常压、低压储罐在使用过程中经常会由于储罐内液面的改变、或者外界温度的变化等原因,导致储罐内气体膨胀或收缩,储罐内气相的压力也随之波动,气体压力的波动极易使储罐出现超压或真空的情况,严重时会造成储罐超压鼓罐或低压瘪罐。
为了防止储罐出现超压或负压等失稳状态,工艺设计中通常采用在罐顶安装呼吸阀的方式来维持储罐气压平衡,确保储罐在超压或真空时免遭破坏,保护储罐安全,并且减少储罐内物料的挥发和损耗,对安全和环保均起到一定的促进作用。
呼吸阀的内部结构本质上是压力阀盘(即呼气阀)和真空阀盘(即吸气阀)的组合。可以放置压力阀盘和真空阀盘。
工作原理:当储罐压力等于大气压时,压力阀和真空阀的阀瓣与阀座紧密配合,阀座侧面的密封结构使由于“吸附”作用,阀座牢固,不易泄漏。随着压力或真空度的升高,阀瓣开始打开,在阀座的两侧留下“吸附”效应以保持良好的密封。呼吸阀按工作原理可分为重力式呼吸阀、弹簧式呼吸阀和先导式呼吸阀三种。
一、重力式呼吸阀
阀瓣的总外力为△F,F为阀瓣本身的重力G,上举力为πD2(P2-P1)/4。
1、如果阀瓣本身的重力等于向上的力,呼吸阀的呼气阀瓣将与呼气出口阀座紧密配合,吸入阀瓣与吸入口阀座将紧密配合。此时作用在阀瓣上的总外力为△F=G-πD2(P2-P1)/4、
2、当储罐内出现超过设定压力的超压时,罐内的高压直接作用于呼气出口阀瓣下方,克服阀瓣的重力和大气压力。阀盘打开呼气出口阀。罐中过高的气压从锅中排出,平衡罐中的压力与大气压力。此时阀盘所受的总外力△F=G-πD2(P2-P1)/4>0。
3、当储罐内产生低于设定压力的负压时,大气压力直接作用在吸入阀瓣下方,克服阀瓣的重力和作用在阀瓣上的罐内压力,从而打开吸入阀阀瓣补充储罐内的压力,使储罐内的压力与大气压平衡。此时阀盘所受总外力△F=G-πD2(P2-P1)/4<0。
1、正常使用情况下,作用在主阀膜片上的压力P2与作用在先导阀膜片上的压力P1相同,主阀关闭,先导阀上有弹簧载荷.比先导阀膜片大。当向上的力施加到某点时,先导阀关闭。由于先导阀的隔膜面积S1大于主阀的隔膜面积S2、因此阀门关闭力F=P1S1-P2S2、另外,当阀前压力增大时,阀门的关闭力增大,阀门的密封性能提高。
2、如果储罐内的压力高于设定压力,则作用在导阀膜片上的向上力刚好超过导阀的弹簧载荷。此时,先导阀阀座微开,密封在主阀内的气体迅速从先导阀排出,主阀气室压力P1下降。此时作用在主阀膜片上的压力P2→P1打开主阀,释放储罐内的超压。
3、通过主阀的流体继续流动,直到罐内压力低于设定压力,作用在导阀膜片上的力小于导阀的弹簧载荷,导阀被降低、关闭。储罐内的气体通过导管进入主阀气室,故压力P2=P1、主阀关闭,恢复正常状态。
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