第３０巷第９期 吉 林 化 工 学 院 学 报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＪＩＬＩＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖ０ｌ＿３Ｏ Ｎｏ．９ Ｓｅｐ． ２０１３ ２０１３年９月 文章编号：１００７—２８５３（２０１３）０９－００６０－０４ ２Ｏ ｍ３液化石油气储罐风险评估报告设计 甘树坤 ，王剑辉 ，吕雪飞 （１吉林化工学院汽车工程学院，吉林吉林１３２０２２；２．吉林石化公司丙烯腈厂，吉林吉林１３２０２１；３．吉林化工学院 机电工程学院，吉林吉林１３２０２２） 摘要：通过对液化石油气储罐的设计与分析，对其风险评估报告的设计进行了研究与探讨，对于相关压 力容器的没计制造与检验工作具有一定的借鉴价值． 关键词：液化石油气储罐；压力容器；风险评估 文献标志码：Ａ 中图分类号：Ｅ ９７２ 由于压力容器工作状态下存在较高的压力具 有一定的爆炸性，还可能造成介质外泄等危害，将 不同程度地威胁人身安全与环境，甚至重大灾害， 表１原始数据 因此在相关行业中压力容器的设计与应用都存在 一定的风险，怎样解决压力容器的设计与使用风 险，并将其限制到最低限，成为所有压力容器研究 及应用领域普遍关注的重点问题． 由于压力容器出现事故的主要原因是受压元 件的失效，要保证容器的本质安全就必须结合安 全法规和技术标准的要求、设计者的工程经验、对 损伤模式和失效模式¨ 的了解以及设备的重要 程度等进行失效模式的设计，保证设计的可靠性． 在２００９版新容规《固定式压力容器安全技术监察 原始设计条件介质为液化石油气，且５０ ｑＣ饱 和蒸气压大于１．６２ ＭＰａ，所以依照《固定式压力 容器安全技术监察规程》中的规定，而且由于储 罐上设有安全阀，设计压力应为１．０５～１．１倍的 规程＞＞ＴＳＧ Ｒ０００４。２００９的通用要求中明确规定了 在压力容器，特别是对于第Ⅲ类压力容器，设计时 必须出具包含主要失效模式及风险控制等相关内 容的风险评估报告．本文通过对设计的一种液化 最高工作压力 ，最终，设计压力定为２．１６ ＭＰａ． 本设计研究的液化石油气储罐属于ＩＩＩ类压 力容器，主体材料选择Ｑ３４５Ｒ（热轧）１６ＭｎⅡ． 石油气储罐的分析研究，对其风险评估报告的设 计进行了探讨． ２风险评估报告的作用 １ 液化石油气储罐工艺设计 一种全新的有效的设计理念应该是在压力容 根据表１已给出的相关参数，以及《固定式 器的设计过程中必须对压力容器的风险控制进行 压力容器安全技术监察规程》中的规定，固定式 液化石油气储罐的设计压力按不低于５０℃时混 合液化石油气组分的实际饱和蒸汽压确定，因此 确定５０℃作为其设计温度． 收稿日期：２０１３－０７－０５ 全面的考虑，并要根据可能出现的失效模式，采取 相应的有效防护措施，以保障设备安全使用． 由于压力容器在投入使用前主要的失效模式 是试压过程中的破裂和安装过程中的倾覆，使用 作者简介：甘树坤（１９７３．），男，吉林德惠人，吉林化工学院副教授，硕士，主要从事能源与动力装备等方面的研究 通信作者：吕雪飞，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｘｆｌｘｆｌｘｆ＿７５＠１６３．ｅｏｍ 第９期 甘树坤，等：２０ Ｉｎ 液化石油气储罐风险评估报告设计 ６１ 风险很小；而在使用过程中风险程度最大、失效模 式最复杂，因此设计者为用户提供容器失效模式 的相关信息极为重要，因此在设计阶段进行风险 急预案；最后可以提供足够的相关信息，以保证容 器的使用安全 ． 