液化氣球罐工藝設計及安全閥計算

馬麗麗（上海寰球工程有限公司，上?！?00032）

液化氣球罐工藝設計及安全閥計算

馬麗麗（上海寰球工程有限公司，上海200032）

由于液化石油氣具有易揮發(fā)的特點，在實際的儲存及運輸過程中，在球罐中的氣體壓力很大，因此，對球罐的設計要求很高。本文就液化石油氣的罐體設計、罐體的布置以及罐體安全閥的計算作了詳細地分析，對液化石油氣球罐的工藝設計中涉及到的重點內容作了歸納。另外，將理論與實際相結合，保證球罐在發(fā)生事故是能夠安全的泄氣，從而減小損失。

液化石油氣；球罐設計；設計工藝；安全閥的計算

隨著我國經濟的快速發(fā)展，對液化石油氣的使用越來越大。液化石油氣主要是由丙烷、丙烯、丁烷、丁烯，并且含有少量的戊烷、戊烯以及少量硫化物等組成，再通過加壓、降溫、液化等一系列工藝得到的易揮發(fā)性、無色的氣體。目前廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、汽車行業(yè)，由于其具有易燃，遇到明火甚至會發(fā)生爆炸的特點，因此，對液化石油氣的儲存以及運輸安全有十分重要的實際意義。

1　液化氣球罐的設計

目前，對于液化石油氣的儲存以及運輸，常用的有地上存儲和地下存儲。其中，地下存儲是用地下巖洞的方式進行存儲；地上存儲則是使用鋼罐的方式。本文主要介紹了地上存儲，即鋼罐的設計及其工藝特點。

1.1球罐設計的二次脫水工藝

由于液化石油氣采用的是全壓力式球罐，通常設計的壓力值為1.8兆帕，其中常含有少量的水。因此，二次脫水工藝實質上是為了脫除液化石油氣中的少量水分，主要包括一次脫水罐和二次脫水罐進行脫水。其中，第一次脫水采用的是重力原理，利用水的密度比液化石油氣的大的特點進行脫水；第二次脫水采用的是閃蒸原理，讓壓力降低，從而使污水中的部分液化氣通過閃蒸進入火炬系統，污水則進入排水系統。

1.2球罐設計的其他工藝設計

首先，是對罐根閥和取樣器的設計。為了避免液化石油氣的泄露，通常在罐體底部會安裝罐根閥；為了避免在取樣時發(fā)生氣體外泄，在球罐管道關鍵部分會設置管道取樣器。其次，是對吹掃系統的設計。吹掃系統的設計是為了吹掃管線和罐體內進行交換，在球罐與管線設置氮氣吹掃系統。最后，是對水頂烴的工藝設計。此設計的目的是為了減小發(fā)生事故時產生的大量液化石油氣的泄露而產生的損失，原理是當罐底出現泄露狀況時，使用泵對罐底進行注水，進而應用水的密度大，用水作為墊層，從而減小液化氣的泄露。

1.3球罐罐體的設計

球罐罐體的設計一般先進行參數的確定，比如設計壓力和設計溫度；然后進行主體材料的選擇，根據液化石油氣的設計溫度、設計壓力、介質特點以及操作方式等，并且能有適當強度的焊接性能，來選取材料；其次進行結構的設計，包括罐體的主體部分和管口部分；最后將設計好的球罐進行強度的設計與優(yōu)化，使其能達到預期的標準和安全運輸。

2　球罐位置的布置

球罐區(qū)的位置，根據目前的《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》規(guī)定，對于全壓力式或者半冷凍式的球罐，球罐與球罐之間的距離應控制在二分之一的球罐直徑。而液化烴全壓力式或者半冷凍式的球罐的中心高度不能超過0.6米的防火堤，其中，防火堤的設置不能太大的原因是便于微量積聚的液化石油氣擴散。另外，防火堤距罐體的距離不應小于3米，堤內一般用混凝土進行澆筑，并且在道路內部進行防火措施的處理，還有使坡道面向外側，而且防火堤的隔線不能高于0.3米。由于液化烴罐體的之間的防火堤僅僅只有高度和罐體之間的間距限制，因此，可以不對防火堤內地容積進行計算。

球罐的位置經過如此科學的布置，并且有防火堤的布置，其目的是：第一，防止無關的工作人員進入罐組內；第二，防火堤的較低設置，對少量氣體的泄露也有便于擴散的好處；第三，若產生大量氣體的泄露，可以利用警戒堤的作用進行報警，及時的處理；第四，防火堤的外向坡布置的目的是避免泄露的液化烴在罐體的附近堆積。其中，在堤內開洞也能便于液化烴的流走，防止事故的發(fā)生。

