Нафтопереробні підприємства і технологічні комплекси, які використовують нафтогазову продукцію, містять у робочій інфраструктурі систему трубопроводів для обслуговування паливних матеріалів. Підтримання достатніх експлуатаційних показників у контурах циркуляції тієї ж нафти потребує застосування спеціальної сантехнічної арматури. Її ключовим елементом є дихальний клапан резервуара, завдяки яким здійснюється регулювання тиску в умовах розгерметизації і вакууму експлуатованої ємності.
Призначення пристрою
Спектр областей застосування такого роду клапанів великий і охоплює практично всі ніші, де організовуються процеси зберігання нафтогазових продуктів. Використання спеціальної регулюючої арматури для ємностей, що містять паливо, обумовлено вимогами до безпечної експлуатації таких об’єктів. Нафтопродукти – горючі, пожежо – та вибухонебезпечне сировину, що і обумовлює високі вимоги до його змісту. І це не кажучи про особливі правила тривалого зберігання нафти, при якому зберігаються її оптимальні робочі властивості.
Чим же в цьому контексті може допомогти дихальний клапан резервуара? Призначення таких пристроїв в широкому представленні можна звести до забезпечення герметизації ємнісного простору, де містяться цільові продукти зберігання. Як правило, мова йде про резервуарах з газовим середовищем, яке необхідно оберігати від проникнення полум’я. Функція регулювання внутрішнього тиску також є базовою і визначає ступінь безпеки при обслуговуванні нафтосховищ.
Конструкційне виконання
Найбільш поширену групу регулюючої арматури в даному класі є дихальний клапан резервуара СМДК, тобто суміщений механічний регулятор, пристрій якого передбачається стандартна тарілка тиску і тарілка тиску з вантажами. З тильного боку корпус забезпечується вогнетривким екраном, що перешкоджає проходженню полум’я всередину ємності з паливними продуктами. Така опція включається в моменти виходу з резервуара газових сумішей і парів разом з повітрям. Тарілки вакууму і тиску можуть змінювати своє положення, регулюючи обсяг буферної зони.
До робочим механічним органам конструкції можна віднести пристосування для поводження з вантажем (зняття і установка), скоби затиску, маховик, фланцеві кріплення і т. д. Однак на перший план у виборі конструкції часто виходить тип форм-фактора, від якого залежатиме напрям газоповітряного потоку. Приміром, пристрій дихального клапана резервуара розраховується на орієнтацію даного потоку вниз по вертикалі, що ускладнює теплової відвід при стабілізації горіння. Відповідно, знижується вогнестійкість самого запобіжника. Така конфігурація характерна для непримерзающих регуляторів, у яких поверхні клапанів розташовуються горизонтально. Але повністю покластися на морозостійкість таких елементів арматури не слід, зокрема, саме на зовнішніх поверхнях замерзлий конденсат може мати товщину до 50 мм, що не може не впливати на працездатність запобіжника в цілому.
Принцип роботи дихальних клапанів резервуара
Найпростіші схеми роботи промислових дихальних клапанів можна порівняти з функцією воздухоотводчиком, які широко використовуються для відведення надлишок повітря з побутових трубопроводів. У даному випадку діє той же принцип утворення буферної зони з двома рівнями регулювання проходження надлишків пари і повітря. В нормальному стані обидва клапани закриті, а зміна пропускної здатності починається з моменту перевищення показника тиску в контурі, що, природно, змушує затвор підніматися з сідла. Конкретний показник тиску, при якому дихальний клапан резервуара починає вивільнення надлишкових газоповітряних сумішей, встановлюється в індивідуальному порядку у відповідності з вимогами до допустимим ділянці. Причому умовною точкою активізації клапанів може виступати не тільки високе значення тиску, але і різкі температурні коливання, а також надмірне заниження тиску з утворенням вакууму. У висновку вищесказаного можна резюмувати, що при фіксації надлишкового тиску в роботу вступає регулюючий клапан тиску, а при надмірному розрідженні – система вакуумних клапанів. Сам процес регулювання передбачає випуск надлишок пари і повітря, або підвищення герметизації в умовах штучного нагнітання технічних газових сумішей.
