地层水储罐用阻火型呼吸阀的设计

地层水储罐用阻火型呼吸阀的设计

赵洪波

中国石化西南油气分公司油气销售中心  四川 德阳 618000

[摘要]石油天然气采输站场通常需要常压储罐存储分离出来的地层水，从其使用环境的综合分析，新型地层水储罐用阻火型呼吸阀需要采用以液体密封气体，调节液面高度可以满足储罐的额定压力，可安装压力表监测储罐压力，同时可设置阻火网，使得呼吸阀安全阻火。同时储罐排除的可溶性物质被处理液中化学药剂吸附，使得逸散的气体无污染。该装置还需设置导压及排液管，可以定期更换或者添加处理液，确保呼吸阀安全高效运行。

[关键词]石油天然气站场；地层水储罐；阻火型呼吸阀

引言

在石油天然气采输井站，通常采用玻璃钢地层水储罐来存放地层水混合液，便于通过专用运输罐车进行转运至地层水综合处理站集中处理。地层水里面含有一些凝析油，当外界温度升高后，凝析油挥发成气体，所以地层水储罐均安装有呼吸阀，从而使储罐中的气体排出，避免储罐压力过大对储罐造成损伤。但传统的呼吸阀结构复杂，拆卸及维护保养困难，一般两人操作需要120分钟，操作风险大、操作时间长，不便于维护保养，导致无法正确判断呼吸阀的正常工作，同时传统的呼吸阀不具备阻火功能，对站场安全带来较大的风险。针对这些问题，目前亟需要一种技术方案来解决。

1呼吸阀结构原理

呼吸阀是常压储罐的一种重要的安全附件，其主要的额定参数有额定压力和公称通经及其开启压力，传统的呼吸阀的开启压力主要通过其阀盘连续的“呼出”或者“吸入”状态的压力，也称为呼吸阀的呼气开启压力，或者呼吸阀的吸气开启压力。通过“呼出”和“吸入”的两种状态交替运行，确保储罐的正常运行。

现有地层水储罐上的呼吸阀，内部空气流道内通常采用设置气体压力阀盘和负压阀盘的机械结构实现气体流向的控制，当储罐内压力升高时，气体压力顶开呼出阀盘，释放储罐压力；当储罐排放液体时，形成负压状态，此时的负压将吸气阀盘打开，储罐吸入大气，确保罐体本体的压力平衡，以达到保护罐体。

2 常用呼吸阀现状

2.1结构复杂

传统的呼吸阀采用比较笨重的阀盘结构，作为呼出及吸入的关键部件，由于罐顶操作空间较小，操作员工需要在狭小的空间操作，增加了操作者的劳动强度。

2.2不具备净化功能

传统的地层水储罐上的呼吸阀并不能对地层水中析出的气体进行净化处理，导致从地层水中析出的气体直接排放，污染天然气采输现场的环境，

2.3不具备阻火功能

传统的呼吸阀由于特殊的结构，在呼出或者吸入的过程中，有少量的可燃气体排除，因此当存在明火的风险时，可能导致火灾，导致储罐燃烧，甚至具有爆炸的风险，增加了天然气采输现场的危险因素。

2.4不能准确监测储罐的压力

传统的呼吸阀对储罐的压力控制主要依赖于阀盘的自重，随着储罐的生产运行，阀盘本体易受到储罐内的介质腐蚀，阀盘的自重会产生变化，可能存在增重或者减轻两种情况。如果阀盘增重，其控制储罐的压力会超过其额定压力，导致储罐爆炸；如果阀盘自重减轻，可能导致呼吸阀常开，该位置出现敞口，也会给石油天然气生产带来严重的安全风险。

3 阻火型呼吸阀设计

针对现有地层水储罐上的呼吸阀，体积较大、重量较重、结构复杂、制备成本较高，且不具有防火效果，不能对输出的气体进行处理，增加火灾风险的技术问题，设计一种体积较小、重量较轻、结构简单、制备成本低，且具有防火效果，能对输出的气体进行处理的地层水储罐用阻火型呼吸阀（图1）。

图1 阻火型呼吸阀结构示意图

3.1设计总体思路

地层水储罐用阻火型呼吸阀的壳体上设置排气口，壳体内设置溢流通道，溢流通道内灌装有净化处理液，还包括延伸至壳体内的输气管道，输气管道与地层水储罐连通，输气管道上设置进气口，进气口位于净化处理液液面以上，进气口与溢流通道的始端连通，排气口与溢流通道的末端连通，使从进气口输入的气体经过溢流通道后从排气口输出。

