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一户一贮槽液化石油气供气系统及安全性研究 摘要 一户一贮槽液化石油气供气系统是一种新型的供气方式，比国内现有的瓶组 供气、管道供气更加经济、更加安全。这种新型的供气系统适合于我国城乡结合 部，小城镇乃至广大农村生活用气。本文在对一户一贮槽的供气方式与其它供气 方式进行安全性比较的基础上，主要做了以下研究工作： 1 研究和设计了一户一贮槽模拟试验系统的工艺流程； 2 分析了一户一贮槽供气系统中的设备及其附件的安全性； 3 论述了国内外的贮槽与周边建筑物安全间距问题，说明一户一贮槽供气 系统是一种先进、安全的供气方式； 4 将模拟供气系统与居民供气实际情况相结合，研究分析了实际民用供气 系统的工艺流程，对工艺流程中的液化气一贮槽进行了分析计算； 5 论文中提出了带充装泵的槽车、四位一体的新型阀门远距离控制与液位 计等国内尚未开发的新产品。 一户一贮槽液化石油气供气系统的研究已列入2 0 0 6 年浙江省重点科研项 目。本论文研究的内容是其中一部分。通过该论文的研究表明，该种新型供气系 统较已有的供气方式有其优越性，特别是安全性能增加，是一种民用液化石油气 供气方式的补充。该论文的研究工作具有一定的工程应用价值。 性 关键词：液化石油气，供气方式，模拟系统，贮槽，安全 2 浙江工业大学工程硕士学位论文 r e s e a r c ho nl p gs u p p l y i n gs y s t e ma n d s e c u r j t yo fo n el p gt a n k t o o n et e r m 【 n a i ，u s e r a b s t r a c t t h es u p p l y i n gs y s t e mo fo n el p gt a n kt oo n et e r m i n a lu s e r ( o t o ) i san e wk i n do fs u p p l y i n gw a y , w h i c hi ss a f e ra n dm o r ee c o n o m i ct h a n c u r r e n tl p gc y l i n d e r sg r o u ps y s t e ma n dp i p en e t w o r ks u p p l y i n g s y s t e mi nd o m e s t i c o t oi ss u i t a b l ef o rr u r a la r e a s ，s m a l lt o w n sa n d w i d ec o u n t i e sa sw e l l b a s e do ns e c u r i t yc o m p a r i s o no fo t oa n do t h e r t r a d i t i o n a ls u p p l y i n gw a y s ，t h ef o l l o w i n gi s s u e sw e r er e s e a r c h e d ： f i r s t l y , t e c h n i q u ep r o c e s so fo t os i m u l a t i o ns y s t e mw a sr e s e a r c h e d a n dd e s i g n e d s e c o n d l y , s e c u r i t yo fe q u i p m e n t sa n da c c e s s o r i e so fo t os y s t e m a n a l y z e d t h i r d l y , t h es a f ed i s t a n c eb e t w e e nt a n k sa n db u i l d i n g sn e a r b yb o t h i nd o m e s t i ca n da b r o a dw a sd i s c o u r s e du p o n ，w h i c hs h o w e dt h a to t o i s 浙江工业大学工程硕士学位论文 ak i n do fa d v a n c e da n ds a f es u p p l y i n g s y s t e m f o u r t h l y , c o m b i n e ds i m u l a t i o ns y s t e mw i t ha c t u a ls u p p l y i n gs y s t e m ， t h et e c h n i q u ep r o c e s so fa c t u a ls u p p l y i n gs y s t e mw a sr e s e a r c h e da n d a n a l y z e d ，a n dl p g t a n kw a sc a l c u l a t e d l a s t l y , s o m en e wa d v a n c e dp