Назад к списку оборудования

Клапаны дыхательные

Дыхательные клапаны газового пространства рассчитаны на давление до 200 мм.вод.ст. и вакуум до 25 мм.вод.ст. Размер клапанов может варьироваться от 50 до 250 мм в диаметре. Увеличение давления (свыше 200 мм.вод.ст.) в резервуаре приводит к открытию клапана давления, падение давления ниже 25 мм.вод.ст. активирует открытие вакуумного клапана.

В основном корпусе дыхательного клапана устанавливаются два дополнительных элемента – клапан вакуума и давления. Они перемещаются в том же направлении, что и стержни, а масса груза, помещенного на них, должна включительно с весом клапана быть равной подъемной силе. Конструкция вакуумного клапана достаточно проста: он состоит из груза и тарелки, дающих возможность регулировать давление в резервуаре от 180 до 200 мм.вод.ст.

Установка дыхательных клапанов проводится на огневом предохранителе, расположенном на крыше резервуара. Некоторые современные виды клапанов представляют собой совмещенную с предохранителем систему. В таком случае кассета огневого предохранителя фиксируется в патрубке клапана.

В весенний, осенний и зимний периоды закачки теплых нефтепродуктов в резервуары возникает риск примерзания тарелок, установленных в клапанах, к седлам. Использование непромерзающего клапана (рис.8) позволяет избежать этого риска прокладкой устойчивого к промерзанию фторопласта-4. Фторопластовая пленка фиксируется прижимной гайкой на каждой из тарелок. Седла защищаются обработанным фторопластом, штоки оснащаются пластинами из того же материала и закрепляются в специальных фторопластовых трубках. Нанесение фторопласта на штоки и седла проводится при помощи метода напыления.

Фторопласт-4 и НДКМ-клапаны

Фторопласт-4 принадлежит к полимерам тетрафторэтилена. Он устойчив к химическим реакциям и сохраняет свои физические свойства при низких температурах (до -100 градусов С). Он практически не имеет сцепления со льдом и смачивается только под углом около 114°).

Нефтехранилища и резервуары часто оборудуются непромерзающими мембранными клапанами НДКМ-типа. (рис. 9, табл. 2). Они дают возможность сохранить герметичность резервуаров во время использования и поддерживать давление до 200 мм.вод.ст. и вакуум до 100 мм.вод.ст.

Главным отличием нового НДКМ-клапана от стандартных вариантов дыхательных КД-аналогов считается повышенная пропускная способность – она в 3-5 раз больше при аналогичном диаметре патрубка. Благодаря повышению эффективности действия одного клапана можно значительно сократить их общее количество.

Огнепреградительная кассета кольцевого типа (2) располагается между нижним корпусом (5) и соединительным патрубком (7). Затвор тарельчатого типа (4), объединенный с мембраной (6), зажатой между фланцами (7 и 8) нижнего и верхнего корпуса (5 и 9), закрывает седло (3). Пленочный фторопласт-4 позволяет добиться непромерзаемого соединения между тарельчатым затвором (4) и седлом (3). С дисками (18) верхней мембраны (17) затвор тарелки связан с помощью цепочки (10). Сама мембрана (17) установлена в пространстве между фланцами (15 и 14) верхней части корпуса (9) и крышей (13). Пустое пространство резервуара, находящееся под крышкой (13) и прилегающее к мембране (17) соединяется с атмосферой. Пространство камеры, расположенной между двумя мембранами (6 и 17) с дисками (18) и затвором тарельчатого типа (4), с помощью трубки (19) закрепляется за затвором (4) и таким образом соединяется с входным отверстием патрубка (1) и пространством хранилища.

Строение клапанов позволяет использовать их для различных целей и регулировать установки срабатывания. Для регулировки параметров срабатывания применяется изменение массы тарелки затвора (4). Давление, при котором клапан открывается, можно регулировать при помощи изменения количества дисков (16) на верхней мембране (17).

При стандартной комплектации грузами параметры открытия клапана – вакуум 20 мм.вод.ст. и давление более 70 мм.вод.ст.


Рис. 1. Дыхательный клапан непримерзающего типа:
1 — корпус; 2 — кольцо; 3 — седло; 4 — фторопластовое покрытие; 5 — тарелка; 6 — пленка (фторопласт-4); 7 — прижимная гайка; 8 — направля¬ющая фторопластовая трубка; 9 — шток; 10 — пленка (фторопласт-4); 11 — стержень.


Рис. 2. Непримерзающий дыхательный клапан НДКМ

Таблица 1

Показатели НДКМ-150 НДКМ-200 НДКМ-250 НДКМ-350
Условный диаметр патрубка, мм.
Пропускная способность (в м3/ч) при предельно допустимом вакууме в резервуарах:
40 мм вод.ст. ..........
100 мм вод.ст. ..........
Масса (без кассет огневого предохранителя), кг.
150

500

900

30

200

900

1500

35

250

1500

2500

60

350

2500

5000

80



Обслуживание и осмотр работоспособности клапанов осуществляется через люки (12 и 11), расположенные в крышке (13) и верхней части корпуса (9). Соединение нижней части корпуса (5) с патрубком (1) разъемно-откидного типа позволяет извлечь совмещающую кассету (2) из патрубка (1), если в этом есть необходимость. Откидывание клапана дает возможность осмотреть затвор (4), седло (3), патрубок (1), мембрану (6) и трубку (17).

