных дыхательных клапанов типа НДКМ

Для удобства осмотра и обслуживания клапан снабжен люком 12 в крышке 13 и боковым люком 11 в верхнем корпусе 9. При необходимости кассету 2 можно легко извлечь из клапана. Это достигается с помощью разъемно-откидного соединения нижнего корпуса 5 с присоединительным патрубком 1. Указанное соединение позволяет при откинутом относительно патрубка 1 клапане легко и удобно осмотреть рабочие поверхности седла 3 и затвора 4, проверить эксплуатационное состояние патрубка 1, мембраны 6 и импульсной трубки 17.

Клапан работает следующим образом. При возникновении вакуума в резервуаре по кольцевой площади мембраны 6 с затвором 4 за пределами седла 3 действует атмосферное давление, направленное вверх. В результате этого при некотором расчетном значении вакуума, определяемом массой тарельчатого затвора 4 с грузами, клапан открывается и сообщает с атмосферой газовое пространство резервуара. Верхняя мембрана 17 с дисками 18 на срабатывание и работу клапана при вакууме влияния не оказывает. Когда в резервуаре образуется давление, оно действует на мембрану 6 с затвором 4 также по кольцевой площади, заключенной в нижнем корпусе 5 за пределами седла 3, но это давление направлено сверху вниз и прижимает затвор 4 к седлу 8, препятствуя открыванию клапана. На верхнюю мембрану 17 с дисками 18 давление действует в направлении снизу вверх и по большей, чем у мембраны 6 с затвором 4, площади. В результате этого при некотором заданном значении давления, определяемом суммарной массой затвора 4 с грузом и дисков 18 и 16, мембрана 17 движется вверх и через цепочки 10 увлекает за собой затвор 4. Таким образом, клапан открывается и сообщает резервуар с атмосферой. При уменьшении вакуума и давления ниже заданных значений затвор 4 садится на седло 3.

В отличие от типовых клапанов КД клапан типа НДКМ обладает большей полнотой открытия, а следовательно, меньшим гидравлическим сопротивлением и большей пропускной способностью. Это объясняется тем, что с ростом расхода через клапан появляются дополнительные усилия, способствующие увеличению высоты подъема тарельчатого затвора 4 от седла 8. При вакууме эти усилия возникают от дополнительного разрежения в полости между мембранами 6 и 17, вызываемого эжекцией через импульсную трубку 19. При давлении аналогичные усилия появляются в результате образования некоторого давления в сообщающейся с атмосферой кольцевой полости между мембраной 6 и огнепреградительной кассетой 2. Причина возникновения такого давления — гидравлическое сопротивление этой кассеты. Для сохранения давления при снятых кассетах 2 (в осенне-зимний период) клапан снабжается сегментными пластинками, устанавливаемыми вместо кассет (на рис. 9 не показано). Возможность выхода из строя дыхательного клапана или нарушения технологического режима вызывала необходимость установки специального пред­охранительного клапана, дублирующего работу дыхательного клапана.

В нашей стране для этой цели применяются предохранительные гидравлические клапаны типа ПКС (для атмосферных резервуаров) и КПС для резервуаров, рассчитанных на давление до 200 мм вод. ст., с Dу = 350 мм (рис. 10, табл. 3). Основным элементом этих клапанов является гидрозатвор, образованный залитой на дно корпуса 3 рабочей жидкостью (трансформаторным маслом) и колпаком 4. При повышении давления внутри резервуара жидкость гидрозатвора вытесняется из внутреннего кольцевого пространства во внешнее до тех пор, пока уровень не опустится до нижнего обреза колпака. После этого газовоздушная смесь будет прорываться (барботировать) в атмосферу.

При вакууме в резервуаре жидкость гидрозатвора вытесняется во внутреннее кольцевое пространство. Для уменьшения уноса жидкости с проходящими газами к крышке 7 и трубе 5 крепятся отбойные козырьки. Воронка 8 служит для залива масла в корпус клапана, а сливная труба 2 для ограничения верхнего уровня при заливе. Для контроля над уровнем во время эксплуатации клапан снабжен щупом 9. Для слива рабочей жидкости при замене ее пользуются отверстием, перекрываемым пробкой 1. Клапан устанавливается на фланец огневого предохранителя и с помощью растяжек 6 дополнительно крепится к крыше резервуара.

Таблица 3

Техническая характеристика гидравлических предохранительных клапанов типа КПС 

По принципу действия предохранительные клапаны можно подразделить на клапаны много- и одноразового действия. В клапанах одноразового действия при срабатывании разрушается какой-либо элемент (мембрана, стержень и т д.) или выбрасывается жидкость из гидрозатвора. Возможно применение разрывных предохранительных клапанов, преимуществом которых является компактность конструкции. Однако сложность защиты разрывных элементов от обледенения может значительно снизить их надежность, поэтому основное внимание уделяется разработке гидравлических клапанов с выбросом жидкости во время срабатывания. 