r o d u c t sw h i c hh a v en o tb e e nd e v e l o p e d i nd o m e s t i cs u c ha sl p gt r u c kw i t hf i l l i n gp u m p ，f o u r - f u n c t i o nv a l v e sf o r r e m o t ec o n t r o la n dl e v e lm e t e r , e t c w e r em e n t i o n e di nt h i sp a p e r t h i sp r o je c to fr e s e a r c ho no t ol p g s u p p l y i n gs y s t e mh a sb e e n l i s t e do nz h e j i a n gp r o v i n c ek e ys c i e n c er e s e a r c hp r o j e c t si n2 0 0 6 t h e r e s e a r c h e si nt h i sp a p e ra r eo n ep a r to ft h i sp r o j e c t o u r sr e s e a r c h e s c l a r i f yt h a to t o i sm o r ea d v a n c e dt h a nt r a d i t i o n a l s u p p l y i n gs y s t e m ， e s p e c i a l l yi nt e r m so fs e c u r i t y ；i ti sak i n do fr e c r u i to nc i v i ll p g s u p p l y i n gs o l u t i o n t h er e s e a r c h e si nt h i sp a p e rh a v es o m ee n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o nv a l u e s k e yw o r d s ：l p g , s u p p l y i n gs o l u t i o n ，s i m u l a t i o n s y s t e m ， t a n k , s e c u r i t y 4 浙江工业大学工程硕士学位论文 符号说明 安全阀阀口最小泄放截面积( m m 2 ) ，对全启式安全阀 安全阀开启高度( m m ) 安全阀最小通道直径( 阀座喉径) ( 1 1 1 1 1 1 ) 安全阀的泄放量( k g h ) 安全阀的整定压力( 开启压力) m p a 安全阀的出口侧压力( 绝压) m p a 安全阀的泄放系数 气化特性系数 气体的千摩尔质量( k g k m 0 1 ) 气体等熵指数( k - - - c p c v ) 气体的温度( k ) 气体在操作温度下、压力下的压缩系数 储罐安全泄放量( k g h ) 压缩机排量 槽车内液面面积 槽车与贮罐之间的压降 a h d 弧 风 凡 k c m k t z 眠 g f 郇 浙江工业大学工程硕士学位论文 1 1 前言 第一章绪论 能源是人类生活生产的重要物质基础。有史以来，人类在生活、生产活动中 使用过许许多多常规能源，可再生能源，并不断探索新的能源。但总体上看，在 人类生活和生产过程中，不论是使用哪种能源资源，总不外乎为了满足生活生产 中对光、热( 冷) 和动力的需求。目前，使用的能源有煤、液化石油气、天然气、 核能等。液化石油气作为一种高热值的洁净能源，已在我国民用燃气中广泛使用， 现在城市里有7 0 0 0 万人以液化石油气为日常生活燃料，是城市生活燃料一个组成 部份，同时在农村使用的能源主要是液化石油气，可见液化石油气在我国燃气化 中具有不可替代的作用【l 】。 液化石油气的供应方式是以瓶装为主，有单瓶供应，双瓶供应和瓶组三种。 为扩大用量，方便用户，目前在我国的部分中小城市或大中城市的边缘地带，采 用管道液化石油气的供气方式，供应住宅小区民用。还有许多大中城市在使用天 然气之前，作为过渡，以液化石油气管道供气为主，因地制宜地发展多种形式的 液化石油气供气，其优势主要在于：投资少，见效快；占地少，机动灵活嘲： 供气形式多样，大小因地制宜，可以作为天然气的调峰气源，也可以将液化石 油气混空气代替天然气直接送入管网。总之，在天然气和人工煤气大量进入燃气 行业后，液化石油气仍将是人民生活用燃气的重要组成部分。 瓶装液化石油气供应虽然具有简单灵活的特点，但是供气环节多，容易给用 户带来不便，增加劳动强度。同时，瓶装液化石油气存在单位储量大、压力高等 因素，而家家户户厨房一个液化石油气钢瓶，一旦胶管老化或减压阀损坏，就可 能酿成严重的事故，给居民的生活带来不安全的因素。 随着人民生活水平的提高，对燃气的安全性提出了更高的要求，瓶装供应越 来越不能满足居民的需要，本论文中提出了一户一贮槽液化石油气的新型供气方 式。这种供气方式的研究己被浙江省科技厅立为重点科研项目，项目的名称是“安 全型民用液化石油气供气系统的研发 。