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液化氣球罐工藝設(shè)計及安全閥計算

文檔作者：劉紫微鄒新行文檔來源：新疆石油勘察設(shè)計研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年08月25日
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第43卷第9期
2014年9月
當(dāng) 代 化 工
Contemporary Chemica1 Industry
Vo1．43，No．9
September，201 4
液化氣球罐工藝設(shè)計及安全閥計算
劉紫微，鄒新行
(新疆石油勘察設(shè)計研究院(有限公司)， 新坦烏魯木齊830026)
摘 要：液化石油氣作為易揮發(fā)介質(zhì)，在常溫下的飽和蒸汽壓可以達到1．36 MPa，因此液化石油氣住常溫
下需要儲存在壓力容器中。為了保證其儲存的安全性和流程設(shè)計的合理性，結(jié)合克石化球罐區(qū)設(shè)計的具體項日，
對液化氣球罐在T藝設(shè)計中涉及到的重點內(nèi)容作以詳細歸納，例如球罐二次脫水工藝的設(shè)計、事故狀態(tài)下的水
頂烴T：藝和罐區(qū)布置。此外，為保證球罐在事故狀態(tài)下能夠安全泄放，罐頂安全閥的設(shè)置尤為重要，將理論計
算與實際設(shè)計參數(shù)相結(jié)合，對1 000 111 和2 000 m 球罐安全閥的的選取進行了詳細計算說明，將對液化氣球罐
的設(shè)計具有指導(dǎo)作用。
關(guān)鍵詞：液化石油氣；球罐；工藝設(shè)計；安全閥計算
中圖分類號：TQ 015 文獻標(biāo)識碼： 文章編號： 1671—0460(2014)09—1895—03
Process Design of LPG Spherical Tank and Safety Valve Calculation
LIU Zi—wei，ZOUXin—hang
(Xi~iang Petroleum Investigation Design and Research Institute(Co．，Ltd．)，Xinjiang Urumchi 830026，China)
Abstract：LPG is a volatile media，whose saturated v叩or pressure can be 1．36MPa at normal temperature，so lt should
be stored in a pressure vessel at normal temperature．In this paper,in order to ensure the safety of its storage and the
reasonableness of its process design，combining a specific project of spherical tank design in Karamay Pe~ochemical
Company,the key elements in the process of design were summarized，such as the second dehydration process，water
sealing hydrocarbon under the condition of accident and tank arrangement．Besides，in order to guarantee safety relief
ofthe spherical tank，the safety valve setting is very important．At last，how to select the safety valve of 1000m and
2000m3 spherical tanks by the mean of combining the theoretical arithmetic with the actual design parameters was
