摘要：丙烷为液化烃，被列入重大危险源辨识。为避免丙烷罐区发生火灾爆炸等事故，根据相关法规、法规，提出一些在工程设计时应采取的安全设施与措施。
关键词：丙烷；工程设计；安全设施
丙烷的化学式为C3H8，为无色无味气体，熔点-187.6℃（85.5K下），沸点-42.09℃（231.1K下），相对密度0.5005，闪点-104℃，易液化，化学性质活泼，极易发生燃烧爆炸事故。根据《危险化学品重大危险源辨识》GB18218—2018，丙烷的临界量为50t，对于丙烷的储存量只要大于等于50t即构成重大危险源，因此，为了达到生产安全的目的，在实际的设计工作中，应充分考虑安全措施。
1罐区的工作流程
1.1卸车。对于丙烷，主要是利用槽车运送到罐区边，经丙烷卸料口利用槽车自带卸料泵进行卸料操作。但是自带卸料泵存在缺点，很难将槽车内的丙烷完全抽进丙烷罐中，当温度在25℃时饱和蒸汽压达到了0.93MPa（A），利用压缩机进行抽送，槽车内部压力变为0.2MPa时则停止抽送。想要提升丙烷压缩机的抽送速度，可以选择利用四通阀加进出口方向的操作实现卸料速度的加快。对于压缩机的使用与否，可以参考《汽车加油加气站设计与施工规范》7.2.1条的规定。规定中指出：LPG（液化石油气）进行卸车时建议选择卸车泵；当LPG储罐总容量在30m3时可以选择LPG压缩机；LPG储罐总容量在30~45m3时可以利用LPG槽车上的卸车泵，卸车泵可以选择利用站内的供电。在进行丙烷卸料时，杜绝使用软管而是要使用万向充装管道系统。在国务院安委会办公室〔2008〕26号文第16条中提到：对于输送危险化学品的槽车，在充装环节建议推广使用万向充装管道系统，严禁使用软管充装液氯、液氨、液化石油气、液化天然气等危险品。
1.2丙烷输送。对于丙烷的输送，利用屏蔽泵输送给使用点，如果丙烷使用点较低的话，在输送过程中要求不开放空阀。安排两台输送泵，一开一备保证输送的完整、有效。
2丙烷罐区危险性分析
对于丙烷罐区，其危险性主要来源于以下几点：首先，低温液体温度较低和常温液体经气化后产生的低温；其次，丙烷这种液体会转化为非常大体积的气体，一体积单位的丙烷能够转化为290单位体积的气体；然后，由于气体分子要比空气大，比较容易在低点积聚；最后，丙烷与其他气态烃类化合物都是易燃易爆性质的。丙烷罐区通常包括以下几个单元，分别是卸船、储存、BOG处理、外输及装车等。罐区生产过程中，如果操作不当或者不注意，有可能发生物料泄漏事故、火灾爆炸、设备和人身伤亡等，下面就罐区的危险性展开论述。
2.1液体膨胀。一般来讲，液态烃的密度会随着温度的变化发生变化，位于2个切断阀门之间、无孔容器以至切断球阀阀腔内等部位会形成死区，死区部位会因为温度的不断增加造成压力增加，很快就会导致封闭系统的破坏。如何出现了密闭加热的情况，就会非常有可能造成设备或管线的损坏，最终造成液态烃的泄漏，还有可能造成爆炸、火灾事故。
2.2罐内液体翻滚。罐内液体密度与新注入的液体密度存在差别时，因为热量被输送到储罐中使得单元间发生传热、传质以及液体表面蒸发情况，在输送过程持续的时候各个单元之间不同密度液体最终实现均衡，在短时间内从储罐中释放大量气体，这种自发的混合被称作翻滚。罐内液体出现翻滚现象就容易导致储罐的超压情况，面对这种情况就需要对储罐开展特殊设计，采取有效的预防措施。
2.3进料溢出。进料被输送到储罐中一直到高液位时，如果此时不能将进料及时的切断，液体会继续进行充装一直到内罐高度以上，并且会在内外罐之间溢出。因为丙烷储存通常会选择双金属壁全容罐，溢出来的液体会迅速发生气化，导致BOG量快速增加，如不及时进行处理就会导致储罐超压问题。2.4火灾和爆炸事故丙烷的分子量比空气大，如果发生泄漏容易造成丙烷聚积在装置低点处，如果不能快速稀释、吹散丙烷气体，非常容易形成爆炸性气体混合物。对于丙烷来讲，爆炸极限在2.1%~9.5%，如果形成爆炸气体是非常可怕的。.5低温危险性丙烷液体在常压储存条件下，温度一般在-42℃，因此如果操作人员直接接触会被冻伤。丙烷常温条件下如果发生泄漏会由液体迅速气化，气化率在55%。在操作丙烷的过程中，要避免因为液体气化造成的冻伤。
3丙烷罐区安全设计
3.1防负压安全设计分析。在储存丙烷的过程中，通常情况下不会存在负压的情况。但是如果受到外界环境的影响就会出现负压的情况。防止负压的最有效方法是在储存罐的顶部加设一个真空泄放阀，通过设定负压值来避免负压现象出现事故。需要考虑到的一点是，当储存罐中进入空气非常有可能造成爆炸事故。为了有效避免这种情况的发生，建议选择常温丙烷喷注这种方式，实现负压的有效预防。冬季气温较低，外界温度有可能会低于罐内的温度，如果外界温度比液体的压沸点低时会导致罐内气体蒸发情况变少，这会加大负压的发生概率。因此，为了避免这种情况的发生就需要进行气化器的设计工作，同时采取这种方法将气体蒸发所造成的负压尽量避免，或者可以选择惰性气体填充的方法达到防止负压的效果。