评估是非常必要的，其主要目的在于以下几个方 面，首先可以在全面分析压力容器制造和应用过 程当中可能出现的失效模式，提出相应防止失效 ３风险评估报告的设计 通过分析设计阶段可能出现的失效模式，在 的方法和措施，以保证其使用安全；其次是按风险 工程理论，系统地评价风险水平，通过采取必要的 措施，将风险控制在可接受的范围；再次可以告知 最终用户该容器可能出现的破坏形式，及当发生 破坏时应采取的相应措施，以便于制定合适的应 寿命周期内可能出现的其他危害 ，通过危害识 别、风险评价和风险控制来保证设计的可靠 性 ．本文对设计的液化石油气储罐进行了风险 评估报告的设计，具体形式如下． 表２ 固定式压力容器（液化石油气储罐）风险评估报告 容器名称 图号 品种 ２０ ｍ 液化石油气储罐 ＲＤ１３－０１０１－０１ 储罐 基本设计参数 单层２．１６ 容器类别 结构型式 Ⅲ 卧式 设计压力（ＭＰａ） 设计温度（ｏＣ） 单层５０ 介质的名称及所含组分 液化石油气（ＬＰＧ）丙烷和丁烷等 介质的特性 有毒、易燃、易爆 工作压力（ＭＰａ） 介质装量（ ） 单层１．９６ ７ ５９７ 主要材料 外载荷 工作温度℃ １６Ｍｎ １１、Ｑ３４５Ｒ（热轧） 地震载荷、自重 单层一１０～４５ 主要工况与操作条件 其他条件：安全阀 设计条件下工况可能出现的危害 主要可能发生的危害 ａ．下爆炸；ｂ．泄漏；ｃ．破损；ｄ．变形 损伤的模式及预防的措施 机械损伤 变形 损伤的表象与形态 ａ．由于超装及失圆超标等原因导致储罐应力分布不均，从而引起局部过度变形使壳体减薄； ｂ．由于仪表、法兰等接头所产生的变形，从而导致的密封失效与泄漏． Ｃ．由于接管等与壳体的连接，造成局部应力集中过大，以及介质腐蚀引起的断裂； 该损伤模式的主要材料 主要为低合金钢及碳钢，其中标准值为ＲｅＬ＞３５５Ｍｐａ，而实测值为Ｒｍ＞６３０ ＭＰａ 影响损伤的关键因素 ａ．由于超装使得气相空间减少，使温升压力下急剧膨胀．ｂ．制造与组装未按规定进行； ｃ．密封及法兰型式选用不合理；ｄ．接管等与壳体连接结构设计不合理； ｅ．存在较大焊缝缺陷；ｆ．介质接触面焊缝ＨＢ＞１８５； 预防该损伤的建议与措施 ａ．合理选择设计制造工艺；ｂ．选择实测值Ｒｍ￣＜６３０ ＭＰａ的低合金钢及碳钢；Ｃ．选择合理的 密封及法兰型式，且要保证形状尺寸加工符合要求；ｄ．选择合理的设计计算方法，合理选用 鞍座结构、接管结构设计补强等以控制局部应力集中的危害；ｅ．对焊缝应进行焊接工艺评 定，按规定检验检测；ｆ．按规定进行消除应力热处理；ｇ．进行气密性及泄漏试验． 腐蚀减薄 损伤的表象与形态 全面腐蚀（均匀腐蚀）：大气腐蚀 由于化学或电化学反应使暴露的外表面大部分面积受到均匀腐蚀，导致壳壁减薄，从而使强 度降低而报废． 该损伤模式的主要材料 本储罐壳体材料 影响损伤的关键因素 由于设备暴露在大气中而造成的氧化腐蚀 腐蚀减薄 点腐蚀（坑蚀）：缝隙腐蚀 损伤的表象与形态 由于金属表面存在异物和结构原因而形成缝隙，使缝内溶液与腐蚀有关的物质迁移困难，从 而引起的缝隙内金属的腐蚀，造成法兰面泄漏． 该损伤模式的主要材料 本储罐壳体材料 影响损伤的关键因素 圭墨星 堡童堡 几何形状，壳体上存在的缝隙的宽度和深度以及缝隙的内外面积比等 ６２ 吉林化工学院学报 ２０１３年 预防该损伤的建议与措施ａ．在设计过程中应尽量避免出现有尖角部位或缝隙，防止碎屑堆积； ｂ．焊缝应进行无损检测，开口型缺陷不应在表面和近表面处出现； Ｃ．应使储罐的排污口处于最低位置． ｄ．储罐非工作期间或无介质充装时，应进行内部清理． 环境开裂 硫化物应力腐蚀开裂、鼓包 损伤的表象与形态 ａ．腐蚀机理：由于介质中含高浓度硫化氢、水分和焊接过程中产生氢，硫化氢遇水发生电离： 由离 Ｈ２ｓ Ｈｓ一＋Ｈ ，Ｈｓ一＋Ｆｅ—ＦｅＳ＋Ｈ ＋２ｅ一，２Ｈ ＋２ｅ一一２［ ］．氢原子渗透到钢 中，在空穴和夹杂物处聚集，随着富集会产生巨大的氢压，导致钢材发生分层与鼓包．随着硫 化氢浓度增加，氢压越来越大，超过临界应力，最终导致发生硫化物的应力腐蚀开裂． ｂ．主要表象与形态包括：（Ｉ）．