introduced．
Key words：LPG；Spherical tank；Process design；Salty valve calculation
液化石油氣(Liquefied petroleum gas，LPG1，是由
煉廠氣或天然氣(包括油田伴生氣)加壓、降溫、液
化得到的一種無色、揮發(fā)I生氣體。由煉廠氣所得的液
化石油氣，主要成分為丙烷、丙烯、丁烷、丁烯，同
時含有少量戊烷、戊烯和微量硫化合物雜質(zhì)。由天然
氣所得的液化氣的成分基本不含烯烴。液化石油氣主
要用作石油化工原料，用于烴類裂解制乙烯或蒸氣轉(zhuǎn)
化制合成氣，可作為工業(yè)、民用、內(nèi)燃機燃料。其主
要質(zhì)量控制指標(biāo)為蒸發(fā)殘余物和硫含量等，有時也控
制烯烴含量。液化石油氣是一種易燃物質(zhì)，空氣中含
量達到一定濃度范圍時，遇明火即爆炸。
目前，世界上LPG的儲存方法有地上儲存和地
下儲存兩種。傳統(tǒng)存儲均采用地上鋼罐儲存方法，
地下儲存是采用地下巖洞的儲存方法。本文介紹的
是地上鋼罐儲存中的常溫壓力球罐的工藝設(shè)計。
1 球罐流程設(shè)計的工藝特點
1)二次脫水工藝的設(shè)計
液化氣儲存采用全壓力式球罐，設(shè)計壓力1．80
MPa。由于液化氣中含有微量的水，因此為脫除液
化氣中帶有的微量水份，設(shè)置一次脫水罐和二次脫
水罐進行二次脫水。一次脫水罐應(yīng)用的是重力原理，
利用水比液化氣的密度大進行脫水；二次脫水罐應(yīng)
用的是閃蒸原理，通過壓力的降低，使殘留在污水
中的液化氣閃蒸進入火炬系統(tǒng)，污水排人下水系統(tǒng)。
2)罐根閥和取樣器的設(shè)計
球罐罐底設(shè)置罐根閥，防止液化氣泄露；液化
氣球罐管道需設(shè)有管道密閉取樣裝置，防止在取樣
時氣體外泄。
3)吹掃系統(tǒng)的設(shè)計
為吹掃管線和罐內(nèi)置換，球罐和管線設(shè)氮氣吹
掃系統(tǒng)。
4)水頂烴工藝的設(shè)計
為減少事故狀態(tài)下液化氣的泄露，采用水頂烴
工藝。即當(dāng)罐底發(fā)生泄漏時，通過泵對球罐罐底進
收稿日期：2014-06-30
作者簡介：劉紫微(1989一)，女，滿族，201 2年畢業(yè)于遼寧石油化Y-~學(xué)，主要從事油氣集輸工作。郵箱：846397591@qq．com。
1896 當(dāng) 代 化 工 2014年9月
行注水，原理是利用水比液化氣重，用水作為墊層，
以減少液化氣的泄露。
5)罐體設(shè)計
(1)球罐下部設(shè)感溫電纜，對高溫及火焰進
行監(jiān)測，高溫報警并遠傳至DCS。
(2)球罐罐體下部設(shè)置約1 m高的伴熱，防
止球罐結(jié)冰凍結(jié)。
液化氣球罐的工藝流程如圖1所示。
圖1 液化氣球罐工藝流程簡圖
Fig．1 LPG Spherical Tank Flow Diagram
2 球罐區(qū)的布置
按照現(xiàn)行GB50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計
防火規(guī)范》規(guī)定，全壓力式或半冷凍式球罐(有事
故排放至火炬措施的情況下)，球罐與球罐之間的防
火間距為0．5D(球罐直徑)，液化烴全壓力式或半
冷凍式儲罐組宜設(shè)不高于0．6 m的防火堤(一般就
取0．6 m)，防火堤不能設(shè)置過高的目的是使少量積
聚的液化氣便于擴散。防火堤內(nèi)堤腳線距儲罐不應(yīng)
小于3 m，堤內(nèi)應(yīng)采用現(xiàn)澆混凝土地面，在內(nèi)部做
防火處理并應(yīng)坡向外側(cè)，防火堤內(nèi)的隔堤不宜高于
0-3 m。液化烴球罐的防火堤只有高度和罐與罐之間
的問距限制，對防火堤內(nèi)的容積沒有要求，因為液化
烴泄漏后會很快氣化，因此無需對防火堤內(nèi)的有效
容積進行核算。
液化烴罐組設(shè)置防火堤的目的是：①作為限界
防止無關(guān)人員進入罐組；②防火堤較低，對少量泄
漏的液化烴氣體便于擴散；③一旦泄漏量較多，堤