3　球罐安全閥的計算

安全閥作為球罐的關鍵設計環(huán)節(jié)，對于壓力容器來說，安全閥的設計好壞成功與否，直接影響到球罐的使用。安全閥的起跳屬于事故狀況，從而其壓力值不能設置太低，相反也不能設置太高，因為過高的話，對罐體的保護則形同虛設。其中，安全閥的設計包含安全閥泄放量的計算和安全閥噴嘴面積的計算，進一步得到合適的罐體安全閥。本文用1000立方米和2000立方米進行對設計罐體設計的計算。

3.1液化氣球罐的工作壓力的確定

目前的行業(yè)標準是常溫液化石油氣的存儲在規(guī)定溫度下的工作壓力，根據小于五十攝氏度時混合液化石油氣時的組成成分的實際飽和蒸汽壓力來確定，其設計單位在圖紙上進行注釋包括的成分和相應的壓力。若混合液化石油氣的成分是確定的情況下，應對各種成分的壓力進行相加，從而得到此時的工作壓力。此外，若不明確實際的混合氣成分，可以不進行分析，規(guī)定溫度下的工作壓力。

《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》中第34條規(guī)定“固定式液化石油氣儲罐的設計壓力應按效益或等于五十攝氏度時混合液化石油氣組份的實際飽和蒸氣壓來確定，設計單位應在圖樣上注明限定的組分和相應的壓力。液化石油氣是以丙烷或這丁烷為主要成份的多組分有機混合物?！背酥猓氯萜鞯囊?guī)定與舊容器的差別是：新容規(guī)規(guī)定的是液化石油氣球罐的工作壓力，而舊容規(guī)規(guī)定的則是液化石油氣球罐的設計壓力。

3.2液化氣球罐的安全泄放量計算

液化氣球罐泄放量按火災情況下進行計算。根據《固定式壓力容器》GB150，液化氣球罐的安全泄放量的計算公式為

式中，Ws為氣體的最大泄放量，單位為kgh；F為系數。若罐體放在地面上，則F=1；若罐體放在大于10L（m2·min）噴淋設備下時，取F=0.6；q為泄放壓力時的蒸發(fā)散熱，單位為kJ/kg；Ar為罐體的受熱面積，單位為m2。對于球罐的面積A計算公式為：π乘以直徑的平方除以二。其中，球罐的受熱面積應按表中的數據來取，如下表。

表一　球罐的受熱面積（平方米）

如表可以看出，當球罐的中心高度安裝大于7.5米時，罐體的受熱面積應按半球的公式進行計算。

計算得出的液化石油氣罐的泄放量見下表。

表二　液化石油氣罐的泄放量計算取值

3.3液化氣球罐的安全閥噴嘴的面積計算

液化氣球罐的安全閥噴嘴的面積計算公式為

式中，A0為噴嘴面積，單位為cm2；GV為罐體氣體的最大泄放量，單位為kg/h；Kp為液化石油氣的流量系數，其值得取定由安全閥的結構決定，其中全啟式Kp=0.6～0.7；Pm為最高的泄放壓力，單位為兆帕；T1為安全閥的進口處的介質溫度，單位為K；Z為氣體早最高泄氣壓力時的壓縮系數；C為氣體的特征系數，其值得取定由絕熱系數決定，具體的公式為；Kb為背壓校正系數。通常情況下，普通型的安全閥，其理論的泄放量隨背壓值得增大為會減小。

綜上，要得到安全閥的噴嘴面積，需要確定公式中各個參數的取值。由下表所示，安全閥的噴嘴面計算結果。

表三　安全閥的噴嘴閥面積的計算結果

4　結語

綜上所述，液化石油氣容易揮發(fā)和易燃，對其的儲存和運輸都有特殊的要求。對球罐的設計除了要達到工藝特點、罐體的布置以及罐頂安全閥設計的目的外，還要求球罐具有液位計、壓力表、液體的位置警報器以及液體自動聯鎖切斷進料等實用性功能。另外，液化石油氣的運輸過程對泵的選定，通常要求選擇簡袋泵或者屏蔽泵，目的是為了避免泵的進氣口被氣蝕，還有就是防止泄氣?？偟膩碚f，對液化氣球罐工藝設計及安全閥計算的原則就是保證安全。

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