Рис. 11. Предохранительный гидравлический клапан типа КПГ 

Для работы в комплекте с непримерзающими ды­хательными клапанами типа на НДКМ предназначены предохранительные гидравлические клапаны типа КПГ (рис. 11, табл. 4).

Клапан состоит из корпуса 7 с присоединительным фланцем, чашки 6 предназначенной для размещения жидкости гидрозатвора, верхнего корпуса 5 с патрубком, погружаемым в жидкость для создания столба жидкости гидро­затвора, экрана 4, предотвращающего унос (выброс) жидкости при срабатывании клапана, кассеты огневого предохранителя 3, крышки 2 для защиты от атмосферных осадков и трубки 1 для слива и налива жидкости. 

Таблица 4

Техническая характеристика предохранительных клапанов типа КПГ 

Пределы срабатывания клапана зависят от плотности, высоты столба жидкости гидрозатвора и соотношения площадей патрубка и чашки 6. На давление высота столба жидкости ограничивается высотой патрубка, а на вакуум — взаимным перекрытием патрубка относительно чашки. При повышении давления в резервуаре и полости А жидкость из чашки вытесняется в патрубок, при достижении предельно допустимого значения давления она выбрасывается на экран, отражаясь от которого, скапливается в кольцевой полости Б. При вакууме в резервуаре жидкость вытесняется из патрубка в чашку и при срабатывании выбрасывается на стенки корпуса, по которым стекает в кольцевую полость В. Для обеспечения выброса жидкости в момент срабатывания на вакуум в чашке имеется цилиндрическая перегородка с отверстиями, разделяющими ее на две сообщающиеся полости. Площадь кольцевого зазора Г между патрубками и перегородкой не превышает двух площадей патрубка, что облегчает выброс жидкости из зазора на крышку чашки и затем на стенки корпуса клапана. В освобожденный кольцевой зазор из сообщающейся полости чашки перетекает остаток жидкости и по мере поступления выбрасывается из затвора, не создавая заметного превышения вакуума. Выброшенная жидкость сли­вается через сливные штуцеры и используется для повторной заливки.

После срабатывания клапана газовое пространство резервуара сообщается с атмосферой, и клапан работает как «сухой», обеспечивая более высокую пропускную способность. Клапаны типа КПГ работоспособны в зимний период и удобны в обслуживании.

Для герметизации резервуаров высокого давления разработан предохранительный гидравлический клапан КПГ-150 (рис. 12), состоящий из нижнего бака 7, в который заливается рабочая жидкость, создающая гидрозатвор, и трубы 6 для размещения вытесняемой из бака жидкости гидрозатвора и создания противодавления. Для сообщения клапана с газовым пространством резервуара имеется патрубок 1, присоединяемый к резервуару 2 через огневой предохранитель 3. В нижней части бака 7 расположена чашка 8, обеспечивающая выброс жидкости из гидрозатвора при работе на вакуум. Наблюдение за уровнем жидкости в баке производится через специальное смотровое стекло. Перелив жидкости гидрозатвора из верхнего бака в нижний осуществляется через перепускной кран. Защитная крышка 4 предохраняет верхний бак 5 от попадания в него атмосферных осадков. При срабатывании клапана на вакуум жидкость гидрозатвора выбрасы­вается потоком воздуха из чашки в бак, гидравлическое сопротивление снижается. После окончания работы на вакуум жидкость из бака перетекает обратно в чашку через боковое отверстие в ней. Перезаливка не требуется. 

Для обеспечения быстрого перетока жидкости из бака в трубу в дне чашки 2 (рис. 13) имеется клапанное устройство. Под действием давления, передавае­мого на тарелку 4 с мембраной 3, клапан открывается, обеспечивая доступ жидкости в трубу 1. Степень открытия клапана зависит от положения пружины 6, регулировка которой осуществляется гайкой 5. При предельно допустимом давлении, определяемом высотой трубы, жидкость выбрасывается в емкость, и газовое пространство резервуара сообщается с атмосферой. Давление в резервуаре резко падает, и клапанное устройство чашки закрывается. Жидкость гидрозатвора может быть использована вновь после перелива ее в нижний бак.

Давление срабатывания клапана определяется высотой выбросной трубы, а вакуум — площадью днища бака.

Монтаж клапана КПГ-150 может проводиться как на кровле резервуара, так и рядом с резервуаром (последнее предпочтительнее). Соединительные трубопроводы должны иметь диаметр не менее 150 мм. Огневой предохранитель (Dy ~ 200 мм) располагают между фланцами патрубка резервуара и соедини­тельного трубопровода. Клапан должен устанавливаться строго вертикально. Уровень залитой жидкости контролируется по метке на смотровом окне.