Дыхательный клапан

Предлагаемое изобретение относиться к транспорту и хранению нефти и нефтепродуктов, в частности к оборудованию резервуаров в нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Клапан содержит затворы вакуума, для прохода воздуха внутрь резервуара, и давления, для выхода из резервуара воздуха и паровоздушной смеси, тарели которых фиксируются относительно седел морозостойкими шарнирами, выполненными поворотными, с одной степенью свободы, а седла снабжены адаптивными уплотнениями, содержащими эластичный уплотняющий элемент, охватывающий седло со стороны его торцевой части, на внутренней поверхности которого выполнены канавки для прохода паровоздушной смеси в полость, образованную под уплотняющим элементом. Затворы, расположенные на скатах в верхней части корпуса и на его стенках, оснащены регулируемыми противовесами и магнитными защелками, а корпус клапана установлен на резервуаре через присоединительный фланец. Изобретение позволяет повысить эксплуатационную безопасность резервуаров с легкоиспаряющимися горючими и агрессивными жидкостями, оснащенных дыхательными клапанами. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к транспорту и хранению нефти и нефтепродуктов, в частности к оборудованию резервуаров в нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Известны дыхательные клапаны для резервуаров с легкоиспаряющимися, агрессивными и горючими жидкостями, содержащие корпус с затворами для прохода и выхода из резервуара воздуха и паровоздушной смеси [1]. Затворы дыхательного клапана расположены на слабонаклоненных к горизонтали поверхностях внутренних перегородок. Площадь поверхности этих перегородок составляет 1.1 от площади их горизонтальных проекций. У клапана этого типа тарели затворов соединены с корпусом при помощи гибких пластин.

Недостатком этого клапана является низкая надежность при эксплуатации в условиях интенсивного инееобразования, такие условия имеют место при положительных температурах продукта, хранящегося в резервуарах, и низких температурах окружающего воздуха.

Указанные недостатки аналога несколько устраняются в конструкции дыхательного клапана [2], взятого за прототип, с выполнением нижней части корпуса в виде усеченной пирамиды, обращенной вниз меньшим основанием и установкой на наклонных стенках корпуса дополнительно затворов вакуума для прохода воздуха внутрь резервуара. При этом в верхней части корпуса, выполненной со скатами, горизонтально расположен затвор давления для выхода из резервуара воздуха и паровоздушной смеси. Клапан содержит переходной патрубок с присоединительным фланцем для присоединения огнепреградителя, седла и тарели, покрытые пленкой из фторопласта и для фиксации положения тарелей относительно седел они снабжены гибкими шарнирами из морозостойких материалов.

Недостатками этого дыхательного клапана являются: низкие герметичность и надежность фторопластовых покрытий тарелей затворов, низкая четкость срабатывания затворов, большая вероятность примерзания тарелей к седлам, повышенное гидравлическое сопротивление.

Низкие герметичность и надежность фторопластовых покрытий тарелей затворов в прототипе обусловлены:

- неуправляемыми перемещениями тарелей на гибких шарнирах при «больших» дыханиях резервуара в процессах откачки-закачки, что приводит к неустранимым ударам тарелей о седло и, в итоге, к разрушению покрытий тарелей;

- тем, что покрытие тарелей и седел пленкой из фторопласта не обеспечивает равномерности толщины покрытия;

- тем, что подвеска тарели на гибком шарнире не обеспечивает стабильность траектории движения тарели при открытии-закрытии затвора, стабильность ее положения на седле при закрытом состоянии затвора и, соответственно, герметичность.

- тем, что покрытие тарелей и седла фторопластовой пленкой не обеспечивает герметичности при образовании инея или льда на сопрягаемых поверхностях затвора.

Низкая четкость срабатывания затворов обусловлена в основном гибкими шарнирами, скручивание которых в процессе работы затвора влечет за собой перекосы тарелей относительно седел и, соответственно, отсутствие стабильности в воспроизведении пороговых давлений.

