瓶組氣化液相LPG鋼瓶運行中的安全問題
作者：史業(yè)騰 王碹 王維信 喬國慶
評論： 更新日期：2013年01月11日
2 兩個容易被忽視的安全問題
?? ?① 過量充裝
? ??一般的液化石油氣鋼瓶充裝的是我國生產(chǎn)的液化石油氣，是主要組分為丙烷、丙烯、丁烷、丁烯的混合物，還有少量的乙烷、C5和其他雜質(zhì)存在。GB 11174—1997《液化石油氣》規(guī)定的液化石油氣組分允許上述各種組分存在，但嚴格規(guī)定了幾種組分的體積分數(shù)，其中丙烷體積分數(shù)不能大于60%。規(guī)定此比例的主要原因是丙烷超過規(guī)定量，液化石油氣在規(guī)定的使用溫度下壓力有可能超過2.1MPa，從而影響鋼瓶的安全使用。純丙烷60℃時的飽和蒸氣壓為2.2MPa，GB 11174—1997《液化石油氣》中規(guī)定液化石油氣60℃時的飽和蒸氣壓為2.1MPa。而實際上液化石油氣遠遠沒有這么高的壓力。在我國北方地區(qū)，由于冬季氣溫較低，在采用純液化石油氣管道供氣時，就要考慮所供應氣相液化石油氣的露點問題。GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》規(guī)定，管道燃氣供氣在設計供氣壓力下，燃氣的露點應比供氣的環(huán)境溫度低5℃，其原因是防止所供應的燃氣結(jié)露發(fā)生事故。鑒于此情況，北方地區(qū)冬季供氣時就需供應飽和蒸氣壓高一些的液化石油氣，這樣就有可能使得液化石油氣組分中的丙烷或丙烯比例超出標準規(guī)定的范圍。由于以質(zhì)量為參數(shù)來控制充裝過程，易造成過量充裝。
??? ② 鋼瓶屈服變形膨脹
液相導管是液相液化石油氣鋼瓶和氣相液化石油氣鋼瓶的唯一區(qū)別，標準對液相液化石油氣鋼瓶液相導管無相應規(guī)定。在實際液相液化石油氣鋼瓶制造或檢測過程中，往往忽視了液相導管的材質(zhì)和安裝質(zhì)量，從而導致鋼瓶在使用過程中出現(xiàn)導管破裂、導管同角閥的連接部位不嚴密等現(xiàn)象。
存在上述缺陷的液相液化石油氣鋼瓶在運行過程中非?？赡軐е乱环N非常不容易被意識到的安全問題。由圖2可見，當液相導管在液化石油氣氣相空間區(qū)域內(nèi)破裂或液相導管同角閥的連接密封面不嚴密時，就會出現(xiàn)如下現(xiàn)象：由于瓶組中每個鋼瓶內(nèi)的液化石油氣組成不盡相同，各組分的分壓不同，若此時該液相液化石油氣鋼瓶氣相壓力較高，氣相氣流就會沿導管破裂部位或?qū)Ч芡情y的不嚴密封面部位通過角閥、膠管、集氣管向氣化器方向流動，而鋼瓶內(nèi)部由于氣化速度加快便產(chǎn)生急速降溫過程，從而造成鋼瓶內(nèi)的液化石油氣溫度急劇降低，液化石油氣的蒸氣壓也急劇降低，從鋼瓶外部可以觀察到角閥和瓶體有結(jié)露或更嚴重的結(jié)霜現(xiàn)象。由于鋼瓶內(nèi)部的壓力降低，導致集氣管或其他鋼瓶內(nèi)的液相液化石油氣急速流入該鋼瓶，致使該鋼瓶液化石油氣過量充裝。此時如果鋼瓶被停止使用并且關閉角閥，在環(huán)境溫度上升時，就可能發(fā)生因液化石油氣鋼瓶過量充裝而引發(fā)嚴重的液化石油氣鋼瓶超壓變形，導致爆裂或爆炸事故。
??? 根據(jù)權威專家計算和推斷，液化石油氣鋼瓶100%充滿液相液化石油氣后，液化石油氣溫度每升高1℃，鋼瓶內(nèi)液化石油氣的壓力便會升高3.3MPa，而液化石油氣鋼瓶瓶體的設計屈服應力在5.5MPa左右，液化石油氣鋼瓶的爆破壓力為7～10MPa。也就是說，液化石油氣鋼瓶內(nèi)的液化石油氣隨環(huán)境溫度升高2℃左右就會出現(xiàn)液化石油氣鋼瓶瓶體屈服變形膨脹狀況，升高3℃左右就會致使液化石油氣鋼瓶瓶體破裂。液化石油氣鋼瓶破壞性水壓試驗也證明了液化石油氣鋼瓶屈服變形膨脹和爆破壓力在上述范圍。
天津市液化氣有限責任公司在采用液相液化石油氣鋼瓶瓶組強制氣化方式供氣時，曾發(fā)現(xiàn)個別液化石油氣鋼瓶在運行一段時間后，其瓶內(nèi)液化石油氣重量反而增加，又發(fā)現(xiàn)此類液化石油氣鋼瓶有結(jié)霜現(xiàn)象和液相導管破裂現(xiàn)象；后來又發(fā)生了一只運行的液化石油氣鋼瓶在角閥關閉后出現(xiàn)瓶體屈服變形膨脹現(xiàn)象。經(jīng)技術人員綜合分析，推斷為上述演變過程。液相液化石油氣鋼瓶出現(xiàn)這一安全隱患現(xiàn)象是一個多環(huán)節(jié)的演變過程，雖然各環(huán)節(jié)偶然性較強，發(fā)生的概率較低，但是事故的災害性不可低估，并且事故技術分析中往往不能關注到此細節(jié)，從而導致事故責任分析錯誤，產(chǎn)生更為不良的后果。
3 建議
在設計氣化站集氣管時，在每只液化石油氣鋼瓶出氣口和集氣管連接處加裝單向閥以確保安全，液相液化石油氣鋼瓶的液相導管應選用材質(zhì)較好的管材，導管同角閥連接的密封面要嚴密并牢固。
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