淺析液化石油氣儲站重要危險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的特種設備，必須要注意一些影響其安全的危險因素，掌握儲罐的損傷模式，及損傷機理，對我們預防事故的發生提供了有力的保障。

關鍵詞 ：液化石油氣儲罐 失效模式 H2S應力腐蝕

液化石油氣作為一種高燃燒值的能源氣體，被廣泛的用于工業和生活，在給人們生活帶來便捷的同時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。本文針對本地區內多數液化石油氣站的現狀指出了幾個在使用、檢驗中需要注意的影響安全的危險性因素，并根據GB/T 30579-2014《承壓設備損傷模式識別》[1]對液化石油氣儲罐的損傷模式和損傷機理進行了分析，針對損傷模式提出了預防措施和檢驗中需要著重注意的地方。

影響液化石油氣儲罐安全的危險性因素

液化石油氣儲罐（本文中全部指臥式儲罐）的火災和爆炸事故多是由泄漏造成的，必須采取適當的方法阻止事故的發生，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鍵部位，也是最薄弱環節，與罐體直通，中間沒有任何閥門控制，一旦出現問題可認為儲罐本體出現裂縫，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，壓縮機之前沒有裝設氣液分離器，且氣相管絕大多數未加保溫設施而直接暴露在大氣中，當壓縮機的功率比較大或者是天氣比較寒冷時，氣相管中被液化的液化石油氣將隨著氣流進入壓縮機，經常導致液化石油氣壓縮機自動強制性停機，嚴重時導致壓縮機損壞，嚴重影響安全生產。

液化石油氣站的管道與管道支架接觸的位置易出現銹蝕，許多液化氣站的操作人員為了方便經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生銹蝕。在檢驗時這個位置不易被發現，且不易測量腐蝕程度。因此在安裝時最好加設一層墊物使之分開，同時在日常維護與定期檢驗時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《城鎮燃氣設計規范》的規定[2]應該高出儲罐操作平臺2m以上，目的是為了氣體排放時防止操作人員受到傷害。有的站上放散管會加設90？彎頭，這樣安全閥起跳時氣體排放受阻，不能發揮全部的作用，且會產生反力有可能會對閥體內部的零部件產生損害。根據較好的經驗，應使管口垂直向上，但此時應加設輕質管帽，以防止雨水進入腐蝕閥體，以及雜物的進入堵塞閥體，使安全閥失效或損壞。

根據《城鎮燃氣設計規范》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小于0.25MPa，多數液化氣站采用環形的管道上鉆孔開洞方式，最開始安裝時水的霧化效果及供水強度可以滿足要求，但經過一段時間的使用產生的腐蝕，使水霧的錐底圓的半徑和水霧強度都會受到影響，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計允許充裝質量的要求操作，就可能引起壓力過大發生事故。

液化石油氣儲罐的損傷模式以及應對方法

H2S應力腐蝕開裂產生機理及產生條件

對于承壓類特種設備來說，裂紋是危害性最大的缺陷，而對于重大危險源和重要特種設備的液化石油氣儲罐， H2S應力腐蝕又是產生裂紋的主要原因，在新的GB/T30579《承壓設備損傷模式識別》中，H2S應力腐蝕開裂屬于環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生的原子氫吸附，在高應力區（焊縫和熱影響區）聚集造成的一種開裂。

反應機理為：

H2S在水中發生水解反應：H2S→H++HS→H++S2-

水解后與液化石油氣儲罐內壁發生反應：

陽極反應：Fe→Fe2+S+2e

Fe2++S2-→FeS

陰極反應：2H++2e→2H→H2

硫化氫應力腐蝕開裂發生的必要條件有三個：敏感金屬，特定的介質環境，處于拉應力狀態下。

1. 敏感金屬。硫化物應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. 特定的介質環境。首先，H2S在沒有水的時候對于儲罐的腐蝕是很輕微的，但有水存在的時候會與Fe反應生成FeS與H2，從而產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，硫化物應力腐蝕開裂通常發生在82℃以下，且工作溫度在20℃-60℃下硫化氫應力腐蝕最敏感，而一般使用的液化石油氣儲罐大多數在此溫度，同時溫度的升高也會加速硫化氫腐蝕的速率。

3. 存在高的拉應力區。在制造時產生的殘余應力，強力組裝造成的應力集中，錯邊量較大，或者在截面突變處，以及使用過程中產生的壓力等等。比如：丁字口焊縫處，儲罐筒體與封頭連接處。

預防液化石油氣儲罐產生裂紋的措施：

（1）在制造時應嚴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，如錯變量與咬邊量等是否超標。焊接時應注意焊前預熱和焊后熱處理，以降低焊接接頭處的殘余應力。硫化氫應力腐蝕開裂與硬度相關，應控制焊縫和熱影響區的硬度不超過HB200。焊后熱處理可以有效地降低焊縫發生硫化物應力腐蝕開裂的可能性。

（2）使用單位應做好日常的維護工作，經常排放殘留在儲罐底部的硫化氫和水，液位計的排液管也應排干凈，為避免溫度升高從而加速硫化氫應力腐蝕裂紋的產生和擴展，應加設遮陽棚以避免日光的強烈照射，選擇優良的防腐涂料對罐體內部做好防護層，避免硫化氫的腐蝕。

（3）按照設計的圖樣上的規定，嚴格控制硫化氫及氫的含量，同時結合有關標準的規定，如層析法規定，硫化氫含量不大于10mg/m3[3]。

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

依據液化氣儲罐失效模式，結合本地區液化氣站存在的一些問題，指出了在使用及檢驗中應該注意的地方，從而更有效地保證液化石油氣儲罐的安全運行，減少事故的發生。

參考文獻：

[1]GB/T30579-2014，承壓設備損傷模式識別[S].

[2]GB 50028-2006，城鎮燃氣設計規范[S].

[3]GB11174-2011，液化石油氣[S].