內(nèi)必有部分液化烴積聚，可由堤內(nèi)設(shè)置的可燃氣體
濃度報警器報警，有利于及時發(fā)現(xiàn)，及時處理。④
其豎向布置坡向外側(cè)是為了防止泄漏的液化烴在儲
罐附近滯留。管道穿堤的開洞處采用不燃燒材料嚴
密封閉，以防事故狀態(tài)下可燃液體液體到處流散Ⅲ。
3 罐頂安全閥工藝計算
3．1 液化氣球罐工作壓力的確定
常溫儲存液化石油氣壓力容器規(guī)定溫度下的
工作壓力，按照不低于50℃時混合液化石油氣組
分的實際飽和蒸氣壓來確定，設(shè)計單位應(yīng)當(dāng)在圖樣
上注明限定的組分和對應(yīng)的壓力；在有明確組分的
情況下，此時的工作壓力P m=ΣP’ 來確定。若
無實際組分數(shù)據(jù)或者不做組分分析，其規(guī)定溫度下
的工作壓力不得低于《同定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)
察規(guī)程》(2009年版)中3．9-3的規(guī)定 0。
對比舊版《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(1999
版的)：第34條規(guī)定：“固定式液化石油氣儲罐的設(shè)
計壓力應(yīng)按不低于5O℃時混合液化石油氣組份的
實際飽和蒸氣壓來確定，設(shè)計單位應(yīng)在圖樣上注明
限定的組分和對應(yīng)的壓力。液化石油氣是以丙烷或
丁烷為主要成份的多組分有機混合物?！卑l(fā)現(xiàn)新舊容
規(guī)的區(qū)別在于新容規(guī)規(guī)定的是液化氣球罐的工作壓
力，而舊容規(guī)規(guī)定的則是液化氣球罐的設(shè)計壓力。
3-2 安全閥泄放量及噴嘴面積的計算p。
對于壓力容器，安全閥的設(shè)置至關(guān)重要，并且
安全閥的壓力設(shè)定需要通過計算得到。安全閥的起
跳屬于事故狀況，因此壓力設(shè)置不宜過低，但若起
跳壓力設(shè)置過高，則起不到對容器的保護作用。安
全閥的計算包括安全閥泄放量的計算和安全閥噴嘴
面積的計算，通過計算得到的噴嘴面積可以選擇合
適規(guī)格的安全閥。本文以l 000 m 和2 000 m 球罐
罐頂安全閥的設(shè)計進行詳細的計算過程說明，將理
論計算與實際的設(shè)計參數(shù)相結(jié)合，并將得到的計算
結(jié)果應(yīng)用于安全閥的選型中。
3．2．1 球罐安全泄放量計算
液化氣球罐泄放量按火災(zāi)情況下進行計算。根
據(jù)《固定式壓力容器》GB150，液化氣球罐安全泄
放量計算公式如下：
：
g
式中： 一氣體的最大泄放量，kg／h~
一系數(shù)，容器在地面上時，取 l；容器設(shè)置在大于10 L／(m。-min)
噴淋設(shè)施下時，取F=0．6。
r __容器的受熱面積，m ；按下列公式計算(Do．外徑，m)：對
于球形容器 =：1 ．Do 或從地平面起到7．5 m 高度以下所
包括的外表面積，取二者中的較大值；受熱面積A 的取值見
表1
表1 球罐受熱面積
Table 1 The Spherical Tank Heating Area
可以發(fā)現(xiàn)只要球罐的中心安裝高度大于7．5 m，
容器的受熱面積就應(yīng)按半球的面積進行計算。
g一在泄放壓力下液體的蒸發(fā)潛熱，kJ／kg。
第43卷第9期 劉紫徽，等：液化氣球罐工藝設(shè)計及安全閥計算 1897
通過計算得到液化氣球罐的泄放量見表2。 計算安全閥的噴嘴面積，首先要確定計算公式
表2 液化氣球罐泄放量計算結(jié)果
Table 2 LPG Spherical Tank Discharge Calculation Results
3．1．2 安全閥噴嘴面積計算
根據(jù)《石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計手冊》，
安全閥的噴嘴面積由下式確定。
一 0．1XGv fz百n
式中： 一噴嘴面積，cm ；
G一氣體的最大泄放量，kg，}l；