本论文主要对该项目前期的理论研究、方 案论证、供气试验装置的设计、安全点的设置等进行研究。 l 浙江工业大学工程硕士学位论文 1 2 液化石油气的性质 1 2 1 液化石油气来源及性质 液化石油气( l i q u i dp e t r o l e u mg a s l p g ) 指常温下加压( 约l 兆帕左右) 而液化的石油气，主要成分是碳三及碳四烃类。液化石油气来自炼厂气、湿性天 然气或油田伴生气。由天然气和伴生气中得到的液化石油气主要成分是丙烷、丁 烷和少量戊烷。而由炼厂气中得到的液化石油气除含烷烃外还含有烯烃。液化石 油气的用途是燃料和石油化工原料。 液化石油气沸点很低，常温下即可气化，着火温度( 燃点) 低于5 0 0 。c ，普通 火堞目剩然的温度可达1 5 0 0 c 以上，比液化石油气着火温度高得多，并且液化石油气有较 低的下限和较宽的爆炸极限，约2 。1 0 p 】。液化石油气低温热值约在8 4 0 0 k j m 3 以上， 火焰温度可达2 0 0 0 。c 1 3 1 ，燃烧速度约为0 3 8 - 0 5 l 钾米j 眇，爆炸时的传播速度约为2 0 0 0 0 俨 籼。 液化石油气膨胀系数是同温度下水体积嘭胀的1 0 - - 1 5 倍。液化石油气气体比空气重 1 5 2 倍，因此从管道或钢瓶内泄漏后不易很快与空气混合，而是停留在地面附近或低洼 处，从而形成火灾爆炸事故的重大隐患。 液化石油气的电阻率高达1 0 1 0 1 4 欧厘米田，当其从管道或容器中喷出时产生的静电 电压在3 5 0 4 5 0 伏时产生的放电火花就能引起液化石油气燃烧或爆炸。 从以上液化石油气的性质可以看出液化石油气，是种易燃易爆的介质，在使用中防 燃防爆是重点。 1 2 2 液化石油气主要理化参数： ( 1 ) 标准状态下( 0 ，7 6 0 毫米汞柱) 【5 】气态液化石油气的密度为2 3 5 7 k g m 2 ( 2 ) 2 5 c 状态下液态液化石油气密度为5 5 7 3kg m 3 ( 3 ) 贮罐内液态液化石油气的饱和蒸气压( 绝压) ： 0 0 2 8 5 0 m p a 25 0 5 9 5 5 m p a 50 1 6 5 2 m p a 2 浙江工业大学工程硕士学位论文 ( 4 ) 气态低热值：1 0 8 4 m j n m3 ( 2 5 8 9 6 k e a l n m3 ) 。 气态高热值：1 1 7 6 m j n m3 ( 2 8 0 8 3 k c a l n m3 ) 。 ( 5 ) 0 、1 绝对大气压下，气态液化石油气的粘度：3 0 4 x1 0 巧m 2 s ( 6 ) 爆炸极限： 上限8 97 下限 1 75 1 3 液化石油气使用现状 近十几年来，中国液化石油气( l i q u i dp e t r o l e u mg a s l p ( 3 ) 市场发展迅速， 1 9 9 3 - - 2 0 0 3 年，中国l p g 市场规模增长了近十倍。2 0 0 3 年，中国l p g 需求增幅 为9 。中国l p g 消费量占世界总消费量的9 ，位居全球第三。中国l p g 进口 量仅次于日本和美国，也居世界第三。 2 0 0 4 年全年国内l p g 商品量为1 3 7 6 5 万吨，进口量为6 3 8 6 万吨，出口量为 3 3 万吨，市场投放总量达到2 0 1 1 8 万吨。2 0 0 4 年中国液化石油气消费量突破两 千万吨，较2 0 0 3 年增长6 7 7 。其中，国产液化石油气1 4 7 2 0 万吨，较2 0 0 3 年 增长9 9 ；进口液化石油气6 3 8 6 万吨，增长8 2 ；出口3 3 万吨，增长1 8 。 国家统计局数据显示，2 0 0 5 年4 月份，我国共生产液化石油气1 3 0 万吨，较 去年同期增加7 1 。市场人士表示，液化气产量增加的主要原因仍然是原油加工 量增长。国家统计局数据显示，2 0 0 5 年4 月我国共加工原油2 3 6 3 5 万吨，同比增 长了1 0 2 。 预计今后几年，随着国民经济的发展和城乡人民收入水平的提高，中国的l p g 消费量仍将有较大的增长潜力。 从我国的l p g 消费用途结构看，消费量的6 0 左右用于民用( 家庭生活用) ， 其中城市的使用量大大高于农村、乡镇、工业、商业及交通用液化石油气有较快 发展。2 0 0 4 年我国l p g 的消费结构和地区见表1 一l 、l 一2 。 浙江工业大学工程硕士学位论文 表l 一1单位万吨 用 途民用( 城市)民用( 乡村)工业 商业、交通及其它 消费量 8 7 2 6 71 2 9 6 72 4 7 0 73 6 6 5 l 消费量比率( ) 5 4 8 1 52 3 表1 - - 2单位万吨 地区中南华东东北华北西北西南 消费量 5 0 9 4 74 3 1 1 01 9 9 9 51 0 2 3 89 3 1 83 2 7 7 消费比率( ) 3 73 l1 5773 到2 0 1 0 年，我国的原油加工能力达到3 亿吨，除自产原油外，需进口1 亿吨， 液化石油气作为我国炼油厂的副产品之一，比例约占3 5 ，即9 0 0 1 5 0 0 万吨。 加之中东国家向亚太地区出口液化石油气，估计到2 0 1 0 年将出口2 6 3 0 万吨，到 时中国能源资源缺乏的东部沿海地区，将会加快液化气的进口步伐，以满足该地 区家庭燃用和工业上的需求。 1 4 液化石油气的供气方式及其存在的安全隐患 目前，在我国城市中，民用l p g 的供气方式主要有二种，一种是家庭用3 5 k g 液化石油气钢瓶直接使用以及食堂、饭店用的5 0 k g 钢瓶的瓶组气化站的供气； 第二种是液化石油气的管道供气，通过建造小型的瓶组气化站或大型的贮罐气化 站，利用气化设备气化钢瓶内或贮罐内的液相液化石油气，调压后输送给居民小 区的用户。第一种供气方式，存在着钢瓶充装、运输、贮存的环节，并且钢瓶直 接放置在厨房内，钢瓶内的压力很高，在各个环节中存在安全隐患，直接影响到 居民的安全用气。主要存在以下安全隐患： ( 1 ) 钢瓶在运输和装卸中互相撞击，使钢瓶容易产生缺陷，引起钢瓶的点腐 蚀，减弱了钢瓶的钢芳和强度，影响钢瓶的安全性； ( 2 ) 家用钢瓶只在钢瓶的出口处设置一只直角角阀，无其它任何安全附件。 一旦角阀泄漏将没有任何其它措施去阻止钢瓶内液化石油气的泄漏，给居民的人 身安全带来严重的伤害。 浙江工业大学工程硕士学位论文 ( 3 ) 钢瓶直接放在室内厨房使用，与燃烧器很近，并且钢瓶内的液化气为高 压液相液化石油气，一旦液化气泄漏着火，钢瓶内的液相液化石油气的体积以1 ：6 0 0 的比例膨胀，极易发生爆炸，造成用户生命、财产损失严重。如果液化石油气泄 漏，用户只能采取开窗的措施，不能动任何排风系统，对前来灭火的消防人员威 胁很大，因为钢瓶随时都可能发生爆炸； ( 4 ) 液化石油气由钢瓶灌装，运至各钢瓶供应点，用户再到供应点提取( 或 由供应站单独送) 。中间环节多，钢瓶用户比较又分散，很难集中管理。加上很多 居民缺乏安全意识，不安全的因素相对较多。 第二种供气方式为管道液化石油气供气，是一种集中供气的方式，目前在中 国各个城市均有采用，集中供气存在着一定的优点，可减少城市的运输量，免去 用户倒换钢瓶的劳动，使用方便，便于管理，但也有不足之处： ( 1 ) 采用气化站集中供气，需要建设大量的设备和埋设大量的地下管道，管 道的基建工作量大，费用高； ( 2 ) 根据国家的有关规范要求，气化站与周边建、构筑物要有一定的消防间 距，且要求距楼房有较大距离，故整个供气站占地面积大； ( 3 ) 气化站需要专门管理人员2 4 小时值班，配备专门的技术人员，因此提 高了供气成本； ( 4 ) 采用集中供气需要用户有一定的规模，由几百户至上万户，在用气高峰 时，会出现供气不稳定；特别是高层建筑，由于液化石油气比空气重，向上供气 时会产生下的附加压头，供气会受到影响。 ( 5 ) 集中供气站需要贮存2 3 天的用气量，相应贮存的l p g 量很大，一旦 发生事故，其破坏性大，危险性较大。 ( 6 ) 液化气管道埋在地下，容易发生各种腐蚀，且难于检验。若发生泄漏， 查漏困难，事故处理慢，就会引起大面积的停气，给用户及燃气公司造成很大的 麻烦。 为此开发安全、便捷的民用液化石油气供气系统十分必要。 1 5 一户一贮槽的供气方式 本项目开发的安全型民用液化石油气供气系统为一户一贮槽的供气方式，其 5 浙江工业大学工程硕士学位论文 使用区域是燃气管道敷设不到的城乡结合部，小城镇乃至广大农村，用户可以是 个体家庭，也可以是宾馆、饭店、食堂等单位；这些地区只有部分用户使用钢瓶 用气，由于换瓶的不方便，远远满足不了他们的需求；同时，这些地区的用户， 相对来说安全意识差，容易发生不安全事故。采用安全型液化石油气供气系统， 使居民的安全得到了保障。 安全型民用液化石油气供气系统是一户一贮槽、短管线进户的方式，此种供 气系统国内目前尚没有。用户可以是各种饭馆、宾馆、单位食堂，更适合千家万 户。该供气系统采用液化石油气贮槽配制充装阀、安全阀、测定l p g 余量的液面 计、调压器等、短距离管线直接送入单个用户的形式，贮槽容量的系列是：1 0 0 0 k g 、 5 0 0 k g 、3 0 0 k g 、1 2 0 k g 、8 0 k g ，前2 个容量适合于宾馆、单位食堂，3 0 0 k g 的适合 小型饭馆，1 2 0 k g 、8 0 蚝用于家庭用户。贮槽中的液化石油气由汽车槽车定期充 装，其流程见图1 1 。 图1 1 供气系统沉程不恿图 图中液化石油气贮槽配有液位传感器，用户可以随时了解贮槽内剩余的液化 气量，当需要充气时，电话通知液化石油气公司，公司会及时用小型的液化气供 气槽车前来充气，并定期检查贮槽上的各种阀门的安全性；用户室外的贮槽阀门 管线归属于液化石油气公司，不属用户所有，所以用户的成本不会增加，只是代 管户外的设备、管线、阀门等。液化气贮槽一般安放在接近厨房的室外，从而使 输送到厨房的液化气管线非常短，减少了管线输送阻力，保证炉前的供气压力稳 定，用户的炉灶燃烧安全。 1 6 论文研究的内容 l 、通过液化石油气一户一贮槽供气系统与目前存在的液化石油气供气方式在 6 浙江工业大学工程硕士学位论文 工艺流程、供气附件安全性设置、设备的安全性等方面进行比较，分析出一户一 贮槽液化石油气供气方式的优越性。 