液化石油气储运中压力容器的结构、特性及使用

2023-01-08

0 引言

液化石油气是一种污染小、资源储备丰富、价格比较低的能源, 随着社会经济的飞速发展, 以及环保要求的不断提高, 液化石油气越来越受人们的欢迎, 在日常生活中应用也越来越广泛。

1 压力容器的结构及特性

1.1 压力容器的结构

压力容器的主体结构比较简单, 因为它的作用就是盛装有压力的气体或液化气体, 或是为这些介质提供传热、传质或化学反应的空间。压力容器最常用的结构形式是球形和圆筒形。压力容器主要由筒体、接管、端盖、手孔、法兰、支座等几部分组成, 其中筒体是压力容器最重要的组成部分;压力容器在生产或正常运行过程中, 为确保安全, 经常会在筒体或端盖上安装接管, 也可以开一个小孔, 从而为安全附件的安装及介质的进出提供方便;根据端盖的几何形状, 可以将端盖分为平盖、无折边锥形、有折边锥形、椭圆形、球形、蝶形等几种, 在移动压力容器中, 椭圆形端盖和球形端盖的应用比较广泛;一般情况下, 手孔可以分为椭圆形和圆形两种, 手孔的位置要根据整个压力容器的结构及介质确定, 主要作用是定期检查维修容器;在压力容器和管道接连中, 法兰是十分重要的构件, 能将压力容器密封好, 确保含有压力的气体或液体进入容器中不会泄漏, 根据法兰连接的部位可以分为管道法兰和容器法兰两种;在压力容器中, 支座的主要作用是支撑整个容器的重量, 并将整个容器固定在基础附件上, 支座的结构形式和压力容器的自重、安装方式、其他荷载等密切相关, 一般情况下, 压力容器支座可以分为球形、卧式、立式等几种, 其中球形容器支座可以分为柱式和裙式两种, 卧式容器支座可以分为支撑式和鞍式, 立式容器支座可以分为支撑式、耳式、裙式、腿式等几种。

1.2 压力容器的特性

压力容器简单说就是一种用于装液体或气体, 能够承载一定压力的密封型容器, 和普通的容器 (常压容器) 相比, 压力容器具有以下特点:

(1) 压力容器的内直径超过0.15m, 同时压力容器的容积超过0.025m3, 压力容器的容积和工作压力的乘积超过2.5MPa·L。这里的容积是指压力容器的几何容积, 是根据设计图纸标注尺寸计算出来的。

(2) 压力容器的工作压力超过0.1MPa, 这里的工作压力是指压力容器在正常工作环境下, 压力容器顶部可能达到的最大压力值。

(3) 压力容器盛装的是液体或气体, 并且介质的最高工作温度超过其液体的标准沸点。

2 压力容器的应力分析

压力容器在受到外在荷载作用后, 为达到平衡条件及变形协调条件, 压力容器的各个部件会受到不同程度的应力, 根据这些应力的性质, 可以分为一次应力、二次应力、峰值应力等几种。

2.1 一次应力

一次应力是指压力容器在受到外荷载作用后, 产生的剪应力或者正应力, 对于一次应力, 必须满足力与力矩的平衡方程式, 同时当一次应力大于压力容器材料的屈服极限时, 很容易引起变形, 从而对压力容器造成破坏。

2.2 二次应力

二次应力是指压力容器受到自身部件或相邻部件的约束从而产生的剪应力或正应力, 对于二次应力必须满足变形协调条件。二次应力具有明显的自限性, 也就是当压力容器局部范围的材料发生的变形量或屈服比较小时, 相邻部分的相互约束会有一定的缓和余地, 这样局部变形会趋于协调, 不会持续发展下去, 这时二次应力会自动限制在一定的范围, 因此, 只需要保证此时的二次应力和其他应力相叠加后, 没有超过相关规定值, 就可以保证压力容器不受破坏。

2.3 峰值应力

峰值应力是指压力容器局部结构出现不连续的现象, 或压力容器结构发生突变, 从而引起局部应力集中在一起, 造成局部最高应力值。峰值应力对整个压力容器而言, 不会引起明显的变形现象, 但峰值应力是造成压力容器脆性断裂和疲劳破坏的主要原因。在压力容器中, 受内压圆筒器壁中的环向应力为一次总体薄膜应力;在内压作用下, 端盖产生的压力为弯曲应力;外在机械荷载对压力容器结构产生的薄膜应力为一次局部薄膜应力;由局部热应力和局部不连续产生的应力为峰值应力。

3 液化石油气储运的安全性分析

对于液化石油气体, 只有在低温或高压的条件下, 才能保持液态, 这就导致压力容器在储运液化石油气时, 面临的安全问题更加严峻。液化石油气体是由甲烷、丙烯、丁烷、丁烯等组成的混合物, 在常温下呈现气态, 当温度降低或压力升高后, 就会转换成液态。由于气态的液化石油气比空气要重, 当压力容器发生泄漏现象后, 液态的液化石油气会转变为气态, 并且会集聚在沟槽、低洼处, 加上液化石油气的爆炸下限很低, 与空气混合后, 很容易形成爆炸气体, 在化学作用、碰撞、光热等因素的作用下, 就会发生爆炸、火灾、人员中毒等事故。同时, 在实际工作中, 由于介质、压力、温度等操作条件不同, 压力容器会发生应力腐蚀、全面腐蚀、缝隙腐蚀等不同程度的腐蚀, 从而对压力容器的正常使用造成极大的影响。另外金属腐蚀还会引起压力容器失效、造成爆炸、中毒等事故, 因此, 采用压力容器储运液化石油气时, 要特别注意安全性控制。

4 液化石油气储运应用压力容器的注意事项

通过对压力容器的结构、特性、应力情况、安全性进行分析, 采用压力容器进行液化石油气进行储运时要注意以下事项:

4.1 加大对压力容器的管理力度。

采用压力容器储运液化石油气时, 首先要做好对压力容器的安全管理工作, 只有这样才能为社会输送安全、可靠、稳定的液化石油气。压力容器安全管理人员要严格按照国家及相关部门对压力容器的安全规定, 对压力容器进行安全性检查, 确保压力容器的安全性符合相关规定。对于安全等级为一级、二级的压力容器, 可以每隔6年全面检查一次;对于安全等级为三级的压力容器, 至少要每隔3年全面检查一次;对于容易受腐蚀的压力容器, 要做好防腐工作。

4.2 加大对重点压力容器的监控力度。

由于储运液化石油气的压力容器具有承压、严格密封、介质复杂等特点, 在使用过程中, 很容易出现故障、火灾等现象, 从而对社会的稳定发展和人民群众的生命财产安全造成极大的危害, 因此, 在日常工作中, 管理人员要加大对重点压力容器的监控力度, 确保压力容器在储运液化石油气时, 不会出现意外, 确保液化石油气的安全储运。