ДЫХАТЕЛЬНО-ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к оборудованию резервуаров в нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности и предназначена для герметизации газового пространства, для регулирования давления нефтепродуктов в резервуарах, а также в различных системах хранения и транспортирования пожароопасных и взрывоопасных продуктов.
Известен дыхательный клапан для резервуаров с легкоиспаряющимися жидкостями, содержащий корпус с затвором давления для впуска и затвором разрежения для выпуска из резервуара газообразной смеси (устройство по авторскому свидетельству СССР, №707855, МКИ В 65 D 87/32, F 16 К 11/00).
Недостатком конструкции клапана является его низкая надежность в условиях экстренного заполнения резервуара нефтью или нефтепродуктами из железнодорожных цистерн вследствие того, что в период образования избыточного давления внутри резервуара в условиях низких атмосферных температур на затворе давления возникает эффект инееобразования и клапан не срабатывает. В свою очередь, это может привести к разрушению резервуара из-за исчерпания его прочности.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому клапану является дыхательно-предохранительный клапан для резервуаров по патенту РФ на изобретение №2137002, МПК F 16 К 17/19, 1999 г.
Клапан содержит корпус с затворами давления и разрежения (вакуума) и огневые предохранители, установленные с внешней стороны затворов, при этом затворы клапана выполнены в виде блоков, в которых тарель удерживается в закрытом положении при помощи пружин и снабжена дополнительными малыми перепускными затворами и механически крепится в корпусе клапана.
Недостатком конструкции данного клапана является низкая надежность его работы из-за большого количества пружин в затворах. Только в одном блоке требуется остановить минимум 6 пружин (3 на основной и 3 на дополнительный малый перепускной затвор) с идентичной жесткостью для исключения перекоса тарели в процессе ее перемещения. Кроме того, наличие пружин способствует возникновению колебаний газо-воздушной смеси в воздуховодах.
Работа затворов на больших скоростях заполнения или опорожнения нефтепродуктов в резервуаре имеет «дроссельный» неустойчивый эффект, что создает опасность
возникновения разрушающего резонанса и повышает износ тарелей и несущих конструкций резервуара.
Задачей полезной модели является увеличение надежности и точности работы дыхательно-предохранительного клапана, что, в свою очередь, приводит к повышению надежности эксплуатации резервуара с нефтепродуктами.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в поддержании заданного давления в резервуаре с требуемой точностью.
Поставленная задача достигается тем, что в дыхательно-предохранительном клапане, содержащим корпус с затворами давления и затворами разрежения, каждый из которых включает седло, выполненное на корпусе и тарель, размещенную на седле с возможностью движения. При этом одинаковые по назначению тарели выполнены различной массы таким образом, что наименьшей массе соответствует порог открывания, а наибольшей массе - номинальное значение давления.
На фиг.1 представлено устройство дыхательно-предохранительного клапана, на фиг.2 - его внешний вид и на фиг.3 - график его настроечной характеристики.
Дыхательно-предохранительный клапан состоит из корпуса 1, в верхней части которого установлены затворы давления 2 для выпуска газо-воздушной смеси в атмосферу при возникновении в резервуаре избыточного давления и затворы разрежения 3 для соединения газо-воздушной полости резервуара с атмосферой при возникновении в ней разрежения (фиг.1). Каждый из затворов состоит из седла 4, выполненного на корпусе, и тарели 5, размещенной на седле с возможностью движения.
На корпусе крепятся все части клапана. С помощью соединительного фланца 6 клапан закрепляется на резервуаре. Все затворы разрежения 3 прикрыты кожухом 7. Между верхней и нижней частями корпуса расположен огневой предохранитель 8.
Дыхательно-предохранительный клапан работает следующим образом.
В исходном состоянии резервуар герметически закрыт. При закачке нефтепродукта в резервуар в его газо-воздушной полости создается избыточное давление. В момент достижения давления выше расчетного значения тарель 5 затвора давления 2 страгивается с места и данная полость соединяется с атмосферой.
