浅析液化石油气储站重要危险因素及储罐的失效模式

邱艳　姚金难

摘要 ：液化石油气储罐是一种十分重要并且非常危险的特种设备，必须要注意一些影响其安全的危险因素，掌握储罐的损伤模式，及损伤机理，对我们预防事故的发生提供了有力的保障。

关键词 ：液化石油气储罐 失效模式 H2S应力腐蚀

液化石油气作为一种高燃烧值的能源气体，被广泛的用于工业和生活，在给人们生活带来便捷的同时也给人类的安全带来了威胁。液化石油气易燃，易爆，爆炸极限低，且爆炸极限浓度范围宽，在使用中稍不注意就易引起事故。本文针对本地区内多数液化石油气站的现状指出了几个在使用、检验中需要注意的影响安全的危险性因素，并根据GB/T 30579-2014《承压设备损伤模式识别》[1]对液化石油气储罐的损伤模式和损伤机理进行了分析，针对损伤模式提出了预防措施和检验中需要着重注意的地方。

影响液化石油气储罐安全的危险性因素

液化石油气储罐（本文中全部指卧式储罐）的火灾和爆炸事故多是由泄漏造成的，必须采取适当的方法阻止事故的发生，储罐底部短管和第一道阀门连接的法兰接口处是液化气储罐最关键部位，也是最薄弱环节，与罐体直通，中间没有任何阀门控制，一旦出现问题可认为储罐本体出现裂缝，将造成液化石油气大量泄漏，无法控制。因此短管与阀门连接处应采用金属缠绕垫片，以提高密封性。

目前一些液化石油气站中，压缩机之前没有装设气液分离器，且气相管绝大多数未加保温设施而直接暴露在大气中，当压缩机的功率比较大或者是天气比较寒冷时，气相管中被液化的液化石油气将随着气流进入压缩机，经常导致液化石油气压缩机自动强制性停机，严重时导致压缩机损坏，严重影响安全生产。

液化石油气站的管道与管道支架接触的位置易出现锈蚀，许多液化气站的操作人员为了方便经常会踩踏管道支架的部位，使得接触部位易受磨损，而管道与管道支架之间并没隔离层，而雨雪天气引起的雨水积聚很容易使之产生锈蚀。在检验时这个位置不易被发现，且不易测量腐蚀程度。因此在安装时最好加设一层垫物使之分开，同时在日常维护与定期检验时也要注意防止泄漏造成事故。

地上储罐安全阀放散管管口按照《城镇燃气设计规范》的规定[2]应该高出储罐操作平台2m以上，目的是为了气体排放时防止操作人员受到伤害。有的站上放散管会加设90？弯头，这样安全阀起跳时气体排放受阻，不能发挥全部的作用，且会产生反力有可能会对阀体内部的零部件产生损害。根据较好的经验，应使管口垂直向上，但此时应加设轻质管帽，以防止雨水进入腐蚀阀体，以及杂物的进入堵塞阀体，使安全阀失效或损坏。

根据《城镇燃气设计规范》液化石油气卧式储罐固定喷水冷却装置宜采用喷淋管，且出口的供水压力不应小于0.25MPa，多数液化气站采用环形的管道上钻孔开洞方式，最开始安装时水的雾化效果及供水强度可以满足要求，但经过一段时间的使用产生的腐蚀，使水雾的锥底圆的半径和水雾强度都会受到影响，从而使罐体冷却效果变差，尤其是在北方夏季昼夜温差大，且有的使用单位为了追求利益的最大化并未按照液化石油气储罐最大设计允许充装质量的要求操作，就可能引起压力过大发生事故。

液化石油气储罐的损伤模式以及应对方法

H2S应力腐蚀开裂产生机理及产生条件

对于承压类特种设备来说，裂纹是危害性最大的缺陷，而对于重大危险源和重要特种设备的液化石油气储罐， H2S应力腐蚀又是产生裂纹的主要原因，在新的GB/T30579《承压设备损伤模式识别》中，H2S应力腐蚀开裂属于环境开裂损伤模式中的一种，是指金属表面硫化物腐蚀过程中产生的原子氢吸附，在高应力区（焊缝和热影响区）聚集造成的一种开裂。

反应机理为：

H2S在水中发生水解反应：H2S→H++HS→H++S2-

水解后与液化石油气储罐内壁发生反应：

阳极反应：Fe→Fe2+S+2e

Fe2++S2-→FeS

阴极反应：2H++2e→2H→H2

硫化氢应力腐蚀开裂发生的必要条件有三个：敏感金属，特定的介质环境，处于拉应力状态下。

1. 敏感金属。硫化物应力腐蚀裂纹的敏感材料为碳钢和低合金钢，一般制造液化石油气储罐的材料多为Q345R，即属于敏感材料。

2. 特定的介质环境。首先，H2S在没有水的时候对于储罐的腐蚀是很轻微的，但有水存在的时候会与Fe反应生成FeS与H2，从而产生硫化氢盈利腐蚀开裂，而液化石油气里不可避免的有少量残存的水。其次，在其它条件不变的情况下，硫化氢应力腐蚀开裂敏感性随硫化氢浓度的增大而变大。第三，硫化物应力腐蚀开裂通常发生在82℃以下，且工作温度在20℃-60℃下硫化氢应力腐蚀最敏感，而一般使用的液化石油气储罐大多数在此溫度，同时温度的升高也会加速硫化氢腐蚀的速率。

3. 存在高的拉应力区。在制造时产生的残余应力，强力组装造成的应力集中，错边量较大，或者在截面突变处，以及使用过程中产生的压力等等。比如：丁字口焊缝处，储罐筒体与封头连接处。

预防液化石油气储罐产生裂纹的措施：

（1）在制造时应严格控制储罐用钢板的S，P含量（S<0.020%、P<0.030%），做好储罐的外观检测和几何尺寸检测等，如错变量与咬边量等是否超标。焊接时应注意焊前预热和焊后热处理，以降低焊接接头处的残余应力。硫化氢应力腐蚀开裂与硬度相关，应控制焊缝和热影响区的硬度不超过HB200。焊后热处理可以有效地降低焊缝发生硫化物应力腐蚀开裂的可能性。

（2）使用单位应做好日常的维护工作，经常排放残留在储罐底部的硫化氢和水，液位计的排液管也应排干净，为避免温度升高从而加速硫化氢应力腐蚀裂纹的产生和扩展，应加设遮阳棚以避免日光的强烈照射，选择优良的防腐涂料对罐体内部做好防护层，避免硫化氢的腐蚀。

（3）按照设计的图样上的规定，严格控制硫化氢及氢的含量，同时结合有关标准的规定，如层析法规定，硫化氢含量不大于10mg/m3[3]。

（4）在对液化石油气储罐进行开罐检验时，应着重注意焊接热影响区及熔合线附近，储罐内底部液相管、排污阀等与筒体连接的角焊缝位置，宏观检查时注意咬边和错边严重的位置，罐体底部短管与第一道阀门连接处的密封性，以及罐体内表面机械损伤，电弧划伤等部位。

依据液化气储罐失效模式，结合本地区液化气站存在的一些问题，指出了在使用及检验中应该注意的地方，从而更有效地保证液化石油气储罐的安全运行，减少事故的发生。

参考文献：

[1]GB/T30579-2014，承压设备损伤模式识别[S].

[2]GB 50028-2006，城镇燃气设计规范[S].

[3]GB11174-2011，液化石油气[S].