【FINEKAY®结构解析】压力真空泄放阀（呼吸阀）同轴与并列结构对比分析及选型应用技术报告

FINEKAY压力控制部门工程师从所述几个方面，结构、流体力学分析、 泄漏、应用实践……，比对呈现不同结构压力/真空泄放阀（呼吸阀）带来的实践差异与推荐应用。

1.结构说明
同轴结构

设计特点：

（A）压力端（呼气阀）与真空端（吸气阀）位于同一轴线上，通常上下排列，共用一个腔体。压力端（呼气口）与真空端（吸气口）共用部分流道，气流路径存在交叉。

（B）阀盘和阀座在同一轴线上动作，通过阀盘自重调节开启压力。

（C）真空端（吸气口）略大于压力端（呼气口）（如SY/T 0511.1附录A所述），以平衡流速差异。

（D）SY/T 0511.1图1所示结构，压力端（呼气口）与真空端（吸气口）为上下排列的同轴设计。

                               
登录/注册后可看大图

同轴结构

并列结构

设计特点：

（A）压力端（呼气阀）与真空端（吸气阀）独立布置，分列于不同位置，通常通过法兰或管路连接。

（B）各自拥有独立的阀体、阀盘和阀座，互不干扰。

（C）可独立安装的压力端（呼气阀）与真空端（吸气阀），通过分支管路与罐顶连接。（如API 2000附录A所述）。

                               
登录/注册后可看大图

并列结构

2.性能对比

维度	同轴结构	并列结构
空间占用	紧凑，节省安装空间	需更多空间，布局灵活性较高
气流效率	可能因共用流道导致气流干扰（如呼吸交叉影响）	压力端（呼气阀）与真空端（吸气阀）气流独立，减少干扰，效率更高
压力损失	流道复杂，局部阻力可能较大	流道独立，阻力较小
密封性能	共体设计可能增加泄漏风险	独立阀体密封更易控制
维护难度	整体拆卸，维护复杂	可单独维护呼/吸阀，便捷性高
成本	加工复杂，成本较高	标准化生产，成本较低

3. 流体力学分析
（1）流道设计与流动特性

维度	并列结构	同轴结构
对称性	对称结构	不对称结构
流道	流道独立：   压力端（呼气阀）与真空端（吸气阀）流道完全分离，路径简洁，减少交叉干扰。	综合流道：   综合流道，导致流体路径复杂，易形成涡流、回流或流速分布不均。
流动	流动优化：   流道可设计为直线或平滑过渡，降低湍流生成，维持层流或低湍流状态。	流动干扰：   高流量下，呼气和吸气流可能相互干扰，引发湍流，增加局部阻力（如流道收缩或扩张处的压力损失）。
流速	流速分布均匀：   阀盘周围流速分布均匀，压力对称，确保稳定开启与关闭	流速分布不均：   阀盘周围易出现流速梯度，导致压力分布不对称，可能引发阀盘单侧受力或偏斜。

（2）压力损失与能量效率

维度	并列结构	同轴结构
局部阻力	独立流道可减少几何突变，局部阻力系数（ξ）较低。	流道突变（如弯曲、缩颈）导致流动分离，增加局部阻力系数（ξ）。
压降	总压降较小，通气效率高，能耗更低。	综合流道复杂性和湍流影响，总压力损失较高，降低通气效率。部分能量用于克服流动阻力，而非有效通气，能耗相对较大。

（3）流速与阀盘稳定性

维度	并列结构	同轴结构
流速	流速对称：   独立流道设计确保阀盘周围流速分布对称，动压平衡。	流速不均：   综合流道导致阀盘周围流速分布不均，可能形成高速区与低速区。
阀盘稳定性	阀盘稳定：   阀盘垂直运动，受力均匀，密封面接触一致，延长使用寿命。	阀盘偏斜风险：   单侧流速高时，动压差推动阀盘倾斜，导致密封不严或卡滞。湍流和压力波动可能引发阀盘振动，产生噪音并加速磨损。

（4）湍流与流动稳定性

维度	并列结构	同轴结构
湍流	湍流强度低：流道平直且独立，减少流动扰动，湍流强度较低。   层流优势：在低流速工况下更易维持层流，减少能量损失。	湍流强度高：流道几何突变和流体混合加剧湍流，雷诺数（Re）较高区域易发生流动失稳。湍流导致能量耗散增加，降低有效通气能力。

（5）动态响应与流量调节

维度	并列结构	同轴结构
响应	压力端、吸入端可独立优化，动态响应快，流量调节更精准。	综合流道导致压力端、真空端（呼与吸）动作相互影响，动态响应较慢。
调节精度低	适用于需快速响应或高精度流量控制的场景	流速不均和压力波动使流量控制不够精确。

4.  泄漏
（1）泄漏来源及影响因素

维度	并列结构	同轴结构
泄漏点	独立阀体密封面：压力端、吸入端各自独立，密封面单一，加工精度更易控制。   外部连接法兰：分体设计需更多法兰或管路连接，接口密封不良可能成为主要泄漏源。   阀杆与阀盖间隙：独立阀体的阀杆密封设计更简单，泄漏风险较低。	阀盘与阀座密封面：共用阀体需同时密封呼气和吸气动作，若阀盘与阀座接触面加工精度不足或密封材料老化，易产生泄漏。   内部流道连接：复杂流道设计可能导致焊缝或铸造缺陷，形成潜在泄漏路径。   阀杆导向衬套：阀杆与导向套间隙过大时，可能因介质渗透导致泄漏。
影响因素	安装误差：分体安装时法兰对中偏差可能导致密封垫片不均匀受压。   维护频率：独立维护可减少拆卸次数，降低密封面意外损伤风险。	热应力：温度变化时，共体结构因热膨胀不均可能加剧密封面变形。   气流干扰：呼、吸气流共用流道可能引发压力波动，影响密封稳定性。