3.2预防液体溢出的安全设计分析。对于丙烷罐区，液体溢出导致安全事故发生的概率较大。发生液体溢出的主要原因是在向罐内进料的过程中，进料完成以后液体溢出对工作人员正常工作造成影响，更加危险的还会发生火灾等隐患。对于丙烷，一般会选择双金属壁的储存罐来进行储存，液体灌满以后如果没有及时处理就会导致溢出现象，因此必须要充分注意。对于气体蒸发问题，要制定相关的处理对策比如做好预防溢出的设计对策。可以在液位上进行监测报警装置的设置，液体要溢出的时候可以立刻发出报警信号，同时设计高液位、进料切断阀连锁。还有就是需要注意到的一点就是，储罐设计工作过程中要充分注意液位的问题，对于高液位的设计要求设置一段缓冲时间，缓冲时间建议在10min以上。
3.3预防液体翻滚的安全设计分析。对于丙烷储罐中液体翻滚问题，为了能够有效地预防此类问题发生，建议在罐内设置监测装置，通过监测液位、密度以及温度，及时预测液体的翻滚状态。通常液体在翻滚之前，会伴随气化速率异常的情况，这样可以通过监测气化速率保证液体的热量维持在安全状态下，不会出现热量积蓄的情况。如果在罐内有LTD装置，在设计罐内泵的时候就需要注意保留一定的余量，这样的目的在于方便进行混合操作，如果储存罐比较多则需要注意在规定时间内开展切换，此外，导致丙烷管内部出现翻滚的因素需要考虑轻组分含量，要对蒸发气体分组工作进行详细分析，当含量相对偏高时要进行向外排放，这样做的目的在于有效避免安全方面的事故。
4工程设计中采取的安全设施与措施
4.1总图专业。根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160—2008，液化丙烷火灾危险性为甲A类，因而石油化工企业内的丙烷储罐区按照甲A类进行设计，罐组与居民区、公共福利设施、村庄最小距离满足150m。对于气体充装站内的丙烷储罐，其充装后的气体作为燃料使用，储罐根据《液化石油气供应工程设计规范》GB51142—2015的要求，考虑与周边设施的防火间距，储罐与居民区、学校、影剧院、体育馆等重要公共建筑（最外侧建筑物外墙）的最小距离满足150m。工厂总平面根据工厂的生产流程及各组成部分的生产特点和火灾危险性，结合地形、风向等条件，按功能分区集中布置。罐区布置在厂区人员集中场所及明火或散发火花地点的最小风向的上风向，尽量减少对敏感区大气环境的污染。
4.2工艺专业。工艺专业主要考虑丙烷罐区的流程、布置、配管设计及工艺材料的选择等。丙烷储罐及附件材质的选用和设计应符合《压力容器》GB150.1~GB150.4、《钢制球形储罐》GB12337和压力容器油罐安全规定。储罐第一道管法兰、垫片和紧固件的设计应符合现行行业标准《钢制管法兰、垫片、紧固件》HG/T20592~HG/T20635，并应采用带颈对焊法兰、带内环和对中环型的缠绕垫片和专用级高强度全螺纹螺柱与Ⅱ型六角螺母的组合。储罐接管安全阀件的配置应符合下列规定：①设置安全阀和检修用的放散管；②液相进口管设置止回阀；③储罐液相进口管和气相管设置紧急切断阀；④储罐所有管道接口设置两道手动阀门；⑤排污口两道阀门采用短管连接，并采取防冻设施。全压力式液化石油气储罐设置高压注水设施，注水管道应与独立的消防水泵连接。消防水泵的出口压力应大于储罐的最高工作压力。注水口的控制阀门应保持关闭状态。丙烷储罐气液分离器、缓冲罐和气化器设置弹簧封闭式安全阀并设置放散管。气液分离器、缓冲罐和气化器露天设置，放散管管口高出储罐操作平台2m以上，室内设置时，管口高出屋面2.0m以上。地下储罐外壁除采用防腐层保护外，还要采用牺牲阳极或强制电流阴极保护。
4.3建筑结构专业。储罐设置基础，卧式储罐采用钢筋混凝土支座。球形储罐钢支柱采用不燃隔热材料保护层，耐火极限≥2.0h。防火堤内储罐超过4台时，至少设置2个过梯，分开设置。
4.4给排水专业。罐区设置消防冷却水系统，并配置移动式干粉等灭火系统。石油化工企业内的储罐根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160—2008中的8.10节的具体规定进行消防水系统的设计，丙烷充装站内的丙烷储根据《液化石油气供应工程设计规范》GB51142—2015第11.1节进行设计。
4.5电气和自控专业。丙烷罐、泵、压缩机、气化等装置及低支架和架空敷设的管道采取静电接地，储罐按照第二类防雷建构筑物的要求进行设计，在储罐区入口设置人体静电消除装置。丙烷罐区应设置可燃气体报警仪，丙烷气体密度重于空气，报警仪安装在地面上0.3~0.5m，满足《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》的要求。
5结束语
综上所述，在当今安全、环保形势日益严峻的情况下，丙烷储罐工程设计过程中应根据丙烷的物化特性，严格按照国家现行的法律、规定，从源头上预防和减少安全事故，对提升企业的安全生产管理水平，提升企业的整体效益等有着积极的意义。
参考文献
[1]石油化工企业设计防火规范：GB50160—2008[S].
[2]液化石油气供应工程设计规范：GB51142—2015[S].
[3]危险化学品重大危险源辨识：GB18218—2018[S].
作者:周贺 单位:江苏彭达工程设计有限公司