一流量系數(shù)．與安全閥結(jié)構(gòu)有關(guān)，全啟式 =0．6～0．7：
只 一最高泄放壓力，MPa(A)；
一進明處的介質(zhì)溫度，K；查閱《石油化 r=設(shè)計手冊》并結(jié)合
內(nèi)差法求得：液化氣在泄放壓力2．224 MPa(A)下對應(yīng)的溫
度為6l (334．15K)。
氣體在只．時的壓縮系數(shù)；
( 氣體特．眭系數(shù)，僅與氣體的絕熱系數(shù)有關(guān)，計算公式為：
r—— — —— —— — 『_
c ：387 ／ f— 一] ( 值也可通過查表得到。)
托一背壓校正系數(shù)；對于普通型安全閥，隨著背壓值的增大，安
全閥的理論泄放量將隨之減少。普通型安全閥的背壓值一般要求
小于0．1的安全閥的定壓，在此條件下， 取值為1。
中各個參數(shù)的取值。泄放量通過前面的計算已經(jīng)得
到，下面主要對最大泄放壓力的取值作詳細說明。
(1)安全閥整定壓力 0
F}1《固定式壓力容器》GB150：可根據(jù)容器的工
作壓力只確定安全閥的整定 ，一般取
Pz (1．O5～1．1)Pw
對主要成分為丙烷的液化氣球罐的工作壓力為
50℃丙烷的飽和蒸汽壓1．61 MPa(G)，因此安全閥
的整定壓力 =1．70a～1．77 MPa(G)，取安全閥的整
定壓力為1．77 MPa。
(2)積聚壓力
無火壓力容器上的安全閥 =0．1 ；
著火有爆炸危險容器上的安全閥P 0．2 ；
蒸汽鍋爐上的安全閥只=0．03 ；
(3)最高泄放壓力
= + =1．2 X 1．87=2．224 MPa(A)
以上是晟高泄放壓力 取值的計算過程，將各
個數(shù)值帶入到公式中便可得到安全閥的噴嘴面積。
安全閥噴嘴面積的計算結(jié)果見表3。
表3 安全閥噴嘴面積計算結(jié)果
Table 3 Calculation Results Of Safety Valve Nozzle Area
根據(jù)《石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計手冊》
第三篇一閥門，石油化工裝置一般均選用彈簧全啟
式安全閥。
3．3 結(jié)論分析
根據(jù)計算的結(jié)果，克石化球罐區(qū)1 000 m 和
2000 in 液化氣球罐選用全啟示安全閥，l 000 m 球
罐安全閥人口管道直徑為DN150，出口管道直徑為
DN175，2 000 m 球罐安全閥入口管道直徑為DN200，
出口管道直徑為DN250。工藝計算對設(shè)計中閥門和
設(shè)備的選型具有重要意義。
4 結(jié)束語
液化氣作為一種易揮發(fā)介質(zhì)，其儲存和輸送都
有其特殊要求，除了對液化氣球罐設(shè)計的工藝特點、
罐區(qū)布置和罐頂安全閥設(shè)計等方面的介紹以外，液
化氣球罐還應(yīng)設(shè)計液位計、壓力表以及高低液位報
警和高高液位自動連鎖切斷進料措施等 。此外，
液化氣在輸送過程中對泵的選擇也是有要求的。液
化氣泵通常要選用筒袋泵或屏蔽泵。一是要防止泵
進口出現(xiàn)氣蝕；二是要防止液化氣的泄露兩個因素。
總之，一切設(shè)計理念都是本著以生產(chǎn)運行中的安全
可靠為首要原則。
參考文獻：
[1] GB50160—2008石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范【S】．
[2] TSGR0004—2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[s】．
[3]張德姜，王懷義，劉紹葉．石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計手冊：第
1篇設(shè)計與計算fM1．北京：中國石化出版社，2009．
[4] GB150—201 1壓力容器[s】．
[5] SH／T3007—2007石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范【s1．

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