淺析液化石油氣儲站重要危險(xiǎn)因素及儲罐的失效模式

邱艷　姚金難

摘要 ：液化石油氣儲罐是一種十分重要并且非常危險(xiǎn)的特種設(shè)備，必須要注意一些影響其安全的危險(xiǎn)因素，掌握儲罐的損傷模式，及損傷機(jī)理，對我們預(yù)防事故的發(fā)生提供了有力的保障。

關(guān)鍵詞 ：液化石油氣儲罐 失效模式 H2S應(yīng)力腐蝕

液化石油氣作為一種高燃燒值的能源氣體，被廣泛的用于工業(yè)和生活，在給人們生活帶來便捷的同時(shí)也給人類的安全帶來了威脅。液化石油氣易燃，易爆，爆炸極限低，且爆炸極限濃度范圍寬，在使用中稍不注意就易引起事故。本文針對本地區(qū)內(nèi)多數(shù)液化石油氣站的現(xiàn)狀指出了幾個(gè)在使用、檢驗(yàn)中需要注意的影響安全的危險(xiǎn)性因素，并根據(jù)GB/T 30579-2014《承壓設(shè)備損傷模式識別》[1]對液化石油氣儲罐的損傷模式和損傷機(jī)理進(jìn)行了分析，針對損傷模式提出了預(yù)防措施和檢驗(yàn)中需要著重注意的地方。

影響液化石油氣儲罐安全的危險(xiǎn)性因素

液化石油氣儲罐（本文中全部指臥式儲罐）的火災(zāi)和爆炸事故多是由泄漏造成的，必須采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄗ柚故鹿实陌l(fā)生，儲罐底部短管和第一道閥門連接的法蘭接口處是液化氣儲罐最關(guān)鍵部位，也是最薄弱環(huán)節(jié)，與罐體直通，中間沒有任何閥門控制，一旦出現(xiàn)問題可認(rèn)為儲罐本體出現(xiàn)裂縫，將造成液化石油氣大量泄漏，無法控制。因此短管與閥門連接處應(yīng)采用金屬纏繞墊片，以提高密封性。

目前一些液化石油氣站中，壓縮機(jī)之前沒有裝設(shè)氣液分離器，且氣相管絕大多數(shù)未加保溫設(shè)施而直接暴露在大氣中，當(dāng)壓縮機(jī)的功率比較大或者是天氣比較寒冷時(shí)，氣相管中被液化的液化石油氣將隨著氣流進(jìn)入壓縮機(jī)，經(jīng)常導(dǎo)致液化石油氣壓縮機(jī)自動(dòng)強(qiáng)制性停機(jī)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致壓縮機(jī)損壞，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。

液化石油氣站的管道與管道支架接觸的位置易出現(xiàn)銹蝕，許多液化氣站的操作人員為了方便經(jīng)常會踩踏管道支架的部位，使得接觸部位易受磨損，而管道與管道支架之間并沒隔離層，而雨雪天氣引起的雨水積聚很容易使之產(chǎn)生銹蝕。在檢驗(yàn)時(shí)這個(gè)位置不易被發(fā)現(xiàn)，且不易測量腐蝕程度。因此在安裝時(shí)最好加設(shè)一層墊物使之分開，同時(shí)在日常維護(hù)與定期檢驗(yàn)時(shí)也要注意防止泄漏造成事故。

地上儲罐安全閥放散管管口按照《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定[2]應(yīng)該高出儲罐操作平臺2m以上，目的是為了氣體排放時(shí)防止操作人員受到傷害。有的站上放散管會加設(shè)90？彎頭，這樣安全閥起跳時(shí)氣體排放受阻，不能發(fā)揮全部的作用，且會產(chǎn)生反力有可能會對閥體內(nèi)部的零部件產(chǎn)生損害。根據(jù)較好的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)使管口垂直向上，但此時(shí)應(yīng)加設(shè)輕質(zhì)管帽，以防止雨水進(jìn)入腐蝕閥體，以及雜物的進(jìn)入堵塞閥體，使安全閥失效或損壞。

根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》液化石油氣臥式儲罐固定噴水冷卻裝置宜采用噴淋管，且出口的供水壓力不應(yīng)小于0.25MPa，多數(shù)液化氣站采用環(huán)形的管道上鉆孔開洞方式，最開始安裝時(shí)水的霧化效果及供水強(qiáng)度可以滿足要求，但經(jīng)過一段時(shí)間的使用產(chǎn)生的腐蝕，使水霧的錐底圓的半徑和水霧強(qiáng)度都會受到影響，從而使罐體冷卻效果變差，尤其是在北方夏季晝夜溫差大，且有的使用單位為了追求利益的最大化并未按照液化石油氣儲罐最大設(shè)計(jì)允許充裝質(zhì)量的要求操作，就可能引起壓力過大發(fā)生事故。