2 、分析研究一户一贮槽模拟系统，确定模拟系统的工艺流程、设备选择、安 全附件的设置及其模拟系统中贮槽在总图中与其它建构筑物的间距，提出国内与 国外在消防安全间距上的差别。分析一户一贮槽新型供气方式在防火间距上存在 的问题，对如何突破规范要求进行论述。 3 、确定实际使用中一户一贮槽的工艺流程、总图中消防间距的控制以及系统 中设备、安全附件的设置，提出供气系统中安全点的设置。 4 、确定供气系统中各种安全点的实施。 7 浙江工业大学工程硕士学位论文 第二章一户一贮槽供气方式的现状 2 - 1 国外的使用现状 一户一贮槽民用液化石油气供气方式在美国、日本、澳大利亚、加拿大、埃 及等国使用较为普遍。其中，日本在近几年的用户发展很快，此种方式的供气量 约占民用液化石油气供气总量的1 5 。因日本是多地震国家，长输管道供应天然 气、煤气的方式不够安全，一旦发生地震、火灾，恢复供气时间长；而一户一贮 槽供气方式受地震的影响小，即使受到影响，修复时间短，恢复供气快。如阪神 大地震，用管道供给的要3 个月才能恢复供气，而贮槽供气方式的第二天就开始 供气；因此这种供气方式已受广大用户欢迎，不仅在饭店、旅馆使用，不少居民 也已经使用，如静冈县( 相当于一个省) 就有用户1 2 万户。 据报导，用一户一贮槽液化石油气供气到现在没有发生过漏气现象，也没有 发生过爆炸事故。如在一宿舍楼旁安装有一l p g 贮槽，用一道铁丝网保护，有 人在外面烧木材，火势很旺，约烧了2 0 分钟，贮槽安然无恙，未发生任何不正 常现象。若一旦贮槽超压，安全阀自动开启，逸出的液化石油气遇明火仅在阀口 燃烧，而当槽内气压达到安全阀回座压力后即自动关闭，不会发生爆炸事故。 为确定l p g 贮槽与用户之间的安全距离，进行了液化石油气贮槽与着火点 安全距离模拟试验，试验于2 0 0 2 年在美国德克萨斯洲的一个山谷中进行，即测 试额定充装2 9 吨l p g 的贮槽安全距离实验。在贮槽四处距离8 米处放了1 6 只 燃烧器，每只燃烧器装了6 5 0 升汽油。试验人员的观察处离现场3 0 0 米，同时设 置了6 只监视器；人工点火后，持续烧了4 0 分钟，当时燃烧最高温度到了1 0 0 0 以上，但钢瓶表面温度为1 0 0 - 1 1 0 ，瓶内液体的温度为3 8 ，安全阀没有 打开，证明发8 米的安全距离是完全可以的。不会对贮槽有任何的影响，从而不 会对居民造成危害。 日本在制订法规时，很重视液化气贮槽与用户之间的安全距离，在1 9 9 3 年 做了模拟的安全距离试验。在贮槽的周围放了木架( 距离为0 5 m ) ，浇上煤油， 烧了大约3 0 分钟，没有发生异常现象。根据这个数据，确定贮槽容量小于1 0 0 0 k g 的用户，其安全距离为1 米，学校、剧场为1 5 米，有明火的地方是2 米。日本 g 浙江工业大学工程硕士学位论文 经济产业省根据试验提供的数据，汇集各个部门意见( 城建、消防等) ，对高 压气体保安法进行讨论后定稿。 2 2 国内的使用现状 目前国内液化气石油气供气方式主要可以分为三大类： 1 ) 、占大部份人口的农村，由于地域比较分散，建设管道气成本太高，在农 村目前均采用钢瓶供气的方式； 2 ) 、小型的居民住宅区或管网不能到达的区域的公建用气，建设小型的瓶组 站，即采用大量的钢瓶连接，经过气化装置、调压装置后供居民用气。 3 ) 、大型的居民住宅区采用贮罐贮存，经过气化器加热气化、调压器调压后 对居民进行供气。 一户一贮槽的供气方式，国内还没有先例。通过与日本该供气系统的设计、 制造单位人员的技术交流，与来中国负责用该系统供气的日本东海煤气公司技术 人员探讨存在的问题和发展前景，研究了由日本压力容器保安协会制订的高压 气体保安法，了解用该系统供气的安全性及相关法规制订的依据，征求了几家 用户使用该供气系统的意见。认为该供气系统确有它的特点，非常适合我国的城 乡结合部、小城镇和乡村的广大用户，该系统的需求量大，发展前景好。 2 3 一户一贮槽安全性论述 安全型民用液化石油气供气系统为一户一贮槽的供气方式，其使用区域是燃 气管道敷设不到的城乡结合部，小城镇乃至广大农村，用户可以是个体家庭，也 可以是宾馆、饭店、食堂等单位；目前这些地区只有部分用户使用钢瓶用气，由 于换瓶的不方便，远远满足不了居民日益提高的生活水平需求；同时，由于这些 地区的用户，安全意识较差，容易发生不安全事故。采用安全型液化石油气供气 系统，安全得到了保障，其安全性主要体现在： ( 1 ) 小型贮槽安装在紧靠厨房的室外，与房子的安全间距为大于等于1 米， 房子周围均无明火，不易发生火灾。贮槽四周设置铁栅栏，防止无关人员进入， 以保证贮槽的安全。同时在贮槽上的阀门均采用安全罩保护，防止他人乱动，引 9 浙江工业大学工程硕士学位论文 起人为的破坏。 ( 2 ) 在贮槽上设有安全阀，一旦贮槽遇到特殊情况如着火，贮槽被加热， 就会引起贮槽液化石油气气化，引起贮槽内压力升高，当压力升高至安全阀的设 定压力时，这时贮槽上的安全阀起跳，气相液化气在放空管出口处排出：当槽内 压力降至工作压力时，安全阀自动关闭，切断气体出口。如果安全阀失效泄漏， 槽中燃气仍由放散阀出口排出燃烧，直至烧尽槽内油气，槽体决不会发生爆炸。 贮槽设置在室外，且燃烧只在放散阀出处口进行，所以不会引起人生的伤害及引 发周围的火灾。 ( 3 ) 一旦贮槽上的安全阀起跳弹簧失灵，贮槽上设置的多功能阀会自动切 断与安全阀的连通，贮槽内液化气就不会泄出，液化石油气仍处于安全的密闭系 统中，此时只要关闭安全阀的底阀即可更换安全阀，仍可正常供气。 ( 4 ) 该系统中液化石油气是由燃气公司的移动槽车向贮槽内充装，在贮槽 上设置充装的快速接头。在充装液化石油气时，槽车上的软管能与槽体上的充装 快速接头快速连接，并且在卸液的槽车软管上设置拉断阀，以防槽车在罐装过程 中移动，一旦移动拉断阀自动关闭阀门，保证充装安全，无液体外泄； ( 5 ) 该供气系统的所有权归燃气公司，室外的所有设备均由燃气公司定期 进行检查、检修，以确保安全使用； ( 6 ) 对用户而言，在室内只设有输气管道、煤气表，相当于管道供气方式， 只要保证燃烧器能安全操作，就不存在安全隐患。同时在室外设置了快速切断阀， 一旦室内厨房因液化石油气泄漏发生火灾，可快速切断室外的快速切断阀，火势 将很快得到控制。 ( 7 ) 液化气进入用户前已经根据用户的燃气具压力把高压气体通过室外调 压器调压成低压，提高了用户的安全性以及室内管道的使用寿命，管道的泄漏机 率降低。 ( 8 ) 一户一贮槽供气方式不仅存在着大型气化站供气的优点，而且建设成 本以及运行成本远远低于大型气化站的供气方式。 ( 9 ) 小型贮槽的供气方式非常灵活机动，不管用户有多少，均可以建设。 随着我国经济的迅速发展，国民的生活水大大提高，对别墅的要求越来越多，对 用燃气的要求不断的提高，这种供气方式将适合居民的使用需要。 ， 1 0 浙江工业大学工程硕士学位论文 ( 1 0 ) 一旦发生事故，影响范围很小，只影响到一户居民的用气，重新启动 时，不会给管理人员带来很大的麻烦，不需要去每家每户确认用户的安全性，且 不会大面积影响居民的用气。 由上分析表明，本文研究的一户一贮槽的供气方式是大规模的管道供气替代 不了的，而安全性又比钢瓶供气优越得多。 2 4 本章小结 从国外使用的情况分析，一户一贮槽的供气方式经济、合理、十分灵活，适 合于我国城乡结合部，小城镇乃至广大农村生活用气。与钢瓶供气相比，其安全 性好：与管道液化石油气相比，一次投资费和正常运行维护费要低；故一户一贮 槽供气方式优于目前我国常用的几种液化石油气的供气方式。 浙江工业大学工程硕士学位论文 第三章一户一贮槽模拟供气试验系统的研究 3 1 模拟系统的工艺确定 3 1 1 模拟系统设置的必要性 液化石油气是一种易燃易爆的介质，为了确保系统的安全使用，该系统在投 入市场使用之前，必须建立一个模拟试验系统，经过不断的试验、使用，确定该 系统的科学性和可靠性。 本工艺系统采用了大量的新工艺、新技术、新产品，采用的这些新工艺、新 产品、新技术能否保证系统长期的安全运行，能否保障使用的设备在所使用的环 境中处于安全的状态，均需要建模拟试验系统试运行和使用，并且在使用过程不 断的发现问题，不断的改进工艺流程，使新型的供气系统更合理、更加安全，更 加符合我国的国情。 由于国内外的站内贮罐与站内建构筑物的间距有很大的差别。在日本使用 时，贮槽与居民建筑的间距只须要1 米，而按照国内城镇燃气设计规范规范 的要求，贮槽与居民的距离最少需要8 米。模拟系统按照国外的间距要求进行总 图布置。由于模拟系统的设置采用新的安全设置，通过模拟系统的试验，确定贮 槽的安全间距，确定该供气系统的科学性、可行性。 根据液化石油气的特殊性质，按照城镇燃气设计规范、炼油化工企业 防火规定中有关消防法令规定，为满足工艺流程的合理、安全、经济要求，分 析研究和确定供气模拟试验系统的工艺流程及输送管道。 3 1 2 工艺流程及功能的确定 本系统工艺流程的主要功能是以汽车槽车运输、压缩机卸液、两只模拟贮槽 之间能相互倒罐的工艺功能，且体现倒罐系统的安全性，其工艺流程方框图见图 2 - 1 ，设计的流程图见图2 2 ： 1 2 浙江工业大学工程硕士学位论文 圈一圈 圈 图2 - 1 工艺流程方框图 ( 一) 功能确定 1 ) 汽车槽车卸液：模拟系统在首次使用时，需要将槽车内的液化石油气输 送入其中3 m 3 的贮槽内，即为卸液系统。本系统卸液是通过压缩机来实现的。当 装有液化石油气的槽车到达使用站内后，在卸液区设置了一个气相接口，一个液 相接口，且两个接口均为高压软胶管的快速接口，两个接口为分别设置。卸液区 的气、液相快速接头与槽车上的气、液相接口快速连接，确认气液相接口安全连 接后，此时开启站内设置的液化石油气专用压缩机，通过压缩机把模拟系统中贮 槽内的气相液化石油气压缩到槽车内，这样槽车内的压力升高，贮罐内的压力降 低，两个贮罐之间的压力差使液相液化石油气从槽车内流向3 m 3 贮罐中。等到贮 槽内的液化石油气量充到所需的量时，关闭压缩机，以及管路的阀门，确定系统 安全后断开槽车与卸液的气、液相快速接口。这样就完成了液化石油气的卸液工 艺。 2 ) 储存倒罐：在模拟系统的工艺流程中3 m 3 贮槽模拟给用户充装液化石油 气的汽车充装罐，i m 表示用户贮槽。为了演示工艺流程的安全性，保证安全的 进行进液和出液，把3 m 3 罐中的液化石油气充入1 m 3 用户贮槽中。所以需要演示 在两只贮槽之间不断的进行倒罐。贮罐采用常温压力储存罐。