地层水储罐用阻火型呼吸阀，通过输气管道将地层水储罐内析出的气体导入壳体内净化处理液液面以上，使得从地层水储罐输出的气体穿过灌装有净化处理液的溢流通道后才能从排气口输出，一方面使气体中的可溶性物质被净化处理液或净化处理液中的化学药剂吸收或分解，避免输出的气体污染环境，起到环境保护的作用，提高该结构的呼吸阀的防污染效果，另一方面使净化处理液起到阻拦作用，阻拦外界环境中的杂质或火源从排气口进入地层水储罐内，提高该结构的呼吸阀的防火效果，同时，由于在结构上采用灌装了净化处理液的溢流通道实现对输出气流输送的控制，使得该结构的呼吸阀不需要设置各种阀盘，整体结构简单，重量较轻，制备成本较低，不需要复杂的维护检修，适用于在天然气采输井站的大面积推广应用。

3.2内部腔室总设计

呼吸阀主要考虑要将气体与液体隔开，以液封气，同时还可以安装阻火网等功能。于是在呼吸阀内设置若干隔板，隔板将壳体的内部空间分隔为若干腔室，腔室依次错位连通形成溢流通道。主要包括从储罐内逸散出来的气体，通过逸散气孔排出；也包括储存净化处理液的腔室及布置阻火网的腔室；通过采用隔板分隔形成的多个腔室组合形成溢流通道，使溢流通道结构简单，方便该结构的呼吸阀的制备和使用。

3.3罐体腔室设计

呼吸阀壳体内设置一个隔板，隔板和壳体的底部之间设置有连通孔，使隔板将壳体的内部空间分隔为相互连通的储液腔和溢流腔。通过储液腔和溢流腔的连通方式，使得从进气口输入的气体可推动储液腔内的净化处理液进入溢流腔，并穿过净化处理液后从排气口输出，保证从进气口输入的气体完全穿过净化处理液，受到较好效果的处理，避免污染环境。

3.4隔离腔室设计

呼吸阀输气管道底部与地层水储罐连通，在其顶部设置有封板，隔板与封板垂直连接。通过在输气管道上设置封板，并将隔板设置在封板上，封板采用螺栓与隔板连接，使得隔板的制作及安装较方便，较容易的实现壳体内部空间的分隔，使溢流通道的形成较容易，方便该结构的呼吸阀的制备。该腔室可以有规律且平稳排放使储罐的逸散的可燃气体。

3.5储液腔室设计

呼吸阀壳体内还设置有用于阻拦净化处理液从排气口输出的阻拦机构，阻拦机构包括箱体和设置在箱体内的过滤机构，箱体上设置有若干贯穿所述箱体的通气孔。通过设置阻拦机构，使阻拦机构起到气液分离的作用，分散进入阻拦机构的含有气体的净化处理液，使气体被分散后较容易的穿过过滤机构进行排放，液体在自身重力作用下降落回到溢流通道内，避免净化处理液在气压作用下从壳体内被推出，实现该结构的呼吸阀的长时间正常工作。

3.6阻火过滤设计

呼吸阀过滤机构由钢丝球制得。采用由箱体和钢丝球组合而成的阻拦机构，使过滤机构对液体具有良好的阻拦作用，同时也是当储罐内压力超过液柱压力时，释放压力的一个通道；并能够保证气体的顺利输出，实现所述阻拦机构的良好阻拦分离效果，钢丝球在市场上普遍都能采购，造价低廉，制备方便，且采用钢丝球制得的过滤机构还能够使净化处理液中的杂质停留在过滤机构中，使溢流通道内杂质较少，保证从地层水储罐中析出的气体在净化处理液中的顺利穿过。去除气体中的液体及其他化学有机成分和无机杂质等。

3.7防溢流设计

呼吸阀阻拦机构与壳体的内壁配合，在阻拦机构和封板之间设置有防溢流空间。通过设置防溢流空间，使得净化处理液从溢流通道输出后就有较大的流动空间，避免净化处理液在气压作用下从排气口溢出，保证该结构的呼吸阀的长时间正常使用。

3.8防护罩设计

在呼吸阀的壳体顶部设置有若干支撑杆，支撑杆上可拆卸连接有顶盖，排气口设置在壳体和顶盖之间。通过设置顶盖对壳体进行良好的防护，避免外界环境的杂质或火源从排气口进行壳体内，特别避免液体杂质进入呼吸阀内，使得控制储罐的压力发生变化；保证该结构的呼吸阀的正常使用。