Клапани з механічним затвором
Найстаріший і найбільш поширений формат випуску дихального клапана, призначеного для підтримки достатнього рівня тиску в горизонтальних резервуарах з нафтогазовими матеріалами. Але і в цій групі є свої відмінності. Так, моделі закритого типу застосовують для уловлювання парів легкоиспаряющихся продуктів, а поєднаний механічний дихальний клапан – для резервуарів АЗС (автозаправні станції), де вимагається забезпечення збереження експлуатаційних властивостей ресурсу. Чим же відрізняється конструкція з механічним затвором в принципі? Головним чином – способами кріплення тарілок на корпусі. Наприклад, фіксація може забезпечуватися жорсткими напрямними штоками або периферійними підвісами тарілки з допомогою хомутков. Різниця між двома різними підходами до встановлення затвора та ж, що і при кріпленні звичайних трубопровідних ліній. Жорстке кріплення забезпечує стабільність монтажного з’єднання і нерухомість контуру, що вигідно при експлуатації комунікацій невеликих ємностей. Однак навіть незначні вібрації при обслуговуванні великого резервуара можуть деформувати або повністю зірвати інсталяційний вузол жорсткого кріплення. Тому в таких системах прийнято використовувати «плаваючу» механічну фіксацію з хомутами має невеликий діапазон коливань.
Клапани з гідравлічним затвором
Гідрозатвори працюють за принципом регулювання внутрішнього тиску, створюваного маловязкой слабоиспаряющейся і незамерзаючої рідиною, залитої в конструкцію регулятора. Це може бути розчин гліцерину, масло солярне, дизель, етиленгліколь та інші суміші, які здатні формувати достатнє зусилля для роботи гідравлічного затвора. Сам клапан монтується строго по горизонталі, так як його робота розраховується на створення зниженого вакууму і регулювання тиску в результаті зниження маси рідини відносно нормативного значення. Гідравлікою дихального клапана для резервуара замінюють механічні затвори з метою більш ефективного регулювання тиску в сховищах з продуктами, що характеризуються високою випаровуваністю. В гідротехнічних клапанах присутній мембрана, що відділяє парогазовий простір ємності від атмосфери, при необхідності виконуючи також гасіння полум’я всередині контуру за рахунок вбудованого вогневого запобіжника.
Проектування клапана
До основним розрахунковим даними, які використовуються в процесі проектування дихальних промислових клапанів, відносяться показники пропускної здатності. Ці дані безпосередньо залежать від продуктивності контуру і можливостей регуляції потоку. Причому в розрахунках дихальних клапанів для резервуарів використовують два показники пропускної здатності – з внутрішнього тиску і вакууму. В обох випадках вихідні дані представляються у вигляді конкретного показника обсягу проходження рідини за 1 годину. Для безпосереднього розрахунку застосовується параметр продуктивності затоки і зливу продукту з резервуара. Чинить вплив на величину пропускної здатності і характеристика обслуговується середовища. В залежності від властивостей того ж нафтопродукту може змінюватися коефіцієнт обліку продуктивності. Наприклад, істотний вплив має показник загазованості сирої нафти.
Комплектуючі клапана
Після визначення параметрів клапана і характеристик його конструкції можна приступати до вибору елементів, через які пристрій буде взаємодіяти з комунікаціями ємності. У першу чергу це відноситься до патрубка для підключення до резервуару. Важливі будуть два параметра – діаметр патрубка і продуктивність. Фактична пропускна здатність буде обмежена самим клапаном, а діаметр труби підключення визначить швидкість потоку, яка не регламентується технічною документацією. Тим не менше, існують загальні нормативні вимоги до дихальних клапанів резервуарів, які зазначають, що в принципі використовувати вузли з’єднання товщиною менше 350 мм не слід. Існує і верхня межа в 1500-1700 мм, при якому відзначається високий центр ваги і велика парусність, що в результаті дає значні навантаження на патрубок. Оптимально при виборі комунікаційного ланки клапан-патрубок дотримуватися формату 400-600 мм, враховуючи також зовнішні впливи при експлуатації.
При необхідності вузол регулювання забезпечується і розтяжками. Їх зазвичай рекомендують для використання в якості допоміжного елемента на вузлах установки клапанів, де передбачаються найбільші гідротехнічні навантаження. Розтяжки фіксуються на даху резервуара, що забезпечує додаткову страховку робочої інфраструктури.
Ще один важливий компонент регулюючої арматури – це диск-відбивач. Його використовують у цілях зниження втрат нафтопродукту і газових сумішей в процесі випаровування. Диск-відбивач працює в комбінації з дихальним клапаном резервуара, скорочуючи викиди товарного сировини на 3-5%. Дане пристосування формує свого роду фільтруючий парасольку над каналом викиду, відводячи частину потоків корисного продукту в горизонтальну площину. На наступних етапах технологічної обробки дані суміші приймаються спеціальними збірниками і переправляються в основний канал циркуляції нафтогазового продукту без погіршення експлуатаційних якостей.