由于贮槽使用时为 了确保贮槽的安全运行，贮槽需要定期进行年检，或者其中一只贮槽出现问题时， 需要把其中一只贮槽的液化石油气全部卸至另一只贮槽中，此时只须打开倒罐系 统中的阀门，关闭压缩机的卸液系统的阀门，打开倒罐系统的阀门，启动压缩机， 用压缩机把进液的贮槽内的气相液化石油气压缩到需要倒出的贮槽内，使两个贮 罐内的气相形成一定的压力差，这样液相液化石油气就从压力高的贮槽内流向压 力低的贮槽内，实现贮槽之间的倒罐工艺。 浙江工业大学工程硕士学位论文 符号名称符号名称符号名称符号名称 l x x x 液化石油气液相管 1 4 止回闶 公 安全阀 ，- 嵋， 高压肢管 液化石油气气相管 因 紧急切断阔r - - 1快速掺头；n f 放鼓警 n x x x 氮气管 仪表阀仁一 大小乒 j 6 f 球阀 i i 法兰盲板 1h | j 丧位计“) 虚度计佰 压力表 i l 图2 - 2 一户一贮槽模拟试验系统工艺流程图 1 4 浙江工业大学工程硕士学位论文 3 ) 紧急切断系统 根据城镇燃气设计规范及压力容器安全技术监察监察规程要求，在 贮罐的液相出口及气相进出口均需设置紧急切断阀。根据规范及系统安全性要 求，本系统的进液、出气管道上安装了紧急切断阀。当液化石油气系统在使用过 程管道出现泄漏或系统中设备出现异常情况时晦删，通过远距离操作即可关闭贮 罐的出液管，切断气源。不需要操作人员到危险源的地方去关闭贮罐的阀门，只 须在安全的生产辅助区操作，保证整个系统的安全，以及保证操作人员一直处于 安全的环境中。 紧急切断系统包括紧急切断阀、紧急切断的介质系统。 紧急切断的介质系统目前使用的有三种介质系统： a 、以压缩空气作为介质的紧急切断阀，需要配置压力为o 0 2 0 0 7m p a 的压缩空气，一般这种系统要求在所建的站内本身就具有压缩空气，直接拉一根 管道就可以使用的，这样从经济上、安全上考虑采用压缩空气紧急切断系统是比 较合理的。但是如果站内本身没有压缩空气系统，采用压缩空气就需要建一套压 缩空气系统，这样从成本上、管理上来考虑，就很不合理。本系统中一般均没有 设置压缩系统，所以不采用压缩空气作为介质。 b 、以油作为介质的紧急切断阀，该系统中主要设备包括二台手摇油泵，以 及一些输油管道，以油作为紧急切断系统的介质相比压缩空气要简单，但油路系 统在环保上有较高的要求，且在灵敏度上比压缩空气系统和氮气系统要低，使整 个紧急切断系统的安全性就会降低。 c 、以氮气作为介质的紧急切断系统，氮气系统只需配备二只氮气瓶，氮气 瓶设置在站外的附属用房内，不需要占有很大的面积。再配备一些输气管道即可， 由于氮气瓶的压力较高，而紧急切断阀所用的氮气压力一般均只0 0 2 0 0 7m p a ， 所以氮气钢瓶出来后需要通过调压器将高压的氮气调至中压即可作为紧急切断 阀的切断介质。由于氮气系统比较简单，而且对环境也没有任何影响，氮气紧急 切断阀灵敏度比较高，安全系数很大。 通过以上三种紧急切断系统分析，为达到安全性、经济性的要求，采用氮气 作为紧急切断阀的介质最适用的，在模拟系统中，采用了氮气系统作为紧急切断 阀的介质。 浙江工业大学工程硕士学位论文 在系统正常运行的状态下氮气系统内保证o 0 2 一o 0 7m p a 压力的氮气，使 阀门处于开启状态，一旦管道使用过程中发生液化石油气的泄漏或遇到另外危险 的情况，此时氮气管中泄压阀将氮气管路中的氮气释放，使氮气管中的氮气压力 下降，这时紧急切断阀就会自动关闭。从而切断贮罐与管道的连接，保证贮罐与 管道的安全。在本系统的贮罐的气相进出口、液相出口、卸液台的气液相阀组均 设有紧急切断阀。 4 ) 消防喷淋系统 贮罐设置在室外，太阳直接照射在贮罐上，在夏季，温度升高加快贮罐内液 化石油气的蒸发，贮罐内的压力将增大，为了使贮罐内的压力和温度不超过贮罐 的设计压力和设计温度，在两只贮罐的罐体上设置固定喷淋水装置进行降温，保 证贮罐的安全。 3 1 3 系统设备及其安全措施的设计 ( 一) 贮罐技术参数确定 贮罐根据贮存液化石油气的温度、压力可分为：常温压力贮罐、低温压力贮 罐，按贮罐形状分为球形罐、卧式圆筒形罐和立式圆筒形罐；按安装位置可分为 地上贮罐和地下罐。 1 ) 贮槽设计压力的确定 液化石油气贮罐的设计压力直接决定了贮罐的壁厚，因此它关系到贮罐的技 术经济指标、安全程度，是液化石油气供应设计的一个重要参数。在原城市煤 气设计规范( t j 2 8 - 7 8 ) 中规定以4 8 c 时丙烷的饱和蒸汽压作为设力压力 7 1 ；实 际即是规定液化石油气贮罐设计压力为1 6 m p a 。但在8 0 年代，具体工程设计这 一规定的执行遇到了一些困难，一些地方在兴建贮罐时提高了设计压力，一般压 力到1 8 m p a ，造成了浪费和技术上的混乱。 城市煤气设计规范( t j 2 8 - 7 8 ) 制定完成后，即提出了对贮罐设计压力的 规定问题进行研究的课题。1 9 8 0 年被列入国家计委工程建设、标准规范的制定、 修订及重点科研项目计划。经过近1 0 年的工作，由中国市政工程华北设计院承 担、国内1 1 4 个城市煤气公司协作完成了该项目的科研，提出了研究报告。在与 理论研究的基础上得到了研究结果。对于液化石油气贮罐的设计压力可按 1 6 浙江工业大学工程硕士学位论文 1 7 7 a ( 表压) 进行设计。 