低温绝热储运容器的储运低压安全泄放设计

低温绝热储运容器的储运低压安全泄放设计

杜春波

中国空分工程有限公司 浙江 杭州 310051

摘要：低压绝热储运容器主要是保存低温液化气体，这种储运方式有储运压力低、安全性高、储运量大的优势。进入新时期之后，国内气体市场发展速度越来越快，国家对低温绝热压力容器的安全技术提出了更多的要求。低温绝热储运容器使用中存在经济性、安全性各方面的问题，针对容器内气液两相的温度、压力、密度的关系，提出储运压力和低压安全泄放装置的设计方案，让设备的设计更合理。

关键词：容器；经济性；安全性

引言

低温绝热储运容器存储的气体种类非常多，有液化天然气、液氧和液氮等，主要是保存气体之后进行气体储运。这种储运气体的方式，有很强的安全性、储运压力低，是新时期气体运输的有效手段。超压泄放是现代化工业生产中的重要问题，容器超压问题如果不能得到及时的解决就会产生爆炸，对企业产生巨大的损失。因此新时期研究超压容器的安全泄放，对国家财产和人民的生命安全有重要的意义。设备容易超压原因很多，超压过程也十分复杂，现阶段该问题仍旧没有得到合理的解决。

1 超压泄放现象

超压泄放是指密闭容器内发生超压现象，容器规定部位就会自动敞开，容器内部不会产生不可承受的高爆炸压力。因此不需要使用抗高压结构，将容器内超压物质排放到大气当中，将压力限制在容器材料强度可承受的范围之内，压力容器泄放是以抗压强度为前提。泄放压力之后容器内的最大压力不能高于容器强度所允许的数值，因此需要设置合理的泄放压力，合理确定泄压面积，能够达到安全泄放的主要目标。

随着气体市场发展越发丰富，低压绝热压力容器安全技术提出更高的要求，根据2009版的《压力容器安全技术监察规程》中，将体积大于等于5立方米的低温存储容器规划为第三类压力容器的安全监察范围。现阶段很多低温绝热储运容器在设计上并没有充分体现出低温液化储运的特征^[1]。通常容器内容器安全泄放装置多安装在内容器的气相管路上，由安全阀、爆破片装置组成，是并联双重安全泄放系统，动作压力大于等于最高工作压力。低温绝热储运容器最高工作压力是取低温液体加注压力，根据设备工艺运用要求，常见的加注压力为0.8MPA、1.6MPA。由最高工作压力确定安全泄放装置可以解决工况的安全泄放问题：首先真空夹层的真空度完全丧失的时候，低温液体极具汽化，泄放大量汽化气体避免出现内罐超压的情况。其次借助外压源或者是汽化器加注的时候，如果加注停止但是增压仍旧继续，要及时泄放增压气体避免出现超压的现象。根据实际情况来看内容器设计只设置最高工作压力来确定安全泄放装置，存在一定的问题^[2]。

2 最高工作压力泄放装置存在问题

1. 没有充分体现容器的低压储运特征，容器绝大部分是在储运工况下工作，技术人员只需要在短时间之内进行加注。目前设计中没有针对储运工况来设置的储运压力，也缺乏对应的安全泄放装置，只是简单使用最高工作压力来作为储运的压力，因此内容器储运过程只是长时间在高压和高应力条件下开展无意义的工作。

2. 容器使用过程中存在充装重量大于设计充装重量的问题，根据当前的规定和标准，液化气体装量系数通常取数0.9，充装重量是设计压力对应温度下的液体密度来确定。在充装液体的时候，多是在标准状态下将标准状态低温液体装到0.9，此时充装重量为设计值为117~138%，超出预设数值^[3]。

3. 忽视液体温升、膨胀、满溢的问题，这些问题均是安全泄放问题。容器储运的时候外界热量缓慢渗透和影响，液体温度会升高，实际体积也不断膨胀。容器接近额定储能量下储存，长时间不排液，低温液体膨胀后装量系数会升高，很容易超过设计值，整个容器内容积全部充满，后续仍旧继续膨胀^[4]。

3 设计分析

根据低温绝热储运容器的运行情况可以看出，低温液体升温，在标准状态下装量系数为0.9，容器低温液体气液平衡，液体在密闭容器中处于标准状态，此时容器的密度、温度、饱和蒸汽压为T、ρ、P，外界内相容器传入热量为Q，此时液体温度升高，密度减小，体积膨胀，装量系数增大，液体表面的分子逸出功降低，此时饱和蒸汽压升高，容器内的气液两相达到相对平衡的状态点。容器内气相空间的饱和蒸汽压由开始的标准状态升高，此时液压为0.32MPA~0.44MPA，液体体积量膨胀到10%，容器内被充满，此时为最高工作压力确定的安全泄放装置没有达到泄放动作^[5]。内容器的液体充满之后，液体膨胀速度急速加快，液体膨胀压力比未满液的时候增大到几十至一百倍，容器内压力不断升高。当液体膨胀压力逐渐达到甚至高于最高工作压力，安全泄放装置实现排液泄放，液体排放之后迅速汽化，安全阀此时会因为低温冻结无法正常开启。如果按照设计压力对应温度下的液体密度来限定充装的重量，充装系数达到0.9，充装的重量只是达到72%~86%，经济成本上升。部分产品注明0.8MPA、1.6MPA的加注压力，但是在设计上并没有设定储运压力以及对应的满溢安全泄放装置，并没有从根本上解决这一难题。低温绝热储运容器的储运工况中液体满溢情况存在，因此并没有从根本上解决实际的问题。

根据满溢安全泄放装置动作压力来看，泄放装置动作压力由设定最大允许膨胀装量系数来确定，通过气液平衡点饱和蒸汽压力参数值来控制液体膨胀限度。根据实际确定最大允许膨胀装量系数为设0.95，此时安全泄放装置的动作压力为0.16MPA，低于0.8MPA、1.6MPA的最高工作压力。因此在原容器双重安全泄放系统基础上增设低压满溢安全泄放装置。实际运用具备以下优势：①解决低温液体满溢问题，同时也解决了实际充装重量、设计充装重量之间的矛盾，让低温绝热储运容器使用过程更安全，使用成本较低。考虑到气液储运的需要，长期在接近额定储量储运、不排液的容器中使用，具备更显著的经济性、效益性。②大幅度降低容器在储运过程中的工作压力，充分发挥设备使用安全、能效高的优点，保证容器储运的安全、合理。③储运过程中，气相压力不断增加，能够减少低压少量排放的汽化气体量，避免高压时段的大面积排放，保证超压气体排放的安全性。容器储运的时候，如储运有一定危害性的气体，如液氧和液氢等介质的排放安全性好^[6]。

满溢装置可以放置在系统的同一气相管路上，设置降压调节阀、微启式安全阀，动作压力远远小于最高工作压力，储运过程中呈现低压排放状态。容器加注时候设置截止阀隔离满溢泄放装置，让其不发挥作用。国外也有类似的低压泄放装置，如 Economizer regulator ，动作压力值多是以开始的装量系数与设定的最大膨胀装量系数来确定。倘若有必要，甚至需要考虑某种介质在周围环境的允许浓度^[7]。

4 结语：

综上，低温绝热储运容器对新时期的气体储运有重要的作用，当前对这个方面的研究较多，对其进行研究和详细设计，对工业气体输运有重要的价值。文章提及的满溢安全泄放装置的设计可以大幅度降低容器储运的压力，提高容器的使用安全，通过对其进行设计，可以提高储运能效，保证容器的经济性。

参考文献：

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