Застосування клапана
Безпосередньо перед монтажними роботами слід підняти вгору скобу клапана з кришками, після чого отримати тарілки і транспортувальні втулки. Далі конструкцію корпусу необхідно продути стисненим повітрям і провести збірку в зворотному порядку. Установка клапана на комунікації резервуара здійснюється через спеціальний фланець відповідного формату. Також при з’єднанні використовується прокладка для герметизації. Механічне кріплення виконується болтами і гайками, відповідними по конструкції до сайту установки. Надалі при експлуатації проводиться періодичне обслуговування дихального клапана резервуара, до складу якого можуть входити і ремонтні заходи. Наприклад, в результаті технічного огляду або у ході штатного режиму експлуатації контуру часто виявляються наступні несправності:
- Нехарактерне зміна показників тиску. Як правило, пов’язано з забрудненням касети вогневого запобіжника. Необхідно промити це пристрій гасом, після чого виконати продувку повітрям.
- Розгерметизація на ділянці з’єднання патрубка резервуара з дихальним і запобіжним клапаном. Рекомендується перевіряти фотопластовое покриття або гумову прокладку. Іноді подібні проблеми виникають через обмерзання горловини клапана.
- Розгерметизація в місці кріплення замка. З більшою часткою ймовірності є порушення в конструкції кріплення хомута. Не обов’язково, щоб сам хомут мав пошкодження – можливо, при його налаштуванні був неправильно відрегульований діапазон вільних положень затиску.
Перевірка дихальних клапанів резервуарів
Далеко не завжди вищезгадані проблеми виявляються в процесі загального техобслуговування ємностей з нафтопродуктами і тим більше помічаються у звичайному режимі експлуатації. При цьому найменше відхилення в робочих показниках регулятора тиску може призвести до пожежі на обслуговуваній станції, не кажучи про інших негативних факторах, пов’язаних з неконтрольованим випуском назовні горючих парів і рідин. Відповідно, в окремому порядку повинна виконуватися та спеціальна перевірка дихальних клапанів резервуарів, в процесі якої аналізується поточний стан трубопроводу, даху ємності та робочого середовища. В рамках заходів такого роду виконується:
- Перевірка пропускної спроможності клапанів в умовах нагнітання тиску до рівня оптимальних робочих показників.
- Перевірка пропускної здатності регулятора в умовах розрядки у вакуумі.
- Перевірка механіки дії клапанів в моменти закриття і відкриття тарілок з затворами.
- При необхідності виконання пусконалагоджувальних робіт з регуляцією робочих параметрів клапана.
На кожному об’єкті застосування даної арматури встановлюється свій графік проведення діагностичних операцій. У середньому періодичність перевірки дихальних клапанів резервуарів складає 1-2 рази в місяць. Зазвичай в літній час такі заходи проводяться частіше, ніж у зимовий. При цьому резервуар у процесі експлуатації повинен піддаватися загальному огляду в щоденному порядку. За результатами усіх обстежень складається протокол із зафіксованими в ході перевірки даних.
Висновок
Концепція застосування допоміжної арматури з клапанами та іншими конструкційними засобами регуляції поступово йде в минуле. Регуляційні і запобіжні функції виробники трубопровідних систем намагаються перекладати на комплексні станції управління нефтехранилищами. Однак про повне звільнення дихальних клапанів з практики застосування мови поки не йде. Більше того, існують перспективні напрямки їх технологічного розвитку. Зокрема, поширений формат дихального клапана для резервуара АЗС за останні роки обзавівся знімним огнепреградителем і отримав штампосварной корпус. Перше нововведення дозволило використовувати пристрій в регіонах з екстремально низькими температурами в зимовий час, а друге – скоротило вага конструкції в 2 рази. В клапанах четвертого покоління також скоротилася кількість рухомих елементів, що підвищило їх експлуатаційну надійність.
Деякі виробники приділяють увагу і питанням оптимізації процесів обслуговування клапанів. Так, дуже зручним рішенням, з погляду експлуатації, стало впровадження нерухомих кожухів зі спеціальною конфігурацією розміщення, при якій не потрібно демонтаж цілих груп деталей для внутрішнього огляду конструкції клапана.