观察焊缝表面和射线底片内表面裂纹缺陷主要分布于环焊缝； （ＩＩ）．内表面肉眼可见鼓包存在；（ＩＩＩ）．金相分析，裂纹属沿晶、穿晶混合型断裂． 该损伤模式的主要材料 主要为低合金钢及碳钢，其中标准值为ＲｅＬ＞３５５ ＭＰａ，而实测值为Ｒｍ＞６３０ ＭＰａ 影响损伤的关键因素 ａ．ＬＰＧ的总硫及硫化氢含量．ｂ．在充装、排料和检修过程中，容易受空气杂质污染，而大气中 的水分能促进应力腐蚀；Ｃ．材料实测Ｒｍ＞６３０ＭＰａ时能促进应力腐蚀加剧． 预防该损伤的建议与措施ａ．材料选用应符合ＧＢ１５０及相关材料标准的规定；ｂ．为避免应力集中应合理设计焊接接头 型式、接管内伸应倒圆等结构；ｃ．为大幅度提高抗应力腐蚀的能力，就在炉内进行整体消除 应力热处理及焊缝部位的局部热处理以消除焊接残余应力；ｄ．对于易产生应力腐蚀的焊缝 附近采用喷丸处理喷丸处理；ｅ．隔绝腐蚀环境，如在储罐内表面喷涂铝层后刷富锌涂料等 方法；ｆ．阴极保护法． 载荷和安全系数： 任设计过程中应该主要考虑压力、温度、自重和地震载荷等，其中安全系数应按“新容规”ＴＳＧ Ｒ０００４—２００９选取． 介质的性质 本产品易燃、易爆、受热易膨胀、易产生静电、能引起中毒窒息、一旦泄露，便急剧气化，周围环境温度急剧降低， 与空气混合后，一旦遇到火种，甚至是石头与金属撞击或摩擦的静电火花，都能迅速引起燃烧，爆炸范围宽且爆炸下 限低，泄漏后很容易爆炸．因此，对以下情形应采取相应措施： 发生少量泄漏 处置 操作人员按先期已制定的堵漏工艺及安全操作规程进行力所能及的处置，并立即通知单 措施 位管理、维修及应急抢险人员到场．可用排风机将漏出气体排至空旷处或者通过喷嘴烧 掉，并及时切断火源． 发生大量泄漏和涌出 处理人员应佩戴氧气等呼吸设备，穿戴防护服、眼镜、手套和鞋等 处置措施 先应尽快切断火源，防止烧伤；若事态无法控制，或有迹象表明事态趋向失控时应立即报警，当地政府应急指 挥人员决定是否启动本地区相应的应急预案． ａ．迅速撤离至上风口，隔离，限制出人；ｂ．切断电源；ｃ．争取切断泄漏源．ｄ．为防止有毒气体 处置措施 外泄，应封堵泄漏点附近的下水等通道等地方，并进行合理通风加速扩散，喷雾稀释等． 周边人（人群）安全防护 发生爆炸 人员组织 ａ．按事先制定的管理制度和事故预防预案，严格进行执行和管理； ｂ．对应急救援人员等相关人员进行知识培训，对关键操作人员、维修人员应培训考核合格后上岗 防护设备 ａ．应配备水喷淋装置及水池等表面降温设施；配备堵漏设备及设施；安设石油气浓度报警仪；配备 防毒面具及防护服等；配备接地电阻测试仪；装卸防静电火花措施；安装避雷装置等． ｂ．对于动力源及照明装置等应采取防爆、隔爆措施． ｃ．划分控制区与非控制区，有警示标识或标志，罐区的工艺设计、厂区没讣、储罐及附件、输气管 线、安全阀及放空设备、安全补偿装置、建构筑物、消防给水、排水、灭火器材、防火堤等必须严格符 合标准规定． 制造过程存在的损伤与预防措施 出现碰撞产生撞伤，造成失圆超标等 影响损伤的关键因素 起 吊 预防损伤的主要建议与措施 要求起吊操作人员必须持证上岗，按规程进行操作，起吊前应检查安全及可靠 性，起吊时要保持起吊重心与设备重心一致． 运 影响损伤的关键因素 出现碰撞，产生设备跌落 输 预防损伤的主要建议与措施 设备应该在起吊前固定牢固，尽量不超载，对超高或超宽运输的要采取特殊防护． 检 影响损伤的关键因素 出现漏检或误检、误判 验 预防损伤的主要建议与措施 应该严格制定检验制度、规程和计划，检验人员应持证上岗，按规定进行检验、记录 第９期 安装 影响损伤的等：２０ Ｉ１３ 液化石油气储罐风险评估报告设计 操作 甘树坤，６３ 预 防 损 伤 的 影响损伤的预 防 损 伤 的 由于安装不当，从而引起损伤或其它不利影响 ａ．安装单位必须要有相应资质；ｂ．安装前应制订安装工艺并获审批； ｅ．安装时应使排污口处于最低点；ｄ．使用前应按规定检验、试验和记录． 