LPG储罐区安全设计要点

15南京工业大学本科生课程设计第一章概要1.1 LPG的物化性质液化石油气(Liquefied petroleum gas简称LPG )是由丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等轻烃构成的混合物，各成分的物理化学性质(表1-1 )一般以前者和后者为主要成分。 常温常压下为无色低毒性气体。 从工厂气体和天然气(包括油田在内都很生气)中加压、降温、液化得到的无色、挥发性气体。 临界温度达到90以上时，可在510大气压下液化。表1-1 LPG各成分的物理化学性质项目甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷分子式CH4C2H6C3H8n- C4H10i- C4H10相对分子量16.0430.0744.00458.12458.12蒸汽压/MPa0-2.430.4760.1040.10720-3.750.81040.2030.299气体密度/(kg/m3)00.71681.35622.0202.59852.672615.50.6771.2691.8602.4522.452沸点(0.1013MPa)/-161.5-88.63-42.07-0.5-11.73汽化潜热(沸点和0.1013 MPa )/(kj/kg )569.4489.9427.1386.0367.6临界压力/MPa4.644.884.253.8O3.66临界密度/(kg/L )0.1620.2030.2360.2270.233临界温度-82.532.396.8152.0134.9低热量(0，1013 MPa，15.6)(kJ/kg )液体状态-460994535845375气势342076075388388气体比热容量(0，1013 MPa，15.6)(kJ/kgk)定压比热2.211.721.631.661.62定容比热1.681.441.441.521.47爆炸极限(体积分率)/%上限5.33.22.371.861.80下限14.012.59.508.418.44当空气中含量达到一定浓度范围时，LPG一起火就会爆炸。 因此，具有易燃、低温、腐蚀等特性，添加恶臭剂后有特殊臭味，低温或加压时为茶色液体。(1)比重LPG是一种混合物，比重随组成的变化而变化，气体的比重比空气大1.52.0倍，在大气中扩散缓慢，容易流入较低的场所。 (2)饱和蒸气压LPG的饱和蒸汽压是指在一定温度下混合气液相平衡时的蒸汽压，即蒸汽分子的蒸发速度与凝聚速度相等时的压力。 受温度、组成变化的影响，常温下约为1.32.0MPa。(3)体积膨胀系数LPG为液体时，与其他液体一样，由于热膨胀，体积增大的温度越高，体积越大，在相同温度下约为水的1117倍。(4)溶解度溶解度是指液态时LPG的含水率。 LPG在水中稍微溶解。(5)爆炸极限狭窄，点火能量低，燃烧热量高LPG的爆炸极限约为210%，狭窄，且爆炸下限低于其他气体。 着火温度约为430460，燃烧热量比其他气体低，约2200029000 .燃烧所需空气量大，需要约2330倍的空气量，与此相对，普通城市气体只需要35倍的空气量。(6)电阻率LPG的电阻率为1010，LPG从容器设备配管喷出时产生的静电电压达到9000V。1.2 LPG火灾的危险特性燃烧伴爆炸，破坏性大，火焰温度高，辐射热强，易发生二次爆炸，火灾初发面积大。 (一)、易燃性。 LPG是甲类火灾的危险物质。 以极小的能量(0.20.3毫焦)点燃，万立方米的爆炸性混合物冒出火花，会引起化学爆炸。(二)、易聚集。 LPG充分气化后，气体的密度比空气大1.52倍，容易积存在现场或房屋等不通风场所或地面的孔、沟、下水道等低的场所，易挥发成难以飞散的爆炸性混合物。