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瓶组气化液相LPG钢瓶运行中的安全问题

1 概述
    液相液化石油气钢瓶供气模式为液相液化石油气自钢瓶通过胶管进入集气管，而后进入气化器进行强制气化后成为气相液化石油气，再通过管道供给用户使用。供气模式见图1。

    我国目前同意生产销售的液化石油气钢瓶主要规格有50、15、10、5、2kg，相应容积分别为118.0、35.5、23.5、12.0、4.7L。GB 5842—2005《液化石油气钢瓶》中规定，钢瓶制定压力为2.1MPa，使用压力一般低于1.6MPa，使用温度范围为-40～60℃。上述钢瓶多数是采纳气相供气方式。近年来随着我国燃气普及率的提升，出现了液化石油气小区供气。液化石油气小区供气方式是将液相液化石油气气化成为气相液化石油气后供给用户使用，气化站内主要使用液相液化石油气钢瓶。液相液化石油气钢瓶就是在气相液化石油气钢瓶角阀至瓶底加装一根液相导管，此类钢瓶通常以50kg规格居多。

2 两个容易被忽视的安全问题
    ① 过量充装
    一般的液化石油气钢瓶充装的是我国生产的液化石油气，是主要组分为丙烷、丙烯、丁烷、丁烯的混合物，还有少量的乙烷、C5和其他杂质存在。GB 11174—1997《液化石油气》规定的液化石油气组分同意上述各种组分存在，但严格规定了几种组分的体积分数，其中丙烷体积分数不能大于60%。规定此比例的主要原因是丙烷超过规定量，液化石油气在规定的使用温度下压力有可能超过2.1MPa，从而影响钢瓶的安全使用。纯丙烷60℃时的饱和蒸气压为2.2MPa，GB 11174—1997《液化石油气》中规定液化石油气60℃时的饱和蒸气压为2.1MPa。而实际上液化石油气远远没有这么高的压力。在我国北方地区，由于冬季气温较低，在采纳纯液化石油气管道供气时，就要合计所供应气相液化石油气的露点问题。GB 50028—2006《城镇燃气制定规范》规定，管道燃气供气在制定供气压力下，燃气的露点应比供气的环境温度低5℃，其原因是防止所供应的燃气结露发生事故。鉴于此状况，北方地区冬季供气时就需供应饱和蒸气压高一些的液化石油气，这样就有可能使得液化石油气组分中的丙烷或丙烯比例超出标准规定的范围。由于以质量为参数来控制充装过程，易造成过量充装。
    ② 钢瓶屈服变形膨胀
液相导管是液相液化石油气钢瓶和气相液化石油气钢瓶的唯一区别，标准对液相液化石油气钢瓶液相导管无相应规定。在实际液相液化石油气钢瓶制造或检测过程中，往往忽视了液相导管的材质和安装质量，从而导致钢瓶在使用过程中出现导管破裂、导管同角阀的连接部位不严密等现象。

存在上述缺陷的液相液化石油气钢瓶在运行过程中非常可能导致一种非常不容易被意识到的安全问题。由图2可见，当液相导管在液化石油气气相空间区域内破裂或液相导管同角阀的连接密封面不严密时，就会出现如下现象：由于瓶组中每个钢瓶内的液化石油气组成不尽相同，各组分的分压不同，假设此时该液相液化石油气钢瓶气相压力较高，气相气流就会沿导管破裂部位或导管同角阀的不严密封面部位通过角阀、胶管、集气管向气化器方向流动，而钢瓶内部由于气化速度加快便产生急速降温过程，从而造成钢瓶内的液化石油气温度急剧降低，液化石油气的蒸气压也急剧降低，从钢瓶外部可以观察到角阀和瓶体有结露或更严重的结霜现象。由于钢瓶内部的压力降低，导致集气管或其他钢瓶内的液相液化石油气急速流入该钢瓶，致使该钢瓶液化石油气过量充装。此时如果钢瓶被停止使用并且关闭角阀，在环境温度上升时，就可能发生因液化石油气钢瓶过量充装而引发严重的液化石油气钢瓶超压变形，导致爆裂或爆炸事故。
    依据权威专家计算和推断，液化石油气钢瓶100%充满液相液化石油气后，液化石油气温度每升高1℃，钢瓶内液化石油气的压力便会升高3.3MPa，而液化石油气钢瓶瓶体的制定屈服应力在5.5MPa左右，液化石油气钢瓶的爆破压力为7～10MPa。也就是说，液化石油气钢瓶内的液化石油气随环境温度升高2℃左右就会出现液化石油气钢瓶瓶体屈服变形膨胀状况，升高3℃左右就会致使液化石油气钢瓶瓶体破裂。液化石油气钢瓶破坏性水压试验也证实了液化石油气钢瓶屈服变形膨胀和爆破压力在上述范围。
天津市液化气有限责任公司在采纳液相液化石油气钢瓶瓶组强制气化方式供气时，曾发现各别液化石油气钢瓶在运行一段时间后，其瓶内液化石油气重量反而增加，又发现此类液化石油气钢瓶有结霜现象和液相导管破裂现象；后来又发生了一只运行的液化石油气钢瓶在角阀关闭后出现瓶体屈服变形膨胀现象。经技术人员综合分析，推断为上述演变过程。液相液化石油气钢瓶出现这一安全隐患现象是一个多环节的演变过程，虽然各环节偶然性较强，发生的概率较低，但是事故的灾害性不可低估，并且事故技术分析中往往不能关注到此细节，从而导致事故责任分析错误，产生更为不良的后果。
3 建议
在制定气化站集气管时，在每只液化石油气钢瓶出气口和集气管连接处加装单向阀以保证安全，液相液化石油气钢瓶的液相导管应选用材质较好的管材，导管同角阀连接的密封面要严密并牢固。