丙烷罐區工程設計中采取的安全設施與措施

周 賀

（江蘇彭達工程設計有限公司，江蘇徐州 221000）

丙烷的化學式為C3H8，為無色無味氣體，熔點-187.6℃（85.5K 下），沸點-42.09℃（231.1K 下），相對密度0.500 5，閃點-104℃，易液化，化學性質活潑，極易發生燃燒爆炸事故。

根據《危險化學品重大危險源辨識》GB18218—2018，丙烷的臨界量為50t，對于丙烷的儲存量只要大于等于50t 即構成重大危險源，因此，為了達到生產安全的目的，在實際的設計工作中，應充分考慮安全措施。

1 罐區的工作流程

1.1 卸車

對于丙烷，主要是利用槽車運送到罐區邊，經丙烷卸料口利用槽車自帶卸料泵進行卸料操作。但是自帶卸料泵存在缺點，很難將槽車內的丙烷完全抽進丙烷罐中，當溫度在25℃時飽和蒸汽壓達到了0.93MPa（A），利用壓縮機進行抽送，槽車內部壓力變為0.2MPa 時則停止抽送。想要提升丙烷壓縮機的抽送速度，可以選擇利用四通閥加進出口方向的操作實現卸料速度的加快。對于壓縮機的使用與否，可以參考《汽車加油加氣站設計與施工規范》7.2.1條的規定。規定中指出：LPG （液化石油氣）進行卸車時建議選擇卸車泵；當LPG 儲罐總容量在30m3時可以選擇LPG 壓縮機；LPG 儲罐總容量在30～45m3時可以利用LPG 槽車上的卸車泵，卸車泵可以選擇利用站內的供電。在進行丙烷卸料時，杜絕使用軟管而是要使用萬向充裝管道系統。在國務院安委會辦公室〔2008〕26號文第16條中提到：對于輸送危險化學品的槽車，在充裝環節建議推廣使用萬向充裝管道系統，嚴禁使用軟管充裝液氯、液氨、液化石油氣、液化天然氣等危險品。

1.2 丙烷輸送

對于丙烷的輸送，利用屏蔽泵輸送給使用點，如果丙烷使用點較低的話，在輸送過程中要求不開放空閥。安排兩臺輸送泵，一開一備保證輸送的完整、有效。

2 丙烷罐區危險性分析

對于丙烷罐區，其危險性主要來源于以下幾點：首先，低溫液體溫度較低和常溫液體經氣化后產生的低溫；其次，丙烷這種液體會轉化為非常大體積的氣體，一體積單位的丙烷能夠轉化為290單位體積的氣體；然后，由于氣體分子要比空氣大，比較容易在低點積聚；最后，丙烷與其他氣態烴類化合物都是易燃易爆性質的。

丙烷罐區通常包括以下幾個單元，分別是卸船、儲存、BOG 處理、外輸及裝車等。罐區生產過程中，如果操作不當或者不注意，有可能發生物料泄漏事故、火災爆炸、設備和人身傷亡等，下面就罐區的危險性展開論述。

2.1 液體膨脹

一般來講，液態烴的密度會隨著溫度的變化發生變化，位于2個切斷閥門之間、無孔容器以至切斷球閥閥腔內等部位會形成死區，死區部位會因為溫度的不斷增加造成壓力增加，很快就會導致封閉系統的破壞。如何出現了密閉加熱的情況，就會非常有可能造成設備或管線的損壞，最終造成液態烴的泄漏，還有可能造成爆炸、火災事故。

2.2 罐內液體翻滾

罐內液體密度與新注入的液體密度存在差別時，因為熱量被輸送到儲罐中使得單元間發生傳熱、傳質以及液體表面蒸發情況，在輸送過程持續的時候各個單元之間不同密度液體最終實現均衡，在短時間內從儲罐中釋放大量氣體，這種自發的混合被稱作翻滾。罐內液體出現翻滾現象就容易導致儲罐的超壓情況，面對這種情況就需要對儲罐開展特殊設計，采取有效的預防措施。