(3)、易扩散。 LPG由许多低碳数的烃类成分构成，其中有比空气密度低或接近的。 空气中的扩散范围和空间极大，点火可引起大面积的化学爆炸。(四)、易产生静电。 LPG在输送、填充、移动泵管线的过程中，易与输送管线、填充设备、LPG高压储气瓶摩擦产生高静电。 特别是LPG中含有窒息引起的死亡。(5)、易冻伤。 LPG的沸点在-6.3-47.70之间，在汽化过程中吸收了大量的热量，局部温度急剧下降，特别是在事故状态下人们容易冻伤。(6)、易膨胀。 LPG的饱和蒸气压随温度上升而急剧增加，其膨胀系数也比较大。 一般是水的10倍以上，气化的体积急剧膨胀250300倍左右。(7)、破坏性大。 LPG爆炸的速度在20003000以上，火焰的燃烧温度在2000以上。 标准，1LPG完全燃烧发热量达到25000。第二章储罐选型与设计2.1、选型世界LPG的贮藏方法有地面贮藏和地下贮藏两种。 地面储藏是2种：的一种是常温高压储藏(压力球罐)，另一种是低温常压储藏(圆顶罐，一般是双壁圆顶罐)。1 .常温高压储存LPG的常温高压贮藏是指LPG的贮藏状态为环境温度，压力为常温下的饱和压力，例如50时丙烷的饱和蒸气压为1.7MPa，正丁烷为0.49MPa，异丁烷为0.68MPa。 贮藏压力高，一般选择球罐，受球罐壁厚和制作方法的限制，球罐容积一般不得超过5000m3，国内消防法规对这种罐配置明确规定的大型LPG贮藏基地采用压力球罐贮藏方式2 .低温常压存储器所谓LPG的低温常压储藏，LPG的储藏状态为常压，温度为常压下的饱和温度，例如常压下丙烷的饱和温度为-42，正丁烷为0.5，异丁烷为-12。 常压储藏一般采用圆顶储罐，储罐容积一般在10万m3以下。 低温贮藏考虑到保冷和安全，罐体一般为双壁。 圆顶油罐储量大，储量相同，油罐数量少，安全系数大，占地面积小于球罐，管理方便。 但是，低温储藏国内刚刚开始，我国的消防法规也没有具体规定，这给总图的布局带来了一定的困难。综上所述，本设计为500m3*4的储罐设计，考虑到储量少，选择了常温高压球形储罐。2.2、材料液化气石油气质是一种易燃介质，含水同时含有H2S杂质，长液化气异常时H2S含量达到300ppm以上，液化气瓶材料应尽可能选择化学成分、力学性能优异、抗H2S应力腐蚀的钢种，同时焊接后应进行整体热处理。根据我国压力容器用钢材的品种，液化气瓶主要为16MnR。2.3、基本尺寸根据球罐和大型储罐，球体积式：v球罐体积、m3； Di球罐内径，m。 代入数据Di=9.847m。 为了便于制造，使Di=9.8m，取球体积式，得到几何容积V=493m3。 外径Do=10m。 为了使球罐的操作和检查变得容易，必须在球罐的底部留出一个人的高度。 从球罐中心到支柱底部的距离：H=0.5DO 2.0=7.0m2.4、设计压力和温度表2-1各温度下各成分的饱和蒸汽压力温度、饱和蒸汽压力、MPa异辛烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷乙炔是-2501.30.20.060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050071.7440.670.50.20.160.0011表2-2液化石油气组成成分构成要素异辛烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷乙炔各成分百分比0.012.2547.323.4821.963.791.190.02实际上，选择50作为设计压力。根据压力容器安全技术监察规程，“固定式液化石油气罐的设计压力必须由在50以上混合的液化石油气成分的实际饱和蒸汽压决定”混合气体的饱和蒸汽压根据道顿分压法则为1.26MPa，50异丁烷的饱和蒸汽压为0.67MPa，丙烷50饱和蒸汽压为1.744MPa 关于设置了安全放出装置的油箱，设计压力为1.051.1倍的最高工作压力。 