3.9液柱监测设计

呼吸阀的液位检测机构与溢流通道连通，监测溢流通道内的净化处理液液面位置及监测储罐内的压力情况。设置液位检测装置，实时检测溢流通道内净化处理液的量，确保液柱高度与储罐额定压力相匹配；当储罐压力高于液柱压力时，及时排放气体；使储液腔室内的净化处理液液面过高时，通过其他方式快速的排出地层水储罐内的气体，同时也避免净化处理液损失；在液柱监测连通管道上，安装一个KPa低压压力表，通过压力表可以直观的监测液柱压力与储罐的压力匹配性，真实反应储罐内气体压力，通过这些监测机构的设置，可以有效地保证地层水储罐的安全使用。

3.10呼吸阀排液口的设计

在呼吸阀的壳体底部还设置有排污口，排污口通过排污管连接呼吸阀的储液腔，在排污管上设置有可开启和/或关闭的阀门。排污口的设置，主要方便积累在溢流通道内的杂质的排放；当我们监测到净化处理液的密度发生变化，可以通过排污口来排放一定量的液体（注：需要增加净化处理液时，可以通过打开防护罩，直接添加。）这样可以全方位地保证呼吸阀的正常工作，确保储罐的安全运行。

4设计独创性与效果分析

4.1设计独创性

地层水储罐用阻火型呼吸阀采用以液体密封气体，调节液面高度可以满足储罐的额定压力，可安装压力表监测储罐压力，同时设置阻火网，使得呼吸阀安全阻火。同时储罐排除的可溶性物质被处理液中化学药剂吸附，使得逸散的气体无污染。该装置还设置导压及排液管，可以定期更换或者添加处理液，确保呼吸阀安全高效运行。

4.2设计效果

（1）从地层水储罐输出的气体穿过灌装有净化处理液的溢流通道后才能从排气口输出，使气体中的可溶性物质被净化处理液或净化处理液中的化学药剂吸收或分解，避免输出的气体污染环境，起到环境保护的作用；

（2）通过设置阻火网使净化处理液起到阻拦作用，阻拦外界环境中的杂质或火源从排气口进入地层水储罐内，提高储罐使用的安全性；

（3）由于在结构上采用灌装了净化处理液的溢流通道实现对输出气流输送的控制，使得该结构的呼吸阀不需要设置各种阀盘，整体结构简单，重量较轻，制备成本较低，不需要复杂的维护检修，适用于在天然气采输井站的大面积推广应用。

（4）地层水储罐用阻火型呼吸阀结构简单，安装方便。同时可根据不同压力的储罐采用相应的处理液的比重及液面高度来控制，适用范围广，具有较大的推广价值。该呼吸阀在研制过程中已对其做了全面的安全风险识别，并编制了详细的操作规程。可广泛适用于各种低压储罐的生产领域。

5现场实际应用

地层水储罐用阻火型呼吸阀研制成功，先后在**输气站等输气站及长输管道的阀室组装应用（图2），拆卸及组装只需要20分钟，同时满足对储罐的安全保护，储罐周围无刺鼻气味产生。每只加工成本低廉，传统的呼吸阀由于定期维护困难，同时由于其受压阀盘受到气体的腐蚀作用，其重量会产生变化，不能稳定地保护储罐的受压能力，因此每年或者更短的时间需要更换，更换的成本成倍增加。使用新型阻火型呼吸阀可带来较大的经济效益。同时通过使用新型呼吸阀后，可轻松完成呼吸阀的维护工作，有效节约了劳动力，缩短了作业时间，降低了作业强度，遏制了环保风险，确保储罐安全高效运行。也可为企业带来较大的社会效益。

图2 地层水储罐用阻火型呼吸阀现场应用

6应用注意事项

呼吸阀所使用的净化处理液需要定期检测其密度大小。其具体的检测周期依据不同地质条件下的具体地质层位地层水的主要成分来制定。由于净化处理液能够及时净化逸散气体中的各种有机成分及无机杂质成分，它们之间发生一定的化学反应或者被溶解等机理，使得控制储罐的压力可能会发生变化，一般情况下可忽略不计，而其成分的变化则要及时关注。

7结语

  针对石油天然气采输井站中地层水储罐采用传统的呼吸阀存在结构复杂、操作风险大、操作时间长、不具备阻火功能、拆卸及维护保养困难等问题，设计了针对性的阻火型呼吸阀，该呼吸阀不仅体积较小、重量较轻、结构简单、制备成本低，而且具有防火效果，在实际应用中取得了良好效果，具有极佳的推广价值。

参考文献

[1]张清双,尹玉杰,明锡东主编.阀门手册—选型[M].北京：化学工业出版社.2013.

作者简介：赵洪波（1969—），男，汉族，大专，特级技师，从事油气储运相关工作。