Работа клапана

Функции клапана следующие – при возникновении вакуумного пространства в хранилище по кольцевой площади мембраны (6), закрытой затвором (4) вне седла (3) создается давление, направленное снизу вверх. Это приводит к постоянному изменению показателей вакуума и их перерасчету. Массой грузов, установленных на затворе тарельчатого типа (4), определяется значение, при котором происходит срабатывание клапана и сообщает газовое пространство с атмосферой. Мембрана (17) и масса дисков, установленных на ней (18), на работу клапана никакого влияния не оказывает. Повышение давления в камере действует на мембрану (6) с тарельчатым затвором (4). Кольцевая площадь этой мембраны также находится в корпусе (5) вне седла (3), но давление в нём направлено сверху вниз, что приводит к прижатию затвора (4) к поверхности седла (8), что не позволяет открыться клапану. Верхняя мембрана (17) с грузами (18) тоже подвержена давлению, действующему снизу вверх, но его площадь гораздо больше, чем у мембраны (6) с тарельчатым затвором (4). При достижении определенных показателей давления, установленных общей массой грузов затвора (4) и дисков (16 и 18), мембрана (17) поднимается вверх, натягивая цепочку (10) и открывает затвор (4). Это приводит к открытию клапана и соединению атмосферы с хранилищем. Снижение давления опускает затвор (4) на седло (3).

Клапаны НДКМ типа отличаются от стандартных КД-вариантов большим открытием. Это снижает уровень гидравлического сопротивления и повышает пропускную способность клапана. Такие показатели достигаются при повышении расхода через клапан, что способствует подъему затвора (4) выше седла (8). В вакуумном пространстве тот же эффект возможен при дополнительном разреживании в емкости резервуара между мембранами (6 и 17), вызванном эжекцией через трубку (19). В условиях давления такие показатели возможны при повышении значений давления в кольцевой полости, соединяющейся с атмосферой между кассетой для огнепреграждения (2) и мембраной (6). К повышению давления в данном случае приводит гидравлическое сопротивление кассеты. В осенний и зимний периоды, когда кассеты (2) снимаются, в клапанах устанавливаются пластинки сегментного типа. Это необходимо для того, чтобы обезопасить резервуар на случай выхода из строя основного дыхательного клапана.


Рис. 3. Предохранительный гидравлический КПС-клапан

В России для тех же целей используются предохранительные гидравлические КПС-клапаны для емкостей с давлением до 200 мм.вод.ст. и ПКС-клапаны для атмосферных камер. На дно таких клапанов (3) заливается трансформаторное масло, что образует гидрозатвор. Повышение давления в хранилищах эта жидкость вытесняется во внешнее кольцевое пространство, пока её уровень не упадет ниже обреза колпака. При достижении этого уровня газовоздушная смесь начинает барботировать в атмосферу.

В вакуумном пространстве камеры жидкость вытесняется во внутреннюю часть кольцевой. Использование отбойных козырьков на крышке (7) и трубе (5) позволяет снизить барботирование жидкости газами. Через воронку (8) в корпус клапана заливается масло. Сливная труба (2) определяет верхний уровень жидкости, во время эксплуатации этот показатель можно контролировать при помощи щупа (9). Слив рабочей жидкости происходит через отверстие с регулируемой пробкой (1). Сам клапан ставится на фланец предохранителя и фиксируется на крыше хранилища растяжками (6).

Таблица 2

Характеристики гидравлических КПС-клапанов
Показатели КПС-100 КПС-150 КПС-200 КПС-250 КПС-350
Условный диаметр прохода, мм
Пропускная способность (по воздуху), м3/ч
Масса клапана, кг
Масса масла в клапане, кг
100
50
28,5
8
150
100
50,0
19
200
200
97,6
42
250
300
183
66
350
600
370
190

Принцип работы

По принципу работы все гидравлические клапаны можно разделить на два типа – одно- и многоразовые. Одноразовые оснащены специальным разрушаемым при срабатывании элементом (стержень, мембрана) или емкостью с жидкостью, выбрасываемой из гидрозатвора. Применяются также разрывные клапаны, которые очень удобны своей компактностью. Но такие варианты сложно защитить от замерзания, что снижает их удобство их использования. Поэтому наиболее часто эксплуатируются клапаны с жидкость, выбрасываемой во время срабатывания.


Рис. 4. Предохранительный гидравлический КПГ-клапан

Напримерзающие НДКМ типа комплектуются предохранительными КПГ-клапанами (рис. 11, табл. 4).

Такой клапан состоит из основного корпуса (7) с фланцем, верхнего корпуса (5) с патрубком для обеспечения столба жидкости, чаши (6) для гидрозатвора, экрана (4), служащего для предотвращения уноса жидкости во время срабатывания, крышки (2), огневого предохранителя (3) и сливной трубки (1).