Большая вероятность примерзания тарелей к седлам обусловлена:

- тем, что затвор давления расположен горизонтально, что создает условия для накопления влаги на деталях затвора. Это усугубляется наличием крыши над затвором давления, способствующей конденсации влаги, в том числе и на деталях затвора. В совокупности все это ведет к примерзанию этих деталей при низкой температуре воздуха;

- тем, что в зазорах между телом тарелей и слоем их фторопластового покрытия также накапливается влага, которая стекает в нижнюю часть зазоров и, замерзая там, препятствует нормальной работе затвора.

Повышенное гидравлическое сопротивление клапана-прототипа обусловлено наличием патрубка между корпусом и присоединительным фланцем.

Все это ведет к повышению опасности эксплуатации клапана и оснащенного им резервуара, при этом примерзание деталей затворов может привести либо к "схопыванию", либо к разрыву резервуара.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной безопасности резервуаров с легкоиспаряющимися, горючими и агрессивными жидкостями, оснащенных дыхательными и предохранительными клапанами.

Это достигается тем, что дыхательный клапан для резервуаров с агрессивными и воспламеняющимися жидкостями содержит корпус со скатами в верхней части, присоединительный фланец и непримерзающие затворы вакуума и давления с тарелями, фиксируемыми относительно седел шарнирами из морозостойких материалов. Морозостойкие шарниры выполнены поворотными с одной степенью свободы, седла затворов вакуума и давления снабжены адаптивными уплотнениями, затворы давления установлены на скатах верхней части корпуса, а присоединительный фланец соединен непосредственно с корпусом клапана.

Достижению поставленной в изобретении задачи способствует также то, что адаптивное уплотнение содержит эластичный уплотняющий элемент, охватывающий седло со стороны его торцевой части и прижатый к внешней стороне седла стягивающим кольцом с уплотняющей прокладкой. К внутренней поверхности седла уплотняющий элемент прижат армирующими кольцами с возможностью прохода паровоздушной смеси в полость, образованную под уплотняющим элементом. Полость имеет в сечении вид "пузыря", прижатого наружной поверхностью к опущенной тарели. При малых перемещениях тарели полость в виде "пузыря" деформируется с сохранением герметичности затвора.

Проход паровоздушной смеси в полость под уплотняющим элементом осуществлен через канавки, выполненные на внутренней поверхности седел, вдоль ее образующей. По крайней мере, одна из канавок выполнена длиной, равной полному размеру внутренней поверхности седел, взятому вдоль ее образующей. Седла затворов на корпусе клапана ориентированы так, чтобы длинные канавки находились в самом нижнем положении изо всех возможных.

Кроме того, достижению поставленной в изобретении задачи содействует оснащение затворов клапана регулируемыми противовесами и магнитными защелками, а также местоположение шарниров тарелей на затворах давления.

На фиг.1 изображен продольный разрез предлагаемого дыхательного клапана;

на фиг.2 - изображено сечение по А-А клапана по фиг.1;

на фиг.3 - изображен вариант исполнения адаптивного уплотнения;

на фиг.4 - изображен вариант исполнения регулируемого противовеса;

на фиг.5 - изображен вариант исполнения магнитной защелки.

Клапан (фиг.1, 2) имеет корпус 1, выполненный в виде усеченной пирамиды, обращенной вниз меньшим основанием, и со скатами в верхней части, присоединительный фланец 2 для стыковки с огнепреградителем (не показан), затворы вакуума 3, расположенные на наклонных стенках пирамиды корпуса и затворы давления 4, установленные на скатах верхней части корпуса. Каждый из затворов имеет седло 5, тарель 6 и поворотный шарнир 7. Затворы вакуума снабжены защитными кожухами 8, а затворы давления - крышкой 9. Фиксация положения тарелей 6 всех затворов относительно седел 5 осуществлена поворотными шарнирами 7. Возможна установка на тарелях противовесов 10, а на тарелях и седлах затворов давления и вакуума магнитных защелок 11 (фиг.2).

Адаптивное уплотнение (фиг.3) содержит эластичный уплотняющий элемент 12, охватывающий седло 5 со стороны его торцевой части и прижатый к внешней стороне седла стягивающим кольцом 13 с уплотняющей прокладкой 14, а к внутренней поверхности седла - армирующими кольцами 15 и 16 с возможностью прохода паровоздушной смеси в образованную под уплотняющим элементом полость 17. В предлагаемом изобретении это достигнуто тем, что на внутренней цилиндрической поверхности седел 5 вдоль образующих цилиндров выполнены канавки 18 на глубину, превышающую толщину внутреннего армирующего кольца 15. Наружная поверхность уплотняющего элемента 12, образуя «пузырь», прижата к опущенной тарели с возможностью его деформации при малых перемещениях тарели с сохранением при этом герметичности затвора.

Регулируемый противовес (фиг.4) представляет собой рычаг, один конец которого выполнен с резьбовой частью 19, на которую навинчен груз 20, зафиксированный контргайкой 21, а на другом конце расположена площадка с крепежными отверстиями для установки на тарели.

Магнитная защелка (фиг.5) включает в себя магнит 22 и магнитопровод 23, закрепленные на внешней поверхности седел 5 или на корпусе клапана 1, и замыкатель 24, который при помощи регулировочных винтов 25 и немагнитной консоли 26 закреплен на тарелях затворов 6 с возможностью регулировки зазора между магнитопроводом и замыкателем.

Клапан (фиг.1) работает так: при давлении смеси в газовом пространстве резервуара ниже порогового значения, например 120 мм водяного столба, затвор (затворы) давления закрыты - тарели их опущены на седла, отсекая сообщение резервуара с атмосферой. При разрежении (вакууме) в резервуаре менее порогового значения, например 15 мм водяного столба, затворы вакуума также закрыты, и сообщения с атмосферой нет, т.е. реализован режим хранения.

При повышении температуры в резервуаре или при закачке жидкости в газовом пространстве резервуара образуется избыточное давление и при повышении его до порога открывания приподнимается тарель (тарели) затвора давления 4, открывается выход паровоздушной смеси в атмосферу. После выпуска в атмосферу излишков паровоздушной смеси давление внутри резервуара понижается и тарели опускаются на седло. При уменьшении температуры внешней среды или при откачке жидкости в резервуаре образуется вакуум, и при достижении порогового значения вакуума под воздействием атмосферного давления поднимается тарель (тарели) затвора вакуума 3, пропуская в резервуар воздух. После прекращения откачки давление в газовом пространстве выравнивается до режима хранения и тарели вакуума опускаются на седла.

Для повышения эксплуатационной безопасности морозостойкие шарниры затворов выполнены поворотными с одной степенью свободы. Это обеспечивает надежность работы клапана за счет высокой повторяемости траекторий движения тарелей в процессе закрытия - открытия затворов, обеспечивает стабильно повторяемое их положение при уплотнении седла, устраняет сдвиг тарелей относительно седел в процессе работы. Такое исполнение шарниров значительно увеличивает плавность работы тарелей в процессах закачки и откачки хранимых продуктов, снижает вероятность ударов тарели по седлу, совсем устраняя косые удары (удары одним краем тарели, возникающие при скручивании гибких шарниров), что уменьшает общий износ уплотнений и повышает степень их эксплуатационной безопасности.

Затворы давления в количестве от 1 до 4 установлены с возможностью закрепления их шарниров выше или ниже противоположных краев своих тарелей и расположены в верхней части корпуса на скатах (фиг.2), что способствует оттоку конденсата от седел и тарелей, исключая этим накопление на них влаги и образование корки льда при низкой температуре. Наличие влаги приводит к примерзанию затвора, а корка препятствует плотной посадке тарели на седло.

Адаптивное уплотнение, создавая деформируемый «пузырь» между торцом седла и тарелью затвора, обеспечивает надежную отсечку газового пространства резервуара от атмосферы в закрытом положении тарелей, а сила прижима уплотнения к тарели возрастает с увеличением перепада давления по разные стороны тарели. Под действием этого перепада адаптивное уплотнение следует за малыми перемещениями тарелей, неизбежными при выравнивании сил, действующих на тарель при давлении, близком к порогам срабатывания затворов, сохраняя тем самым герметичность затвора в непосредственной близости к порогам срабатывания. При срабатывании затворов перепад давления рывком исчезает и вздутие уплотнения - «пузырь» возвращается к своему исходному состоянию. Такое исполнение уплотнения препятствует процессу «подтравливания» клапана на давлениях, близких к порогам срабатывания, обеспечивая четкость их воспроизведения и способствуя более безопасной эксплуатации клапана.

В предлагаемом устройстве на внутренней поверхности седел выполнены канавки, обеспечивающие проход паровоздушной среды в полость адаптивного уплотнения. По крайней мере, одна из канавок выполняется во всю длину образующей внутренней поверхности седел, а седло ориентируется на корпусе клапана так, чтобы эта канавка оказалась в самом нижнем положении из возможных. Такое исполнение канавок способствует оттоку конденсата из внутренней полости адаптивного уплотнения, не дает ему скапливаться и, при низких температурах, замерзать в этой полости. Тем самым повышается надежность работы уплотнения и всего устройства в целом.

Повышение плавности работы тарелей достигается установкой противовесов на тарелях так, чтобы при подъеме тарели имело место уменьшение силы, препятствующей подъему тарели, как главное условие гашения ее колебаний. Похожий результат (снижение величины возвращающей силы по мере подъема тарели) достигается и при установке на тарели регулируемых магнитных защелок.

Непосредственное соединение присоединительного фланца с корпусом уменьшает габарит клапана, массу и гидравлическое сопротивление (за счет уменьшения длины пути смеси), и увеличивает жесткость конструкции клапана. Жесткость конструкции уменьшает вероятность нарушения герметичности клапана при действии разнообразных (например, ветровых) нагрузок.

Все это позволяет повысить эксплуатационную безопасность клапанов, а следовательно, и резервуаров с легкоиспаряющимися и горючими жидкостями при всех условиях их эксплуатации, особенно в условиях низкой температуры наружного воздуха и интенсивного инееобразования, и дает возможность понизить степень загазованности окружающей среды при оснащении резервуаров дыхательными и предохранительными клапанами предлагаемой конструкции.

Источники информации

1. Колпаков Л.Г. и др. Дыхательная арматура резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. М., ЦНИИТЭИнефтехим, 1971, стр.37.

2. Авторское свидетельство СССР №707855, МКИ B65D 90/32, F16K 11/00, от 15.04.1983.

1. Дыхательный клапан для резервуаров с агрессивными и воспламеняющимися жидкостями, содержащий корпус со скатами в верхней части, присоединительный фланец и непримерзающие затворы вакуума и давления с тарелями, фиксируемыми относительно седел шарнирами из морозостойких материалов, отличающийся тем, что морозостойкие шарниры выполнены поворотными с одной степенью свободы, седла затворов снабжены адаптивными уплотнениями, а затворы давления установлены на скатах верхней части корпуса.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что адаптивное уплотнение содержит эластичный уплотняющий элемент, охватывающий седло со стороны его торцевой части и прижатый к внешней стороне седла стягивающим кольцом с уплотняющей прокладкой, а к внутренней поверхности седла армирующими кольцами, с возможностью прохода паровоздушной смеси в образованную под уплотняющим элементом полость в виде пузыря, прижатого наружной поверхностью к опущенной тарели, с возможностью деформации пузыря при малых перемещениях тарели для сохранения герметичности затвора.

3. Клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что на внутренней поверхности седел затворов вдоль ее образующей выполнены канавки.

4. Клапан по п.3, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна из канавок выполнена длиной, равной длине внутренней поверхности седла, взятой вдоль ее образующей, а седла затворов ориентированы так, чтобы длинная канавка находилась в самом нижнем положении из возможных.

5. Клапан по п.1, отличающийся тем, что тарели затворов снабжены регулируемыми противовесами.

6. Клапан по п.1, отличающийся тем, что тарели затворов снабжены регулируемыми магнитными защелками.

7. Клапан по п.1, отличающийся тем, что затворы давления расположены так, что шарниры тарелей закреплены ниже противоположных краев своих тарелей.

8. Клапан по п.1, отличающийся тем, что затворы давления расположены так, что шарниры тарелей закреплены выше противоположных краев своих тарелей, а тарели снабжены регулируемыми противовесами.

9. Клапан по п.1, отличающийся тем, что присоединительный фланец соединен непосредственно с корпусом клапана.