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呼吸閥,作為一個獨立的部件,具有平衡壓力容器、倉儲設備內外壓力的重要作用。其主要應用在流體油罐、化工原料罐等的容器上。近年來隨著倉儲裝備(散裝粉體)的快速發展,尤其是鋼板倉的發展,呼吸閥的形式多樣化。呼吸閥一般安裝在倉儲裝備的庫頂,在進氣、排氣超壓和不正常的溫度變化時,保護倉儲裝備不受過量的正壓和負壓的影響,是倉儲裝備必備的一種保護裝置。以我公司歷年來應用到大型倉儲裝備上的呼吸閥為例,說明其發展的歷程及應有的作用。

呼吸閥的設計是根據倉內外的壓力差進行的,主要影響因素為呼吸閥的通風量。

倉內壓力的產生和平衡主要三個因素:入料過程,由于采用氣力入料方式,物料在壓縮空氣的帶動下以流化態或沸騰態方式進入倉內,落料時產生的灰塵和風積聚在倉的上部空間內形成正壓;倉頂收塵器在入料過程中參與工作,其所產生的吸力作用將一部分灰塵和風帶出倉外,起到一定的降壓作用;剩余正壓風則通過設置在倉頂的呼吸閥來平衡。其通風量的大小直接影響了倉的安全性。

所以其計算過程為:假設,入料斜槽風機的壓力為P1,風量為V1;收塵器風機為P2,風量為V2;倉內空間最小的體積為V3,壓力為環境溫度下P3。設倉頂設呼吸閥2個,呼吸閥出口壓力為P4(室外溫度下),呼吸閥的直徑為d(內徑),則呼吸閥的直徑的計算公式[1] 為:

式中:Le呼吸閥當量長度。其中當量長度的計算:

式中:L呼吸閥直段的長度,m;

L1彎管的當量長度。

根據技術的發展及建材等粉體加工單位的實際使用經驗和存在的問題,山東華建倉儲科技有限公司對呼吸閥進行了一系列的技術優化和革新。主要發展形式為彎管式、傘帽半敞開式、雙層導向式、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,主要作用為平衡倉內外壓力。主要應用于儲存量在10 000 t以上的水泥倉儲裝備上。根據生產入庫量、氣力送料和收塵器風壓之間的平衡要求,采用每倉庫設置兩個直徑為φ219 mm和φ273 mm鋼管彎制或拼裝形成。其發展周期為2008~2011年,以我國的北方地區為主。該樣式結構簡單,成本低廉,功能單一,在當時具有較大的市場應用空間。此種呼吸閥具有:結構形式單一,制造工藝非常簡便的優點,但缺點:一是由于物料在入倉的過程中采用的是氣料混合式,不可避免地產生大量的粉塵,粉塵通過彎管式呼吸閥進入大氣,對外界空氣造成污染;二是對于南方的潮濕天氣,彎管式呼吸閥內外相通,潮濕的空氣會使倉內物料板結,影響倉內物料的質量且不易出庫。同時,物料潮濕容易在倉頂、內壁形成掛壁,增加了倉的承重負擔,存在較大的不安全因素。主要應用于粉體(如水泥、粉煤灰、金屬礦粉等)散裝倉儲裝備。

圖1 彎管式呼吸閥  下載原圖

由引風管和防雨罩組成,如圖2。由于彎管式呼吸閥所存在的嚴重缺陷,南方(尤其是湖南、廣東、四川、貴州等)氣候潮濕且多雨型,已不適應上述地區的應用,所以開發了彎管式呼吸閥的技術升級版―傘帽式半敞開呼吸閥。該產品有效避免了物料的外冒,同時也避免了雨水直接侵入倉庫中,對于水泥、粉煤灰等建材企業的維護和環保效果起到非常明顯的作用。其工作原理為倉內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內,另少部分粉塵被傘帽遮散由其邊緣空隙處泄出。優點:減少了粉塵對外界空氣的污染,避免雨水的直接侵入,在結構上較彎管式復雜,能很好保證倉內壓力的平衡;缺點:平衡壓力的時間較長,與外界相通,不能避免潮濕空氣的侵入;結構稍復雜,制作成形有難度,在施工現場加工成形度不好。此種方式從2011~2014年已在多種粉體散裝物料的倉儲設備上應用,尤其是南方多與地區,得到廣泛應用。

圖2 傘帽式呼吸閥  下載原圖

鑒于公司業務的不斷擴展及電力行業已認識到粉煤灰的重要性,同時由于經濟波動的影響,其儲存意識日漸強烈。但是,電力行業對于環保的要求比建材行業嚴格,原有的傘帽式呼吸閥已不能滿足環境要求,所以在前兩種的基礎上研發了雙層導向式呼吸閥,如圖3所示。此種呼吸閥分內外兩層,內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,外罩上開設三個通氣孔,外罩頂部和側面設有把手,方便檢修。工作原理為倉內較高壓力的氣體通過內層和呼吸孔進入大氣,而粉塵被濾袋過濾落回倉內,排到大氣中的氣體為符合排放要求的氣體。優點:對外界空氣幾乎零污染,也避免了雨水的侵入,雖結構較復雜,但方便維修;缺點:需要定期清理濾袋。

圖3 雙層導向式呼吸閥  下載原圖

此種樣式呼吸閥已成功應用于聊城當地電廠的3萬t粉煤灰上。由于其具有的較好的密封環保性,港口碼頭也已成為主要的市場需求。

煤粉具有相對大的表面積,能吸附大量空氣,隨時都在進行著氧化。氧化放熱使煤粉溫度升高,氧化加強。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,主要有:

(1)揮發粉含量越高,產生爆炸的可能性越大;

(2)煤粉細度越細,爆炸危險性越大;

(3)氣粉混合物中的氧氣濃度越高,爆炸危險性越大;

(4)煤粉水分過于干燥的爆炸危險性大。

所以,對于煤倉所使用的呼吸閥(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聯。其中FBF型防爆閥是煤倉等物料儲存設備上最常見的一種,如圖4所示。在河北某項目煤粉倉的設計工程中,煤粉是在加工制作過程中由煙道收集起來,具有很高的易燃易爆的特性。整個輸送是由氮風實現的,要求完全屏蔽空氣的接觸。常規的呼吸閥是靠壓縮空氣來實現的,經常暴露的大氣中,不能滿足項目需要,所以結合倉頂收塵器設備的通風系統,重新設計了一種全新的防爆型呼吸閥(如圖5)。其較之傳統的呼吸閥,具有結構簡單、性能合理、可靠等優點。

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

隨著大型倉儲裝備所涉及物料的不斷延伸,作為倉頂的呼吸閥,雖為不起眼的一個小部件,但所起的安全作用不容忽視,其應用的成功與否關系著倉儲本體的安全、倉內物料質量的好壞和倉對環境污染效果的控制可靠性。實用、簡單、可靠的呼吸閥不僅能滿足用戶設備的安全性能要求,還對呼吸閥應用的提出了越來越高的技術要求。所以,只有不斷推進技術的發展,適應市場需求,才能贏得市場,占領市場。