Таблица 3

Характеристики предохранительных КПГ-клапанов

Показатели КПГ-150 КПГ-200 КПГ-250 КПГ-350
Условный диаметр присоединительного патрубка, мм
Давление срабатывания клапана, мм вод.ст.
Вакуум срабатывания клапана, мм вод.ст.
Пропускная способность клапана (по воздуху), м3/ч, при вакууме:
25—40 мм вод.ст.
100 мм вод.ст.
Масса сухого клапана с кассетой огневого предохранителя, кг
Объём жидкости гидрозатвора, л
Габаритные размеры, мм
диаметр
высота
150

200

25-30

35-40

90-100

500

900

90

16

700

1200

200

200

25—30

35-40

90-100

900

1300

125

16

760

1300

250

200

25—30

35—40

90-100

1500

2700

170

23

900

1300

350

200

25—30

35—40

90-100

2700

5000

190

35

900

130



Условия, при которых срабатывает клапан, зависят от нескольких данных:
  • Плотность залитой жидкости;
  • Высота столба гидрозатвора;
  • Соотношение размеров патрубка и чашки (6).

При срабатывании в условиях давления высота столбы гидрозатвора достигает только высоты патрубка, а при вакууме происходит взаимное закрытие как патрубка, так и чаши. Когда в полости А и хранилище в целом повышается давление, жидкость, находящаяся в чаше, вытесняется в патрубок, а как только давление достигает предельных значений, установленных для этого параметра, жидкость выбрасывается на экран. Отраженная часть гидрозатвора собирается в кольцевой Б.

В вакуумной среде жидкость вытесняется в чашу через патрубок, а при срабатывании выплескивается на стенки корпуса резервуара и собирается в кольцевой В.

В чашке расположена перегородка цилиндрической формы, в которой проделано несколько отверстий. Она делит полость на две сообщающиеся части и предназначена для обеспечения выброса жидкости при срабатывании в вакуумную среду. Общий размер пространства Г между перегородкой и патрубками составляет не более двух площадей патрубка. Это упрощает выброс гидрозатвора на стенки клапана и крышку чаши. В пустой части кольцевого пространства постепенно скапливается остаток выброшенной жидкости, как только его уровень достигает определенного предела – жидкость снова выбрасывается из затвора. Для слива жидкости и её повторного использования в полости предусмотрены штуцеры.

Как только клапан срабатывает, пространство емкости, заполненное газом, сообщается с атмосферой. В этот момент происходит «сухое» срабатывания клапана, что позволяет повысить его пропускную способность. КПГ-клапаны в данном случае более удобны, поскольку могут без ограничений использоваться и в зимний сезон.

Для обеспечения герметичности резервуаров, находящихся под высоким давлением, существует специальный предохранительный клапан гидравлического тип – КПГ-150 (рис.12). Он состоит из нижнего бака (7) с рабочей жидкостью гидрозатвора и трубы (6), в которую вытесняется жидкость, создающая противодействие. С емкостью, заполненной газом, клапан сообщается через патрубок (1), присоединенный к огнепредохранителю (3) и переходящий в резервуар (2). Выброс жидкости в вакуумное пространство обеспечивается чашей (8), находящейся внизу бака (7). Для контроля срабатывания и уровня жидкости в стенке бака есть смотровое окно. Для перелива гидрозатвора из верхнего бака в нижний используется перепускной кран. Защита верхнего бака (5) от воздействия окружающей среды обеспечивается крышкой (4). В случае срабатывания клапана на вакуумное пространство, жидкость вытесняется в бак, а общее гидравлическое сопротивление в нем падает. После срабатывания гидрозатвор снова скапливается в чаше, перетекая туда через боковое отверстие. Поэтому перезаливать его не нужно.


Рис. 5. Предохранительный гидравлический кла¬пан КПГ-150 для резервуаров высокого давления


<Рис. 6. Чашка предохранительного гидравлического клапана КПГ-150

Для того чтобы обеспечить быстрое перемещение жидкости из бака в трубу, находящуюся в нижней части чаши (2) (рис. 13) в емкости предусмотрено клапанное устройство. На тарелку (4) с мембраной (3) передается давление, под действием которого открывается клапан и жидкость поступает в трубу (1). Степень раскрытия клапана определяется пружиной (6), её можно отрегулировать при помощи гайки (5). Когда давление доходит до предельных значений, определяемых параметрами трубы, жидкость вытесняется, а пространство резервуара сообщается с атмосферой. Это вызывает быстрое падение давления внутри емкости и закрытие клапана чашки. Гидрозатвор можно использовать вторично, для этого его необходимо перезалить.

Давление, при котором происходит срабатывания, для клапана определяется высотой трубы, а значение вакуума – площадью дна бака.

Устанавливать клапаны типа КПГ-150 можно как на крыше хранилища, так и рядом с емкостью резервуара, причем второй вариант более удобен. Диаметр соединительных трубопроводов должен составлять не менее 15 см. Установка огнепредохранителя проводится на отрезке между соединительным трубопроводом и фланцами патрубка. Клапан располагается только в вертикальном положении. Следить за уровнем жидкости можно через смотровое окно с делениями.