幾種常用的進口呼吸閥

功能

正常情況下，進口呼吸閥只保證儲罐的安全性和密封性，盡量減少儲罐內介質的蒸發損失。進口呼吸閥只有在以下異常情況下才開始工作:


(1)儲罐收發介質時，由于罐內氣體體積的變化，氣體壓力發生變化，呼吸閥開始以較大的流量呼吸；


②由于外界環境的影響，儲罐內氣體溫度發生變化，引起罐內介質的蒸汽壓升高或降低(俗稱熱效應)，呼吸閥以小流量開始呼吸；


③當天氣突變或發生火災時，罐內溫度短時間內迅速變化，使罐內氣體壓力急劇上升或下降，導致呼吸閥大流量呼吸。呼吸閥應滿足儲罐在各種工況下所需的通風量，以保證儲罐的安全。


操作原理


進口呼吸閥是儲罐頂部廣泛使用的一種通風裝置，用于維持罐內外氣壓平衡。通過控制儲罐的呼出壓力和真空度，可以防止儲罐因真空度和壓力超過允許值(負壓和超壓)而凹陷和傾斜。同時，由于壓力控制，可以在一定程度上減少罐內介質的蒸發損失。所以進口呼吸閥要有釋放正壓和負壓的功能，這是由正壓和負壓決定的，進口呼吸閥的具體原理如下圖所示。

當儲氣罐處于正壓時，呼吸閥打開呼出氣體釋放正壓；當儲罐處于負壓時，呼吸閥打開吸入氣體以釋放負壓。從而保證儲罐在一定壓力范圍內的安全性。


進口呼吸閥按工作原理可分為重力式、彈簧式和先導式。


進口重力式呼吸閥


進口重力呼吸閥的工作原理是通過閥瓣本身的重量與罐體內外壓力差產生的舉升力相平衡。具體結構如下圖所示。重力呼吸閥的具體工作原理如下圖所示。

進口彈簧式呼吸閥


進口彈簧呼吸閥的工作原理是通過平衡彈簧的變形力和罐體內外壓力差產生的推力。具體結構如下圖所示。

進口彈簧呼吸閥的具體工作原理與重力呼吸閥類似。作用在閥瓣上的總外力和升力仍然是△F和π D2 (P2-P1)/4，但此時控制力F變成了彈簧的變形力，可以通過改變彈簧的預緊長度來調節控制力F。


進口先導式呼吸閥


進口先導呼吸閥利用先導閥來控制主閥。先導閥采用大膜面積的膜結構，在很低的工作壓力下仍能達到一定的力來控制主閥的動作。此外，在先導閥打開之前，主閥不受控制流量的影響，處于嚴密關閉狀態，因此先導呼吸閥可以實現氣泡級密封。先導呼吸閥的具體結構如下圖所示。

工作原理如下圖所示。

性能比較


1.進口重力式呼吸閥結構簡單，價格低廉，在我國應用廣泛。但是，也有一些不足之處。在低流量呼吸過程中，當罐內氣體壓力在臨界狀態點稍有增加時，閥瓣被推開排氣。起初，閥盤內局部區域(約為管徑的5 ~ 7倍)的氣體壓力迅速下降，導致閥盤迅速回落到閥座上，閥門關閉。然后，閥瓣內的壓力迅速與罐內的壓力平衡，并略高于臨界壓力。閥盤被推開排氣，然后閥盤再次關閉。反復，有一種跳脫現象，不能保證良好的密封性。反復打開和關閉閥門也容易磨損和泄漏。低溫時，閥瓣容易凍結在閥座上。


2.進口彈簧式呼吸閥結構緊湊，體積小，重量輕，價格相對較低，還可以調節設定壓力。但隨著閥門開度的增大，進口彈簧式呼吸閥的彈簧變形增大，作用在閥瓣上的彈簧力也增大，導致閥門無法全開，呼吸閥很難達到設計容量。彈簧呼吸閥長期使用后容易生銹老化。冬季使用時，彈簧容易結霜，影響彈簧的可壓縮性，使閥瓣不能在設定點正常開啟。


3.進口先導呼吸閥體積小，重量輕(壓力高，直徑大)，泄壓前閥座密封好，不易受背壓影響。但先導呼吸閥機構復雜，單閥制造成本高，只適用于技術要求高的坦克。

目前，國內大型儲罐普遍采用傳統的進口重力式和彈簧式呼吸閥。由于低壓儲罐呼吸閥前的壓力很低，有時只有幾百Pa，作用在閥瓣下部的向上的力有限，使得閥門很難在恒壓下準確開啟。即使打開閥瓣，也會因用力過小而卡住閥門；先導式呼吸閥的膜片結構保證了在很低的工作壓力下仍能精確控制主閥的動作。


進口重力式和彈簧式呼吸閥在恒壓下工作時，由于工作壓力與恒壓非常接近，所以閥門容易泄漏。一般當閥前壓力達到定壓的90 ~ 95%時，閥的泄漏量會隨著閥前壓力的增加而增加。當閥前壓力達到恒定壓力時，閥開啟；當前閥壓力上升到恒定壓力時，閥完全打開。


隨著壓力釋放，閥前的壓力下降，直到達到恒定壓力，閥芯回到其閥座，閥關閉。先導呼吸閥，當閥前壓力達到恒定壓力時，開始泄漏。當閥前壓力達到恒定壓力(無超壓)時，閥門可以完全開啟。當閥前壓力降至定壓的98% ~ 99%時，閥門關閉。可以看出，在先導呼吸閥前壓力達到恒定壓力之前，開始泄漏的時間較晚，泄漏量較小；當閥門前面的壓力下降到低于恒定壓力時，它可以提前關閉，從而減少泄漏和過量排放。這樣既減少了儲罐中物料的損失，又有利于環境保護。


傳統的進口重力呼吸閥和彈簧呼吸閥是微驅動的。在設計壓力下開啟時，開啟高度在流道直徑的1/40 ~ 1/20范圍內，因此循環系數較小，在0.2 ~ 0.4之間。


該閥的動作特性為比例動作型，開啟高度隨壓力的增加而逐漸增大。這種特點的呼吸閥流通面積比較小，容易造成儲罐超壓。進口先導式呼吸閥是一種全開式閥門，其動作特性為兩級式。


全開式閥門是指閥門的開啟高度大于或等于流道直徑的1/4。兩級氣門是指氣門的開啟過程分為兩個階段。首先，隨著壓力的增加，閥門成比例地打開。壓力增加一個小值后，當壓力幾乎不增加時，閥門急劇打開到規定高度。