因此，Pc=1.11.744=1.92MPa .2.5、液化石油气储罐的充填量液化石油气的液体密度随温度变化很大。 在容器内必须保持一定的气体空间，以免温度上升导致容器内的压力急剧增加或超过容器的容许压力。 因此，压力容器安全技术监察规程规定液化石油气罐的设计储量不得超过下式的计算值：W=式中，w-储量、kg；v :存储容量-充填系数，液化石油气取0.9-在设计温度下饱和液体密度，kg/m 3，510 kg/m 3。计算W=0.9500510=kg液化石油气没有充满液化石油气罐时，罐内的压力为液化石油气气相压力，此时，温度每上升1，压力就会稍微上升0.0196MPa0.0294MPa，如果温度上升过度，或者液体过剩填充，罐内的压力就不是饱和蒸汽压力因此，确定液化石油气充量是一项重要工作，必须严格规范设计为压力容器安全技术监察规程。2.6、附件石油化工储运系统灌区设计规范 :压力箱应设置工作口，除放水管、进出口接管、梯子及操作平台外，应尽量减少数值孔径。 它的设计如下：(1)支柱支柱和球壳之间用u形柱结构型连接。为了承受风荷载和地震荷载，提高球罐的稳定性，在支柱之间采用了拉杆设计。目前，国内独立建造的球罐和导入的球罐大部分采用调整式拉杆。 为了改善拉力控制杆受力的情况，选择隔着柱子的单层交叉调整式控制杆。根据球罐的储量，采用8根支柱。(2)人孔结构每个球罐开两个孔，分别设置在上下极板上。 为了使员工能够携带工人进出球罐方便，直径过大，加强部件结构不过大，球罐的人孔直径设置是DN500。(3)交接结构管子开设在球罐的上下极带。 尺寸是DN20。 用厚壁管提高强度材料选用与球壳相同的材质，在低温下保证足够的冲击韧性。(4)梯子架球罐的工艺管和人孔大部分设置在上板上，因此球罐的每个外部都是独立的设置上部平台、中间平台以及从地面进入平台的下部斜梯和上部平台，方便日常生活日常操作和维护。(5)安全阀为了防止球罐运转异常引起的内压超过设计压力，在气相部分设置了3个安全阀和辅助性火灾安全阀。 安全阀的型号为直接负荷弹簧式，开放压力设计为1.1倍油箱工作压力，即0.55MPa。 为方便检查和维护，安全阀设置在平台附近，垂直直接安装。(6)压力表压力表是测量压力容器内介质压力的仪表，可以直接显示容器内的压力数值使作业人员能够正确把握容器内的压力。 在球壳的上部和下部分别各设置2个压力表、压力表的最大刻度为通常运行压力的2倍。(7)水淋浴装置在球罐上设置淋水装置是为了内置液化天然气的绝热。 夏天气温很高此时，用不断均匀的淋浴水冷却球罐，水从罐顶通过罐壁流下，驱动冷却软管球罐吸收的日照热降低球罐的气体空间温度，大幅度减少球罐的呼吸损失它还起到消防保护的作用。第三章罐区布置与防火防爆区划分3.1、LPG壶的平面配置按照石油化工企业设计防火规范 3.0.2的规定，LPG属于甲a类危险化学品。按照表3.3.1的规定，甲类单层厂房按二级耐火等级设计，最大允许建筑面积为3000m3。配电站配置： 建筑设计防火规范根据表4.4.1，储罐区距配电站80m。1、油箱防火间隔如表6.3.3所示，液化烃全压力式球罐的间距为1.0D，即1.010=10m，因此间距为10m，满足要求。2 .防火堤按照建筑设计防火规范gb503512005、储罐区防火堤设计规范6.3.5的规定，液化烃全压力式储罐组应设置0.6m以下的防火堤，防火堤内堤脚线不应距储罐3m以下，应在堤内流动混凝土地板，坡向外，防火堤内堤防0.3m以上防火堤的有效容积为600m3。 因为箱体群的总容积为5004=2000m3，所以根据第2项，没有设置箱体。防火堤的有效容积为V=AH-(V1 V2 V3 V4)=2066