液化气储存容器装料系数确

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  液化气储存容器装料系数确定 【王碧玲】2006年09月27日 星期三 下午 01:33摘　要：对液化气储存容器装料系数的选取进行了讨论，指出装料系数在液化气储存容器设计与使用中的重要性。
关键词：储存容器；液化气体；选择；系数
分类号：TE 973.1　文献标识码：B
文章编号：1000-7466(2000)01-0033-02▲

　　液化气储存运输容器发生爆炸、破裂事故在我国已出现过多起，为此，各部门对液化气储存容器加强了管理，对运输容器制定了一些规程和规定。如《气瓶安全监察规程》和《液化石油气汽车槽车安全管理规定》等，这对运输容器的安全十分有利，但对液化气储存容器还没有一个专门的规范。因此，在设计与使用中，对液化气储存容器装料系数的表达和选取也不尽一致，而液化气的盛装量却直接影响到容器的工作压力，关系到容器的设计与使用安全。

1　液化气储存容器内压力特点

　　液化气一般是经加压或降温后，将气体液化成液体，严格地说是气-液共存。按照50 ℃的界限，可将液化气分为两类：一类是低临界点的液化气，如乙烯、乙炔等。另一类是高临界点的液化气，如氨、氯及丙烷等。
　　(1)对于盛装低临界点液化气的容器，设计时，容器内介质设计温度若按50 ℃情况考虑，此时容器液体全部汽化成气体，容器中的工作压力值由气态方程计算，即：
　　　
式中，p为容器内压力，MPa；V为容器体积，m3；T为介质温度?span lang="EN-US" >℃；z为气体压缩系数；R为气体常数；M为气体分子量；m为容器内介质的质量，kg。
　　由式(1)可知，容器内的压力p与其充装质量m成正比。在设计此类容器时，其设计压力的大小是根据容器中介质的充装量来确定的。在使用时，容器充装量不应超过设计充装量，否则将会导致容器实际工作压力大于其设计压力，甚至发生破坏。
　　(2)对于盛装高临界点液化气的容器，在设计温度50 ℃下，只要充装量不超过设计充装量，容器内都是气液两态并存，其工作压力始终是液体的饱和蒸汽压。但是，如果实际充装量大于设计充装量，容器内实际压力仍可能大于设计压力。因为液化气液体的密度随温度变化比较大，同样质量的介质在不同温度下有不同的体积。若设计与使用时不注意温度引起的密度变化，就有可能造成超装，达到一定温度后，容器全部被液体充满。此时，若温度再升高，液体则要继续膨胀。由于液体压缩性很小，因此容器内的压力急剧增高，甚至造成容器破裂。这往往比低临界点液化气容器更危险。
　　综上所述可知，装料系数的合理选取，对于液化气储存容器的设计与使用安全是十分重要的。

2　液化气充装系数计算与确定

　　《压力容器安全技术监察规程》(以下简称容规)第29条规定，盛装液化气的压力容器设计储存量，不得超过下式的计算值：
　　　　　W=ΦvρtV　　　　　　　　(2)
式中，W为储存量，kg；Φv为装料系数，一般取0.9，体积经实际测定的可取大于0.9，但不得大于0.95；ρt为设计温度下的饱和液体密度，kg/L。
　　由式(2)可看出，该式计算结果为设计储存量，在设计温度(对无保冷措施的容器为50 ℃)下，液体所占的体积不超过容器体积的90%或95%。也就是说，容器在设计温度下仍有5%～10%的气相空间，保证在设计温度下容器不被液体充满。但在储存容器使用中，为了计量方便，通常用液位计观察介质的充装量，此时，可以考虑按容规的规定选取0.9的装料系数。
　　一定质量的液化气，其体积随温度不同而变化。笔者认为，容规中所规定的Φv=0.9～0.95实质上是设计装料系数。为保证在设计温度下，容器内仍有10%的气相空间，实际装料系数应按下式计算为宜：
　　　　Φ＝（ρt/ρ）Φv　　　　　（3）
式中，Φ为装料温度下的实际装料系数；ρ为装料温度下的饱和液体密度，kg/L。
　　例如：一台液氨储罐，其设计温度为50 ℃，设计装料系数为0.9，装料时的温度为10 ℃。如果使用中不注意装料温度影响，仍按设计装料系数0.9充装，当温度升为设计温度时，容器会被液体完全充满乃至超压。 由文献［2］可知： ρ=0.624 7 kg/L,ρt=0.562 kg/L，当Φ=0.9时，导致在设计温度50 ℃，Φt=(ρ/ρt)Φ=1＞Φv=0.9,显然不符合容规要求。
　　如果按式(3)，根据实际装料温度计算确定实际装料系数，设计装料系数Φv=0.9,ρt、ρ均可由文献［2］查得，则有：
　　在10 ℃充装时，Φ=(0.526/0.624　7)×
　　　　　　　　　　　0.9=0.809　7;
　　在0 ℃充装时，Φ=(0.562/0.638　9)×
　　　　　　　　　　　0.9=0.792;
　　在－10 ℃充装时，Φ=(0.562/0.652)×
　　　　　　　　　　　　0.9=0.775。
　　即在10 ℃充装液氨时，只可装容器体积的80%。在0 ℃充装时，允许装料为容器的79%。当在－10 ℃充装时则更少，装料不可超过容器体积的77.5%。只有这样，才能保证在设计温度(50 ℃)下，容器内仍有10%的气相空间。

3　结论

　　①设计盛装液化气的容器时，对于用质量计量方便的小型设备，最好以质量装料系数来表达充装量或直观地给出容器的可充装质量，避免因温度变化的影响导致其不安全。②对于大型储存设备，当需用体积充装系数表达充装量时，应根据充装温度，按式(3)确定其值，以确保液化气液体的体积在设计温度下所占容器体积的比例符合容规规定。③当用体积装料系数表达充装量时，建议设计者分别计算出－10～50 ℃各温度下的装料系数值(间隔为5～10 ℃)，且在图样技术要求或使用说明中注明，以指导使用者正确地操作，确保容器安全运行。

(孙编)■

作者简介：王碧玲（1957-）,女(汉族),山西永济人,工程师,从事压力容器设计.
作者单位：王碧玲(山西化机厂， 山西 永济　044500)

参考文献：

［1］劳动部.压力容器安全技术监察规程［M］.北京：劳动人事出版社，1990.
［2］国家医药管理局上海医药设计院.化工工艺设计手册［M］.北京：化学工业出版社，1986