液化石油氣儲罐的損傷模式以及應(yīng)對方法

H2S應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生機(jī)理及產(chǎn)生條件

對于承壓類特種設(shè)備來說，裂紋是危害性最大的缺陷，而對于重大危險(xiǎn)源和重要特種設(shè)備的液化石油氣儲罐， H2S應(yīng)力腐蝕又是產(chǎn)生裂紋的主要原因，在新的GB/T30579《承壓設(shè)備損傷模式識別》中，H2S應(yīng)力腐蝕開裂屬于環(huán)境開裂損傷模式中的一種，是指金屬表面硫化物腐蝕過程中產(chǎn)生的原子氫吸附，在高應(yīng)力區(qū)（焊縫和熱影響區(qū)）聚集造成的一種開裂。

反應(yīng)機(jī)理為：

H2S在水中發(fā)生水解反應(yīng)：H2S→H++HS→H++S2-

水解后與液化石油氣儲罐內(nèi)壁發(fā)生反應(yīng)：

陽極反應(yīng)：Fe→Fe2+S+2e

Fe2++S2-→FeS

陰極反應(yīng)：2H++2e→2H→H2

硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂發(fā)生的必要條件有三個(gè)：敏感金屬，特定的介質(zhì)環(huán)境，處于拉應(yīng)力狀態(tài)下。

1. 敏感金屬。硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋的敏感材料為碳鋼和低合金鋼，一般制造液化石油氣儲罐的材料多為Q345R，即屬于敏感材料。

2. 特定的介質(zhì)環(huán)境。首先，H2S在沒有水的時(shí)候?qū)τ趦薜母g是很輕微的，但有水存在的時(shí)候會與Fe反應(yīng)生成FeS與H2，從而產(chǎn)生硫化氫盈利腐蝕開裂，而液化石油氣里不可避免的有少量殘存的水。其次，在其它條件不變的情況下，硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂敏感性隨硫化氫濃度的增大而變大。第三，硫化物應(yīng)力腐蝕開裂通常發(fā)生在82℃以下，且工作溫度在20℃-60℃下硫化氫應(yīng)力腐蝕最敏感，而一般使用的液化石油氣儲罐大多數(shù)在此溫度，同時(shí)溫度的升高也會加速硫化氫腐蝕的速率。

3. 存在高的拉應(yīng)力區(qū)。在制造時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，強(qiáng)力組裝造成的應(yīng)力集中，錯(cuò)邊量較大，或者在截面突變處，以及使用過程中產(chǎn)生的壓力等等。比如：丁字口焊縫處，儲罐筒體與封頭連接處。

預(yù)防液化石油氣儲罐產(chǎn)生裂紋的措施：

（1）在制造時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制儲罐用鋼板的S，P含量（S<0.020%、P<0.030%），做好儲罐的外觀檢測和幾何尺寸檢測等，如錯(cuò)變量與咬邊量等是否超標(biāo)。焊接時(shí)應(yīng)注意焊前預(yù)熱和焊后熱處理，以降低焊接接頭處的殘余應(yīng)力。硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂與硬度相關(guān)，應(yīng)控制焊縫和熱影響區(qū)的硬度不超過HB200。焊后熱處理可以有效地降低焊縫發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的可能性。

（2）使用單位應(yīng)做好日常的維護(hù)工作，經(jīng)常排放殘留在儲罐底部的硫化氫和水，液位計(jì)的排液管也應(yīng)排干凈，為避免溫度升高從而加速硫化氫應(yīng)力腐蝕裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，應(yīng)加設(shè)遮陽棚以避免日光的強(qiáng)烈照射，選擇優(yōu)良的防腐涂料對罐體內(nèi)部做好防護(hù)層，避免硫化氫的腐蝕。

（3）按照設(shè)計(jì)的圖樣上的規(guī)定，嚴(yán)格控制硫化氫及氫的含量，同時(shí)結(jié)合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，如層析法規(guī)定，硫化氫含量不大于10mg/m3[3]。

（4）在對液化石油氣儲罐進(jìn)行開罐檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)著重注意焊接熱影響區(qū)及熔合線附近，儲罐內(nèi)底部液相管、排污閥等與筒體連接的角焊縫位置，宏觀檢查時(shí)注意咬邊和錯(cuò)邊嚴(yán)重的位置，罐體底部短管與第一道閥門連接處的密封性，以及罐體內(nèi)表面機(jī)械損傷，電弧劃傷等部位。

依據(jù)液化氣儲罐失效模式，結(jié)合本地區(qū)液化氣站存在的一些問題，指出了在使用及檢驗(yàn)中應(yīng)該注意的地方，從而更有效地保證液化石油氣儲罐的安全運(yùn)行，減少事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T30579-2014，承壓設(shè)備損傷模式識別[S].

[2]GB 50028-2006，城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB11174-2011，液化石油氣[S].