（2）不同结构泄漏控制

维度	并列结构	同轴结构
密封面复杂度	低（独立密封面，磨损分散）	高（需同时密封呼、吸动作，接触面易磨损）。
泄漏路径数量	少（独立流道，外部连接点可控）	多（共用流道+多部件连接）
材料疲劳风险	低（独立结构，热应力分布均匀）	高（热应力集中，密封材料更易老化）
维护影响	可单独维护，降低密封面意外损伤概率	维护需整体拆卸，密封面二次损伤风险高

（3）结构泄漏风险评估

维度	并列结构	同轴结构
优势	独立密封面设计简单，热应力分散，维护便捷性高。	/
劣势	/	密封面复杂度高、泄漏路径多，维护时整体拆卸易造成二次损伤

综合评估：

常规工况：并列结构因独立密封和低维护风险，泄漏控制更具优势。

标准化场景：同轴结构通过严格质检可达到同等泄漏控制水平，但需依赖厂商工艺精度。

高泄漏敏感场景（如化工储罐）：优先选择并列结构。

成本敏感场景（如常压油罐）：同轴结构通过优化密封材料和制造工艺，可满足泄漏要求。需把控更多风险点并伴随高昂的维护水准。

6. 推荐应用

（1）压力/真空泄放阀（呼吸阀）选型

在规划压力/真空泄放阀（呼吸阀）应用场景时，需综合以下要素：

（A）储罐类型：内浮顶罐（减少蒸发）vs 固定顶罐（依赖呼吸阀排放）。

（B）介质特性：挥发性、腐蚀性、含杂质程度、粘度。

（C）操作条件：是否配备氮封系统（维持微正压）、环境温湿度、压力波动范围。

（D）维护能力：是否具备定期检修条件

（2）适用场景及介质

储罐类型	并列结构	同轴结构
固定顶罐（无内浮顶）	场景： 原油、重油储罐，如炼厂、港口油库。 适配条件： （a）无氮封系统：需高流量排放能力，应对温度变化引起的呼吸损耗。（b）有氮封系统：选择弹簧式并列阀，精确控制开启压力（如+980Pa）。	场景： 中小型常压储罐，空间紧凑，如城市加油站、小型油库。 适配条件： （a）无氮封系统：依赖呼吸阀直接排放，需控制泄漏量（如SY/T 0511.1限值）。 （b）有氮封系统：需选择高密封性同轴阀（如聚四氟乙烯密封面），适应微正压波动。
内浮顶罐	场景：                            化工储罐（苯类、醇类），内浮顶+氮封双重保护。 适配条件： （a）高VOCs控制：压力/真空泄放阀（呼吸阀）需与油气回收装置（VRU）联动，泄漏量≤5mg/m³。	场景： 轻质油品（汽油、航煤）储罐，内浮顶减少蒸发，呼吸阀作为辅助排放。

维度	并列结构	同轴结构
适用介质特性	高粘度/含杂质介质：原油、渣油、沥青（需定期清理导向柱）。 强腐蚀性介质：酸性原油（H2S含量高）、化工品（如硫酸、液碱）。 高挥发性介质：苯、二甲苯（需紧急泄放阀+阻火器协同设计）。	洁净介质：轻质油品（柴油、煤油）、液化石油气（LPG）。 低腐蚀性：介质不含强酸、强碱或硫化氢（如原油需预处理后适用）。 低杂质含量：避免流道堵塞（如同轴阀内置限位结构易卡滞）。

（3）选型决策树

（A）是否具备内浮顶？

是：优先选择同轴结构（轻质油品）或高密封并列结构（化工品）。

否：根据储罐规模选择同轴（小型）或并列（大型）。

（B）是否配备氮封系统？

是：选择高精度呼吸阀（如弹簧式并列阀），适配压力波动。

否：同轴阀（低泄漏）或并列阀（高流量）按介质洁净度选择。

（C）介质是否含杂质/高腐蚀？

是：强制选择并列结构，材质升级（如哈氏合金）。

否：同轴结构（低成本）或并列结构（高维护性）均可。

（4）特殊工况补充说明

（A）极端低温环境（如LNG储罐）：

选型：并列结构，阀体材质耐低温（如奥氏体不锈钢），导向柱防冻设计。

（B）高湿度沿海地区：

选型：并列结构+排水口，避免冷凝液滞留，同轴阀需加装自动疏水器。

（C）智能储罐升级：

选型：并列结构+物联网传感器（实时监测泄漏量、压力），适配智慧油库需求。

总结

同轴结构：适配中小型、洁净介质、标准化场景，成本低但维护复杂。

并列结构：适配大型、复杂介质、高维护需求场景，灵活性高但成本略高。

最终选型需综合储罐配置、介质特性及运维能力，必要时结合API 2000与SY/T 0511.1双重要求，确保安全与合规性。

感谢资料共享