2.3 進料溢出

進料被輸送到儲罐中一直到高液位時，如果此時不能將進料及時的切斷，液體會繼續進行充裝一直到內罐高度以上，并且會在內外罐之間溢出。因為丙烷儲存通常會選擇雙金屬壁全容罐，溢出來的液體會迅速發生氣化，導致BOG 量快速增加，如不及時進行處理就會導致儲罐超壓問題。

2.4 火災和爆炸事故

丙烷的分子量比空氣大，如果發生泄漏容易造成丙烷聚積在裝置低點處，如果不能快速稀釋、吹散丙烷氣體，非常容易形成爆炸性氣體混合物。對于丙烷來講，爆炸極限在2.1%～9.5%，如果形成爆炸氣體是非常可怕的。

2.5 低溫危險性

丙烷液體在常壓儲存條件下，溫度一般在-42℃，因此如果操作人員直接接觸會被凍傷。丙烷常溫條件下如果發生泄漏會由液體迅速氣化，氣化率在55%。在操作丙烷的過程中，要避免因為液體氣化造成的凍傷。

3 丙烷罐區安全設計

3.1 防負壓安全設計分析

在儲存丙烷的過程中，通常情況下不會存在負壓的情況。但是如果受到外界環境的影響就會出現負壓的情況。防止負壓的最有效方法是在儲存罐的頂部加設一個真空泄放閥，通過設定負壓值來避免負壓現象出現事故。需要考慮到的一點是，當儲存罐中進入空氣非常有可能造成爆炸事故。為了有效避免這種情況的發生，建議選擇常溫丙烷噴注這種方式，實現負壓的有效預防。冬季氣溫較低，外界溫度有可能會低于罐內的溫度，如果外界溫度比液體的壓沸點低時會導致罐內氣體蒸發情況變少，這會加大負壓的發生概率。因此，為了避免這種情況的發生就需要進行氣化器的設計工作，同時采取這種方法將氣體蒸發所造成的負壓盡量避免，或者可以選擇惰性氣體填充的方法達到防止負壓的效果。

3.2 預防液體溢出的安全設計分析

對于丙烷罐區，液體溢出導致安全事故發生的概率較大。發生液體溢出的主要原因是在向罐內進料的過程中，進料完成以后液體溢出對工作人員正常工作造成影響，更加危險的還會發生火災等隱患。對于丙烷，一般會選擇雙金屬壁的儲存罐來進行儲存，液體灌滿以后如果沒有及時處理就會導致溢出現象，因此必須要充分注意。對于氣體蒸發問題，要制定相關的處理對策比如做好預防溢出的設計對策?？梢栽谝何簧线M行監測報警裝置的設置，液體要溢出的時候可以立刻發出報警信號，同時設計高液位、進料切斷閥連鎖。還有就是需要注意到的一點就是，儲罐設計工作過程中要充分注意液位的問題，對于高液位的設計要求設置一段緩沖時間，緩沖時間建議在10min 以上。

3.3 預防液體翻滾的安全設計分析

對于丙烷儲罐中液體翻滾問題，為了能夠有效地預防此類問題發生，建議在罐內設置監測裝置，通過監測液位、密度以及溫度，及時預測液體的翻滾狀態。通常液體在翻滾之前，會伴隨氣化速率異常的情況，這樣可以通過監測氣化速率保證液體的熱量維持在安全狀態下，不會出現熱量積蓄的情況。如果在罐內有LTD 裝置，在設計罐內泵的時候就需要注意保留一定的余量，這樣的目的在于方便進行混合操作，如果儲存罐比較多則需要注意在規定時間內開展切換，此外，導致丙烷管內部出現翻滾的因素需要考慮輕組分含量，要對蒸發氣體分組工作進行詳細分析，當含量相對偏高時要進行向外排放，這樣做的目的在于有效避免安全方面的事故。