文献中 9 】介绍液化石油气贮罐内饱和蒸汽温度( 液面温度) ( t y m ) 与最高 空气温度( t a m ) 的回归直线关系，由于公式( 3 1 ) 表述。 如5 1 6 + 1 0 7 3t a m 9 1( 3 1 ) 在考虑规定贮罐设计压力所选取的计算最高空气温度t 锄是一种数理统计温 度值，收集了1 5 个城市历年气象资料与城市最高热月( 7 月) 的极端最高气温， 得到最高温度序列按皮尔逊三型分布给定保证率为1 计算处得到最高气温。 国内大多数地区t 硼都小于或等于4 3 c 。对国内个别地区k 有可能大于4 3 c ， 因此贮罐的设计压力有必要适当提高。 而根据压力容器安全技术监察规程第3 4 条固定式液化石油气贮罐的设 计压力应按不低于5 0 c 时混合液化石油气的实际饱和蒸汽压来确定。这与城 镇燃气设计规范中规定有冲突，为此北京市劳动部出台了一个关于液化石油 气储罐设计压力问题的通知的通知【l l 】，文件中规定液化石油气贮罐的设计压力 应严格按压力容器安全技术监察规程要求选取。所以液化石油气贮罐的设计 压力为可能达到的最高工作温度下丙烷的饱和蒸汽压力。贮罐的设计温度为5 0 ，所以贮罐的设计压力取5 0 时丙烷的饱和蒸汽压力，设计压力取为 1 7 7 m p a 1l 】【1 2 1 。 2 ) 液化石油气贮槽存贮系数设计 液化石油气贮槽内是贮存气液相共有物，当液相液化石油气气化成气相液化 石油气时，体积放大液相液化石油气的6 0 0 倍，为了保证贮槽在常温下留有一定 的剩余空间( 气相空间) ，避免发生过量灌装。即使在贮罐安全阀放散情况下， 仍有3 0 0 5 的剩余空间，贮槽最大允许何体积充装率为9 0 ，所以液化石油气 设计时最大允许贮槽充装质量中的充装系统数为0 9 矧。 3 ) 贮槽第一道密封件设计【1 4 1 1 6 】 液化石油气上的管法兰受压设备与管道相互连接的标准件、通用件。管法兰 标准的选用必须考虑各相关行业的协调，并应与国际接轨。 管法兰标准涉及的内容很广泛，除了管法兰本身以外，还与钢管系列( 外径、 壁厚) 、公称压力等级、垫片材料及尺寸、紧固件( 六角、双头螺栓、螺母) 、螺 纹( 管螺纹、紧固件螺纹) 等密切相关。 1 7 浙江工业大学工程硕士学位论文 国际上( 包括国内) 管法兰标准主要有两大体系，即欧洲体系( 以d i n 标 准为代表) 以及美洲体系( 以美国a s m e b l 6 、b 1 6 7 为代表) 。同一体系内， 各国的管法兰标准基本上是可以互相配用的( 指连接尺寸和密封面尺寸) ，两个 不同体系的法兰是不能互相配用的。 国外管法兰标准繁多，大多数属于欧洲体系。但近年来随着对外开放，美洲 体系管法兰也逐步在石油、化工等行业被广泛采用。 h g 2 0 5 9 2 2 0 6 1 4 1 9 9 7 ( 欧洲体系) 以及h g 2 0 6 1 5 - 2 0 6 3 5 1 9 9 7 ( 美洲体系) 管法兰、垫片紧固件标准【1 3 】存在以下优点： ( 1 ) h g ( 1 9 9 7 ) 管法兰标准包括了欧洲及美洲两大体系，配用的钢管系列 除了国际通用系列( 俗称英制管) 外，结合我国国情，其欧洲体系也可适用于国 内沿用系列( 俗称公称管) ，因此涵盖了国际和国内通用的管法兰标准。 ( 2 ) 标准明确分成两个体系，概念清晰、使用方便、不易混淆。 ( 3 ) 使用范围比较大：公称压力等级：0 2 5 , - - 4 2 0m p a ； 法兰型式有1 0 种( 板式平焊、带颈平焊、带颈对焊、整休、承插焊、螺纹、 对焊环板式松套、对焊环带颈松套、法兰盖、衬里法兰盖) ； ( 4 ) 材料品种齐全，采用现国际接轨的压力温度等级。 ( 5 ) 把法兰、垫片、紧固件形成一个完整的标准体系，配套性强。对三者 配合使用的一些原则进行了规定，对选用具有指导意义。 本模拟试验系统中盛装液化石油气的贮槽属于贮存容器，按照标准 h g 2 0 5 9 2 2 0 6 3 5 的规定，选取压力等级高于设计压力的管法兰、垫片和紧固件。 管法兰接头除了可拆、连接的功能外，保证密封( 控制泄漏率) 是其主要的 性能要求。影响法兰接头密封性能的因素有以下几个方面，选用时根据具体工况 综合考虑。 法兰等级选择根据系统的设计条件、考虑管道推力和弯矩折算当量压力等， 其等级按高于容器设计压力或提高压力等级；由于贮槽的设计压力取为1 7 7m p a , 所以本系统中选用法兰的压力等级为4 0m p a 。 法兰的型式的设计根据法兰的钢度要求，带颈对焊法兰的钢度大于带颈平焊 法兰的钢度，而带颈平焊法兰的钢度大于板式平焊法兰的钢度，所以法兰形式选 用带颈对焊法兰。 1 8 浙江工业大学工程硕士学位论文 垫片的密封材料密封性能：金属垫片大于半金属垫大于非金属垫。 液化石油气为易燃易爆介质，为了保证贮罐与管道连接的严密性，贮罐与管 道相接的第一道法兰及其连接件提高其密封等级。相应的要求如下：a ) 选取压力 等级高于设计压力的管法兰，选用压力等级为4 0m p a ；b ) 使用法兰的连接的第 一个法兰密封面采用高颈对焊法兰：c ) 法兰之间的密封采用金属缠绕垫片； d