由于不按规定的工况操作或误操作，以及安全附件失灵造成的不良后果 ａ．组织制定安全管理制度和操作规程；ｂ．操作人员上岗前应培训，并按操作规 程操作；ｅ．为保证安全附件的可靠性和灵敏度，应该经常进行安全检查． 关键因素主 要 建 议 ｔ —一＿， 关键因素主 要 建 议 一 一寸 措 施 使用说明及相关注意事项 略． 措 施 维修中的相关注意事项： 略． 改造中的相关注意事项： 略． 注：由于篇幅所限风险评估报告中部分内容笔者未详细列出，可结合实际工况在相关文献中查阅，在此仅做参考 ６１９－６２４． ４结 论 １』万靖霞．液化石油气储罐的设计［Ｊ］．２０００（１０）：３０— ］｛ ３２． 液化石油气储罐作为一种比较特殊的压力容器，设计 制造过程中质量控制不容忽视，本文在设计阶段参考相关 论文，研究探讨了关于液化石油气储罐的风险评估报告的 设计内容和方法，对于相关压力容器的设计制造与检验工 作具有一定的借鉴价值． 谢铁军，寿比南．《固定式压力容器安全技术监察规 程》释义［Ｍ］．新华出版社，２００９． 苏雄生．液化石油气储罐鼓包原因分析［Ｊ］．２００９ （２０）：７９—８１． 刘伟芳．液化石油气球罐硫化物应力腐蚀开裂分析 及防止对策［Ｊ］．２００７（２１）：４３＿４５． 唐金桃，液化石油气储罐设计中的安全问题［Ｊ］． １９９８（２８）：３３—３５． 参考文献： ［１］ Ｙｏｕ—Ｈｏｎｇ Ｌｉｕ．Ｌｉｍｉｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌｓ ｗｉｔｈ ｎｏｚｚｌｅｓ［Ｊ］．２００４（８）： 钱春，李业勤．压力容器风险评估报告的格式［Ｊ］． ２０１０（１５）：１８—２１． Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｒｉｓｋ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ ２０ ｍ ＬＰＧ Ｔａｎｋ ＧＡＮ Ｓｈｕ—ｋｕｎ ，ＷＡＮＧ Ｊｉａｎ—ｈｕｉ ，ＬＶ Ｘｕｅ．ｆｅｉ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；Ｊｉｌｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｊｉｌｉｎ Ｃｉｔｙ １３２０２２，Ｃｈｉｎａ；２．Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｆａｃｔｏｒｙ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ；Ｊｉｌｉｎ Ｃｉｔｙ １３２０２１，Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；Ｊｉｌｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｊｉｌｉｎ Ｃｉｔｙ １ ３２０２２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｇａｓ ｓｔｏｒａｇｅ ｔａｎｋ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｔｓ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｒｅｐｏｒｔ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＬＰＧ ｔａｎｋ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ；ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｒｅｐｏｒｔ