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呼吸閥,作為一個(gè)獨(dú)立的部件,具有平衡壓力容器、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)外壓力的重要作用。其主要應(yīng)用在流體油罐、化工原料罐等的容器上。近年來(lái)隨著倉(cāng)儲(chǔ)裝備(散裝粉體)的快速發(fā)展,尤其是鋼板倉(cāng)的發(fā)展,呼吸閥的形式多樣化。呼吸閥一般安裝在倉(cāng)儲(chǔ)裝備的庫(kù)頂,在進(jìn)氣、排氣超壓和不正常的溫度變化時(shí),保護(hù)倉(cāng)儲(chǔ)裝備不受過(guò)量的正壓和負(fù)壓的影響,是倉(cāng)儲(chǔ)裝備必備的一種保護(hù)裝置。以我公司歷年來(lái)應(yīng)用到大型倉(cāng)儲(chǔ)裝備上的呼吸閥為例,說(shuō)明其發(fā)展的歷程及應(yīng)有的作用。

呼吸閥的設(shè)計(jì)是根據(jù)倉(cāng)內(nèi)外的壓力差進(jìn)行的,主要影響因素為呼吸閥的通風(fēng)量。

倉(cāng)內(nèi)壓力的產(chǎn)生和平衡主要三個(gè)因素:入料過(guò)程,由于采用氣力入料方式,物料在壓縮空氣的帶動(dòng)下以流化態(tài)或沸騰態(tài)方式進(jìn)入倉(cāng)內(nèi),落料時(shí)產(chǎn)生的灰塵和風(fēng)積聚在倉(cāng)的上部空間內(nèi)形成正壓;倉(cāng)頂收塵器在入料過(guò)程中參與工作,其所產(chǎn)生的吸力作用將一部分灰塵和風(fēng)帶出倉(cāng)外,起到一定的降壓作用;剩余正壓風(fēng)則通過(guò)設(shè)置在倉(cāng)頂?shù)暮粑y來(lái)平衡。其通風(fēng)量的大小直接影響了倉(cāng)的安全性。

所以其計(jì)算過(guò)程為:假設(shè),入料斜槽風(fēng)機(jī)的壓力為P1,風(fēng)量為V1;收塵器風(fēng)機(jī)為P2,風(fēng)量為V2;倉(cāng)內(nèi)空間最小的體積為V3,壓力為環(huán)境溫度下P3。設(shè)倉(cāng)頂設(shè)呼吸閥2個(gè),呼吸閥出口壓力為P4(室外溫度下),呼吸閥的直徑為d(內(nèi)徑),則呼吸閥的直徑的計(jì)算公式[1] 為:

式中:Le呼吸閥當(dāng)量長(zhǎng)度。其中當(dāng)量長(zhǎng)度的計(jì)算:

式中:L呼吸閥直段的長(zhǎng)度,m;

L1彎管的當(dāng)量長(zhǎng)度。

根據(jù)技術(shù)的發(fā)展及建材等粉體加工單位的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)和存在的問(wèn)題,山東華建倉(cāng)儲(chǔ)科技有限公司對(duì)呼吸閥進(jìn)行了一系列的技術(shù)優(yōu)化和革新。主要發(fā)展形式為彎管式、傘帽半敞開(kāi)式、雙層導(dǎo)向式、真空壓力釋放式、防爆式等幾種。

將某一直徑的鋼管做局部加工后形成的,如圖1,主要作用為平衡倉(cāng)內(nèi)外壓力。主要應(yīng)用于儲(chǔ)存量在10 000 t以上的水泥倉(cāng)儲(chǔ)裝備上。根據(jù)生產(chǎn)入庫(kù)量、氣力送料和收塵器風(fēng)壓之間的平衡要求,采用每倉(cāng)庫(kù)設(shè)置兩個(gè)直徑為φ219 mm和φ273 mm鋼管彎制或拼裝形成。其發(fā)展周期為2008~2011年,以我國(guó)的北方地區(qū)為主。該樣式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉,功能單一,在當(dāng)時(shí)具有較大的市場(chǎng)應(yīng)用空間。此種呼吸閥具有:結(jié)構(gòu)形式單一,制造工藝非常簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn),但缺點(diǎn):一是由于物料在入倉(cāng)的過(guò)程中采用的是氣料混合式,不可避免地產(chǎn)生大量的粉塵,粉塵通過(guò)彎管式呼吸閥進(jìn)入大氣,對(duì)外界空氣造成污染;二是對(duì)于南方的潮濕天氣,彎管式呼吸閥內(nèi)外相通,潮濕的空氣會(huì)使倉(cāng)內(nèi)物料板結(jié),影響倉(cāng)內(nèi)物料的質(zhì)量且不易出庫(kù)。同時(shí),物料潮濕容易在倉(cāng)頂、內(nèi)壁形成掛壁,增加了倉(cāng)的承重負(fù)擔(dān),存在較大的不安全因素。主要應(yīng)用于粉體(如水泥、粉煤灰、金屬礦粉等)散裝倉(cāng)儲(chǔ)裝備。

圖1 彎管式呼吸閥  下載原圖

由引風(fēng)管和防雨罩組成,如圖2。由于彎管式呼吸閥所存在的嚴(yán)重缺陷,南方(尤其是湖南、廣東、四川、貴州等)氣候潮濕且多雨型,已不適應(yīng)上述地區(qū)的應(yīng)用,所以開(kāi)發(fā)了彎管式呼吸閥的技術(shù)升級(jí)版―傘帽式半敞開(kāi)呼吸閥。該產(chǎn)品有效避免了物料的外冒,同時(shí)也避免了雨水直接侵入倉(cāng)庫(kù)中,對(duì)于水泥、粉煤灰等建材企業(yè)的維護(hù)和環(huán)保效果起到非常明顯的作用。其工作原理為倉(cāng)內(nèi)較高壓力的混合氣體外冒,沖擊傘頂后,由于反作用力使大部分粉塵回落至倉(cāng)內(nèi),另少部分粉塵被傘帽遮散由其邊緣空隙處泄出。優(yōu)點(diǎn):減少了粉塵對(duì)外界空氣的污染,避免雨水的直接侵入,在結(jié)構(gòu)上較彎管式復(fù)雜,能很好保證倉(cāng)內(nèi)壓力的平衡;缺點(diǎn):平衡壓力的時(shí)間較長(zhǎng),與外界相通,不能避免潮濕空氣的侵入;結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜,制作成形有難度,在施工現(xiàn)場(chǎng)加工成形度不好。此種方式從2011~2014年已在多種粉體散裝物料的倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備上應(yīng)用,尤其是南方多與地區(qū),得到廣泛應(yīng)用。

圖2 傘帽式呼吸閥  下載原圖

鑒于公司業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)展及電力行業(yè)已認(rèn)識(shí)到粉煤灰的重要性,同時(shí)由于經(jīng)濟(jì)波動(dòng)的影響,其儲(chǔ)存意識(shí)日漸強(qiáng)烈。但是,電力行業(yè)對(duì)于環(huán)保的要求比建材行業(yè)嚴(yán)格,原有的傘帽式呼吸閥已不能滿足環(huán)境要求,所以在前兩種的基礎(chǔ)上研發(fā)了雙層導(dǎo)向式呼吸閥,如圖3所示。此種呼吸閥分內(nèi)外兩層,內(nèi)層由用圓鋼和扁鋼支起的骨架和濾袋組成,濾袋套住骨架上,外層為鋼板焊接而成的外罩,外罩上開(kāi)設(shè)三個(gè)通氣孔,外罩頂部和側(cè)面設(shè)有把手,方便檢修。工作原理為倉(cāng)內(nèi)較高壓力的氣體通過(guò)內(nèi)層和呼吸孔進(jìn)入大氣,而粉塵被濾袋過(guò)濾落回倉(cāng)內(nèi),排到大氣中的氣體為符合排放要求的氣體。優(yōu)點(diǎn):對(duì)外界空氣幾乎零污染,也避免了雨水的侵入,雖結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,但方便維修;缺點(diǎn):需要定期清理濾袋。

圖3 雙層導(dǎo)向式呼吸閥  下載原圖

此種樣式呼吸閥已成功應(yīng)用于聊城當(dāng)?shù)仉姀S的3萬(wàn)t粉煤灰上。由于其具有的較好的密封環(huán)保性,港口碼頭也已成為主要的市場(chǎng)需求。

煤粉具有相對(duì)大的表面積,能吸附大量空氣,隨時(shí)都在進(jìn)行著氧化。氧化放熱使煤粉溫度升高,氧化加強(qiáng)。如果散熱條件不良,煤粉溫度升高到一定程度后,即可能自燃爆炸。煤粉的爆炸性與許多因素有關(guān),主要有:

(1)揮發(fā)粉含量越高,產(chǎn)生爆炸的可能性越大;

(2)煤粉細(xì)度越細(xì),爆炸危險(xiǎn)性越大;

(3)氣粉混合物中的氧氣濃度越高,爆炸危險(xiǎn)性越大;

(4)煤粉水分過(guò)于干燥的爆炸危險(xiǎn)性大。

所以,對(duì)于煤倉(cāng)所使用的呼吸閥(也稱為安全閥)在市面上的防爆閥有多種形式,都是與大氣直接相關(guān)聯(lián)。其中FBF型防爆閥是煤倉(cāng)等物料儲(chǔ)存設(shè)備上最常見(jiàn)的一種,如圖4所示。在河北某項(xiàng)目煤粉倉(cāng)的設(shè)計(jì)工程中,煤粉是在加工制作過(guò)程中由煙道收集起來(lái),具有很高的易燃易爆的特性。整個(gè)輸送是由氮風(fēng)實(shí)現(xiàn)的,要求完全屏蔽空氣的接觸。常規(guī)的呼吸閥是靠壓縮空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)的,經(jīng)常暴露的大氣中,不能滿足項(xiàng)目需要,所以結(jié)合倉(cāng)頂收塵器設(shè)備的通風(fēng)系統(tǒng),重新設(shè)計(jì)了一種全新的防爆型呼吸閥(如圖5)。其較之傳統(tǒng)的呼吸閥,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能合理、可靠等優(yōu)點(diǎn)。

圖4 防爆式呼吸閥  下載原圖

圖5 新型防爆型呼吸閥  下載原圖

隨著大型倉(cāng)儲(chǔ)裝備所涉及物料的不斷延伸,作為倉(cāng)頂?shù)暮粑y,雖為不起眼的一個(gè)小部件,但所起的安全作用不容忽視,其應(yīng)用的成功與否關(guān)系著倉(cāng)儲(chǔ)本體的安全、倉(cāng)內(nèi)物料質(zhì)量的好壞和倉(cāng)對(duì)環(huán)境污染效果的控制可靠性。實(shí)用、簡(jiǎn)單、可靠的呼吸閥不僅能滿足用戶設(shè)備的安全性能要求,還對(duì)呼吸閥應(yīng)用的提出了越來(lái)越高的技術(shù)要求。所以,只有不斷推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展,適應(yīng)市場(chǎng)需求,才能贏得市場(chǎng),占領(lǐng)市場(chǎng)。