丙烷气瓶组气化站设计

2021-07-10刘丽丽

生物化工 2021年3期

刘丽丽

（山西首钢国际工程技术有限公司，山西长治 046031）

近年来，燃气事业快速发展，采用瓶组气化站通过管道供应液化石油气由于建设周期短、供气规模灵活、占地小、投资少而得到广泛应用[1]。丙烷是一种价格低廉的清洁型能源，可用作燃料、制冷剂和化工原料[2]。丙烷火灾危险性分类为甲类液体，有爆炸危险性，储存、输送、使用都有较高的要求。本文就首钢长钢公司丙烷气瓶组气化站的设计为例，进行详细论述。

1 建设背景

首钢长钢公司炼钢厂共有3 座75 t 转炉，配套4套连铸机，连铸机火切机采用丙烷气切割连铸坯，目前丙烷气由转炉厂房内丙烷气室供应。根据现行规范《建筑设计防火规范》《城镇燃气设计规范》的要求，液化石油气（丙烷气）瓶组间应独立设置，并与明火、散发火花地点距离不小于30 m。现有丙烷气站位于厂房内，距明火不满足间距要求，在省安检局安全检查中被认定为重大安全隐患，因此，将丙烷气站进行搬迁重建。

2 设计方案

2.1 总工艺方案

为保证连铸切割用丙烷气供应稳定，液态丙烷的气化采用强制气化方式供气，丙烷气瓶通过汇流排汇集液态/气液混合的丙烷送出，再经过气化器加热气化，气化后的丙烷气体经过减压阀组减压供给用户。

2.2 基础资料

2.2.1 丙烷气瓶

气瓶：丙烷气50 kg，容积118 L。瓶装气SE-6工业燃气主要成分：工业丙烷C3H8，液态温度-42 ℃，压力0.5 MPa。

2.2.2 丙烷基本参数

液化丙烷组分为丙烷99.95%。标准状况下，气态液化丙烷的密度为2.469 kg/m3，25 ℃状态下液态液化丙烷气密度为0.56 kg/L；饱和蒸气压力（绝压）0 ℃时为0.473 MPa，50 ℃时为1.708 MPa；爆炸极限上限为9.5%，下限为2.1%。

2.2.3 丙烷危险性分析

丙烷是易燃气体，与空气混合能形成爆炸性混合物，在其储存和使用过程中容易发生泄漏爆炸事故，带来严重危害，具有非常大的危险性[2]。此外，丙烷有单纯性窒息及麻醉作用，人短暂接触1%丙烷，不引起症状；10%以下的浓度，只引起轻度头晕；接触高浓度时可出现麻醉状态，意识丧失；极高浓度时可致窒息[3]。

2.3 匹配规模

2.3.1 用户用量

首钢长钢公司炼钢厂连铸切割丙烷用气量如表1 所示。

2.3.2 主要设备配置计算

根据表1 统计数据，丙烷气日用气量19 Nm3/h×24 h=228 Nm3/h，按照公式（1）计算丙烷质量日流量为904 kg（折液态丙烷）。

式（1）中，G为丙烷质量流量，kg；Q为气态丙烷标况体积流量，m3/h；T为时间，h；M为丙烷气摩尔质量，g/mol；22.4 为气体摩尔体积，L/mol。

使用瓶组的气瓶数量配置，一般按用户1～2 d 的用气量来确定，具体时间需考虑瓶源的运距、运输方式等[4]。考虑到首钢长钢交通方便，周围钢厂丙烷气用户较多，为降低内部储存带来的危险性，按照一天的丙烷气用量进行设计，单瓶容量为50 kg，预留10%余量，配置2×10 瓶共20 瓶，日外送能力为1 000 kg，能够满足工艺用户一天的丙烷使用量。

丙烷瞬时最大量135 Nm3/h，按照公式（1）计算最大质量流量约312 kg/h，选择单台处理能力300 kg/h 的气化器。

2.3.3 设施配置说明

（1）液相汇流排：按照工艺用户需求量，汇流排设置20 瓶，用于连接钢瓶内的液化气进行汇总，提供液态丙烷。（2）钢瓶连接高压胶管：用于连接钢瓶和汇流排，使液化气从钢瓶内进入气化器设备进行强制气化，进入管道系统，共计20 根。（3）气化器：设300 kg/h 气化器2 台，1 用1 备；将液态液化石油气转换成气态后进行输送，设备内设计有防过液切断装置。（4）调压阀组：一套，进口压力1.0 MPa，出口压力0.25 MPa，气态管道管径DN65；将从气化器内气化的丙烷气减压后供外网，充分保证在输送过程中不再出现液化现象。（5）安全放散装置：管道及气化器设备装有安全阀，如管道或设备内产生高压力，安全阀开启（安全阀已设定放散压力）进行安全放散，保证管道和设备安全运行。（6）阻火器：在放散气管道上设置阻火装置，统一排出，防止放散过程中气体被点燃发生回火，尤其进入设备发生着火或爆炸；出界区主管设管道、阻火器，防止管路回火向起始端蔓延或发生爆炸。（7）气液分离器：在气化器调压阀组后设置油水分离器，防止液体二次冷凝进入管道内，出现瞬间气化不充分的现象。

工艺流程如图1 所示，瓶组气瓶与汇流排连接，经气化器将液态丙烷气化成气态丙烷，气态丙烷压力约0.6 MPa，经减压阀减压稳定后为0.25 MPa，再通过管道输送至炼钢厂连铸介质柜，分配到割枪作为切割使用。

表1 连铸火焰切割丙烷气用量

图1 丙烷气供应工艺流程图

2.4 设计要求

（1）总图布置：丙烷气站属于瓶组气化站，应单独设置瓶组间，周围设围墙，上部为非实体围墙，下部实体部分不小于0.6 m。设计中除注意与建构筑物间距外，与散发火花地点、室外变配电站、架空电力线路、铁路、道路等之间间距应满足规范要求。

（2）建筑结构：丙烷气站（汇流排室、气化器室）火灾危险性分类为甲类，建构筑物耐火等级按照二级进行设计。气化间、瓶组间和值班室之间隔墙采用防火防爆钢筋混凝土墙。

（3）通风：通风设置自然通风和机械通风的方式，丙烷气比空气重，通风位置在房间墙面下部开口。在气化间和瓶组间外墙下部设置直通室外的自然通风式百叶进风口和出风口，同时在瓶组气化间和值班室外墙下部设置防爆轴流通风机，防爆轴流通风机与燃气泄漏报警装置连锁，当室内可燃气体浓度达到爆炸下限的20%时，启动轴流风机进行强制通风换气。可燃气体报警装置报警信号具有现场、值班室两地报警功能。

（4）自动化：管道上设置相应的压力检测、温度检测仪表，在减压阀后设置温度检测报警，防止液体不完全气化在管道内流动气化造成管道结霜。

（5）电气：供配电采用两路电源供电，燃气室内轴流风机和检测仪表等供配电系统设置1 套工业不间断电源EPS，延时时间30 min，保证燃气室停电后仍然可以启动工作。在距站房30 m 内区域属爆炸危险区域Ⅱ区，地下坑洞属于Ⅰ区，此区域电气需按照区域划分等要求进行相应的防爆设计。设备、管道进行防静电接地，防止静电带来的可燃气体着火、爆炸事故发生。

（6）消防：室外消防一般利用厂区消防水系统，保证新建站房在消火栓有效半径覆盖范围内；站房室内需按照介质性质、厂房类型配置对应类型的灭火器。