4 工程設計中采取的安全設施與措施

4.1 總圖專業

根據《石油化工企業設計防火規范》GB50160—2008，液化丙烷火災危險性為甲A 類，因而石油化工企業內的丙烷儲罐區按照甲A 類進行設計，罐組與居民區、公共福利設施、村莊最小距離滿足150m。對于氣體充裝站內的丙烷儲罐，其充裝后的氣體作為燃料使用，儲罐根據《液化石油氣供應工程設計規范》GB51142—2015的要求，考慮與周邊設施的防火間距，儲罐與居民區、學校、影劇院、體育館等重要公共建筑（最外側建筑物外墻）的最小距離滿足150m。

工廠總平面根據工廠的生產流程及各組成部分的生產特點和火災危險性，結合地形、風向等條件，按功能分區集中布置。罐區布置在廠區人員集中場所及明火或散發火花地點的最小風向的上風向，盡量減少對敏感區大氣環境的污染。

4.2 工藝專業

工藝專業主要考慮丙烷罐區的流程、布置、配管設計及工藝材料的選擇等。

丙烷儲罐及附件材質的選用和設計應符合《壓力容器》GB150.1～GB150.4、《鋼制球形儲罐》GB12337和壓力容器油罐安全規定。

儲罐第一道管法蘭、墊片和緊固件的設計應符合現行行業標準《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》HG/T20592～HG/T20635，并應采用帶頸對焊法蘭、帶內環和對中環型的纏繞墊片和專用級高強度全螺紋螺柱與Ⅱ型六角螺母的組合。

儲罐接管安全閥件的配置應符合下列規定：①設置安全閥和檢修用的放散管；②液相進口管設置止回閥；③儲罐液相進口管和氣相管設置緊急切斷閥；④儲罐所有管道接口設置兩道手動閥門；⑤排污口兩道閥門采用短管連接，并采取防凍設施。

全壓力式液化石油氣儲罐設置高壓注水設施，注水管道應與獨立的消防水泵連接。消防水泵的出口壓力應大于儲罐的最高工作壓力。注水口的控制閥門應保持關閉狀態。

丙烷儲罐氣液分離器、緩沖罐和氣化器設置彈簧封閉式安全閥并設置放散管。氣液分離器、緩沖罐和氣化器露天設置，放散管管口高出儲罐操作平臺2m 以上，室內設置時，管口高出屋面2.0m 以上。

地下儲罐外壁除采用防腐層保護外，還要采用犧牲陽極或強制電流陰極保護。

4.3 建筑結構專業

儲罐設置基礎，臥式儲罐采用鋼筋混凝土支座。球形儲罐鋼支柱采用不燃隔熱材料保護層，耐火極限≥2.0h。

防火堤內儲罐超過4臺時，至少設置2個過梯，分開設置。

4.4 給排水專業

罐區設置消防冷卻水系統，并配置移動式干粉等滅火系統。石油化工企業內的儲罐根據《石油化工企業設計防火規范》GB50160—2008中的8.10節的具體規定進行消防水系統的設計，丙烷充裝站內的丙烷儲根據《液化石油氣供應工程設計規范》GB51142—2015第11.1節進行設計。

4.5 電氣和自控專業

丙烷罐、泵、壓縮機、氣化等裝置及低支架和架空敷設的管道采取靜電接地，儲罐按照第二類防雷建構筑物的要求進行設計，在儲罐區入口設置人體靜電消除裝置。

丙烷罐區應設置可燃氣體報警儀，丙烷氣體密度重于空氣，報警儀安裝在地面上0.3～0.5m，滿足《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范》的要求。

5 結束語

綜上所述，在當今安全、環保形勢日益嚴峻的情況下，丙烷儲罐工程設計過程中應根據丙烷的物化特性，嚴格按照國家現行的法律、規定，從源頭上預防和減少安全事故，對提升企業的安全生產管理水平，提升企業的整體效益等有著積極的意義。