т
а
р
В процессе откачки (перекачки, слива) нефтепродуктов по мере уменьшения компонента в резервуаре, давление в нем также уменьшается. Под действием перепада давлений, действующих на тарель 5, возникает сила, направленная на открытие затвора разрежения 3 и равная F=S(p-p),
где: F - сила, действующая на тарель 5;
т
S - площадь тарели 5;
а
р
p, p - давление атмосферное и в резервуаре, соответственно.
p
а
p
а
p
а
т
а
р
Если p>р, то тарель 5 затвора разрежения 3 будет прижата к седлу 4. Если p=р., то сила, действующая на тарель 5 под действием перепада давлений, будет равна нулю. Если p<р, то возникает сила, направленная на открытие тарели 5 затвора 3 и равная F=S{р+p).
С другой стороны, на тарель 5 действует сила веса G. Как только значение силы F превысит составляющую веса тарели G sinα: (без учета сил трения), где α - угол наклона тарели относительно геометрической оси, то она сдвинется и начнет перемещаться. Газовая полость резервуара сообщится с атмосферой или с газо-воздушной смесью из закрытой системы. Это приведет к уменьшению перепада давлений на тарели 5 за счет выравнивания давлений и, следовательно, к уменьшению действующей на стенку резервуара силы. При этом затвор давления 2 надежно закрыт.
Однако одновременная работа всех тарелей 5 на больших расходах имеет «дроссельный» неустойчивый характер, что создает опасность возникновения разрушающего резонанса и повышает износ тарели 5 и седла 4. Выполнение тарелей 5 с разным весом ликвидирует этот недостаток.
1
1
2
2
В первоначальный момент времени по мере создания разрежения р перемещается только одна тарель 5 с меньшим весом (H), т.е. с минимальной площадь проточной части затвора разрежения 3. Остальные три тарели (2-4) остаются неподвижными и в работе затвора 3 участия не принимают. По мере дальнейшего увеличения разрежения р первая тарель 5 остается полностью открытой и неподвижной. Начинает двигаться вторая тарель 5 с большим весом (Н). При этом настроечная характеристика имеет непрерывный характер (фиг.3). Остальные две тарели (3-4) остаются неподвижными и в работе затвора разрежения 3 участия не принимают.
1
2
3
4
1
2
3
4
Таким образом, в рабочем состоянии всегда находится только одна тарель, а остальные находятся в крайних неподвижных положениях: закрытом или открытом и в колебаниях газо -воздушной смеси участия не принимают. Для увеличения диапазона плавного регулирования давления внутри резервуара в широких пределах каждая тарель 5 имеет свою настроечную характеристику, т.е. зависимость площади проточной части затвора от перемещения тарели 5. Из анализа графика, представленного на фиг.3, следует, что общая настроечная характеристика дыхательно-предохранительного клапана имеет линейный характер. Из этого же графика можно сделать вывод о том, что суммарное перемещение всех тарелей разного веса (H+H+H+H) в четыре раза больше суммарного перемещения всех тарелей одинакового веса (h+h+h+h). Следовательно, точность
поддержания заданного значения площади проточной части затвора в 4 раза выше, а вероятность возникновения эффекта инееобразования в 4 раза меньше, что, в свою очередь, приводит к повышению надежности работы клапана.
Такое выполнение тарелей 5 эквивалентно по конструкции нескольким дополнительным малым перепускным затворам с индивидуальными жесткостями пружин или многоступенчатому клапану (регулятору). Такое выполнение тарелей 5 снижает возможность образования неустойчивых режимов работы. При этом конструкция как седла 4, так и тарели 5 остается без изменения. Незначительно изменяется только ее толщина. При этом меньшей толщине тарели соответствует меньшая площадь проточной части.
Таким образом, предлагаемый клапан исключает возможность разрушения резервуара от потери его устойчивости, т.е. способствует сохранению первоначальной формы резервуара в различных условиях его эксплуатации. В свою очередь, это приводит к повышению надежности и безопасности эксплуатации резервуара.
Для предотвращения попадания посторонних тяжелых и объемных частиц и предметов во внутреннюю полость резервуара через проточную часть затвора разрежения 3 каждая тарель 5 прикрыта кожухом 7 прямоугольной формы большего размера и жестко закрепленным на корпусе устройства под тупым углом, образуя воздуховод. Это исключает их проникновение вовнутрь резервуара за счет изменения направления их движения. Для исключения воспламенения горючих веществ, находящихся в резервуаре, в клапане установлен огнепреградитель 8.
Преимущества предлагаемого клапана: повышенная надежность работы за счет использования тарелей с различным весом, а также упрощенная технология их изготовления за счет идентичности конструкции.