浅析100立方液化气储罐安全设计

摘要：100立方液化气储罐的设计没有专门的行业设计标准，一般按GB150—2018《压力容器》设计，但也有与一般压力容器不同之处，笔者根据多年的设计经验积累将对其设计压力的确定、充装量的选取、材料的选择、低温低应力工况及消防、防腐等方面。提出一些自己的看法和建议。

关键词：液化石油气；储罐；压力；材料；消防；防腐

 近年来，随着我国石油化工行业的迅速发展，液化石油气作为一种污染小、价格低、资源丰富的能源越来越受到重视，应用日益广泛。100立方液化石油气储罐是具有较大危险陛的储存容器，一旦出现问题，给人民的生命、财产带来极大的损失。为了保证液化石油气储罐的安全运行，避免事故发生，须从各个方面严格把关，而设计是首要的环节。以下就几个方面谈谈笔者自己的看法。

1、液化气储罐设计压力的确定

液化石油气是以丙烷或丁烷为主要成份的多组份有机混合物。《压力容器安全技术监察规程》(1999版)第34条规定：固定式液化石油气储罐的设计压力应按不低于50cI=时混合液化石油气组份的实际饱和蒸气压来确定，设计单位应在图样上注明限定的组份和对应的压力。液化石油气是以丙烷或丁烷为主要成份的多组份有机混合物。若无实际组份数据或不做组份分析，其设计压力应不低于表1规定的压力。、

表1液化石油气储罐的设计压力

(50~C饱和蒸气压力，MPa)

笔者认为，全国各地均按此数值作为设计压力不一定合适。因为液化气一般均为常温储存，设计温度取决于本地区环境极端最高气温，关键是要避免太阳光直射储罐，如果储罐安放在室外，可采取加设保冷层、涂白色面漆、设蓬或喷水冷却等措施，以防介质温度升高。在安全可靠的前提下，准确选取设计温度，实现优化设计，降低设计压力，对降低100立方液化气储罐的造价，节约投资具有很大的现实意义。

2、液化气储罐充装量的确定

液化石油气的液体密度随温度变化比较大，且液体膨胀系数也较大，同样质量的介质在不同温度下有不同的体积。如果实际充装量大于设计充装量，容器内的实际压力有可能大于设计压力。为了防止温度升高而导致容器内压力急剧增加，甚至超过容器的许用压力，必须在容器内保持一定的气相空间。液化石油气的充装量直接影响到容器的工作压力，关系到容器的设计与使用安全。所以液化石油气的充装量的确定是项很重要的工作。《压力容器安全技术监察规程》(2018版)规定：介质为液化石油气的固定式压力容器设计储存量，应按下式计算：w=VP。，式中，w为储存量(1)；为装量系数(一般取0．9)；V为压力容器的容积(m)；P。为设计温度下的饱和液体密度(fm)。装量系数的引人以保证储罐安全充装以及在最恶劣条件下工作时。顶部仍留有不小于5％的气相容积空间。在液化石油气储罐设计过程中，需要用到一个比较直观的衡量液体充装量的参数——充液高度(即设计条件下储罐允许的最大液面高度)。先由取定的装量系数确定出设计允许的最大液面高度为h时的储液容积，再由储液容积反推出充液高度h，两者之间可建立起计算关系：Vh=V。

3、选材和H2S的应力腐蚀

常温用钢Q345R、Q245R。安装在寒冷地区环境低温下的室外储罐，按HG20585-1998《钢制低温压力容器技术规定》的要求，盛装液体体积占容器体积l／4以上的无保温的储存容器，设计温度取最低环境温度，最低环境温度为该地区历年各月的月平均最低气温的最低值。液化石油气储罐储存的介质一般是经催化裂化工艺而产生的液化石油气，其中常含一定的水分、H2s及一定量的氰化物。这些物质的共同存在，易形成使钢材裂纹极为敏感的湿H2s环境。在这样的环境下，H2s应力腐蚀开裂是主要的表现形态。

液化石油气储罐的H2s应力腐蚀发生的频率很高，保证储罐的安全运行，在设计中还应注意：

①选择对H2s应力腐蚀敏感性低的材料，材料对H2s应力腐蚀的敏感性指材料抗H2s应力腐蚀裂纹扩展能力的大小，一般说来，材料的强度越高，则抗H2s应力腐蚀裂纹扩展能力下降越多，液化油气储罐可选用碳钢或低合金钢为壳体材料，通常以16MnR为主要材料；②对使用的材料质量进行严格的控制，避免材料中有夹杂、分层、裂纹等缺陷存在；③含H2s的液化石油气储罐在全部焊接工作完成后，应进行整体消除应力热处理。

4、液化气储罐消防设计

从液化石油气储罐对火灾的热响应规律可以看出，储罐爆炸主要是两方面的原因，一是储罐内部的压力升高；二是储罐壁温增加引起储罐材料强度下降。采取一定的防护措施控制储罐内部的压力升高和储罐壁温增加，可以防止储罐在火灾作用下发生爆炸，目前我国对于固定储罐区的储罐大都采用水冷却方式，对于移动储罐大都采用隔热保护方式。

固定式水冷却系统包括在顶部集中配水罐壁漫流式、固定水喷淋、水喷雾、固定水炮等4种基本形式。根据国外的资料介绍，可靠性的排序依次为漫流式、固定水炮、水喷淋或水喷雾。而我国目前大多采用水喷淋或水喷雾方式，但从使用效果看这种方式不尽妥当，因为这种方式在发生蒸汽爆炸时易受到破坏，而且这种方式喷头容易堵塞，维护比较困难。根据我国的国情，水冷却方式宜采用顶部布水罐壁漫流与固定水炮相结合的方式，即部分冷却水用漫流式，部分冷却水用固定水炮提供。该形式可靠性高且灵活，能分别满足防日晒冷却、着火罐冷却以及邻近罐冷却等不同冷却强度的供水要求，且对于与储罐内部蒸汽区相接触的干壁部分冷却更有保证。该形式容易维护，工程费用比目前使用的水喷淋或水喷雾系统低。对于大型储罐建议设置自摆的移动式水炮，以减少灭火人员暴露于火灾危险区中的危险性，并能有效保证喷射水流到达暴露于火灾中

的储罐表面。

5、液化石油储罐外防腐

液化石油气储罐布置于露天，由于阳光、风、沙、潮湿、喷淋(消防和夏季冷却)等作用，一段时间之后，外壁防腐层脱落，出现斑点、锈蚀，对设备安全运行不利。关键是选用合适的防腐涂料，防腐涂料应是附着力强、耐候性好、具有自洁功能，根据笔者的设计经验，凉凉隔热胶基本具有上述三个特点，还能反射阳光达到隔热效果。

6、结束语

液化石油气是一种清洁能源，随人们物质生活水平提高，其使用量越来越大，设计是关系设备本质安全的第一步。对液化石油气储罐的设计，应针对其特点、参数、结构、附件等进行全面的分析，作出合理的选择，优化设计。总之，液化石油气储罐的设计一定要严格按照GB150-1998《钢制压力容器》及《压力容器安全技术监察规程》等有关规定、标准执行，综合考虑各种因素，从设计上不留安全隐患，以确保设备和装置安全可靠的运行。