液化石油氣罐車事故處置中倒罐技術探析
發布時間：2019-04-01 發布作者：
摘要：液化石油氣罐車事故處置中，倒罐是重要的技術和方法之一，為了提高液化石油氣罐車事故處置效率，本文分析了壓差倒罐和烴泵倒罐的基本原理、實施方法、技術特點，提出了兩種倒罐方法的技術要求，豐富了液化石油氣罐車事故救援理論，為應急消防部門處置此類事故提供了一些借鑒。
液化石油氣是目前生產生活中使用較多的能源之一，通常以槽罐車作為主要陸地運輸工具。液化石油氣具有較強的揮發性和燃爆性，在運輸過程中稍有不慎就會造成泄漏，并可能引發火災或爆炸，造成巨大經濟損失和重大人員傷亡。消防救援力量處置此類事故時，通常采用“先堵后倒”的技戰術方法，即在堵漏成功后實施倒罐，快速、高效排除險情。但倒罐的實施方法較為復雜，操作要求較高，需要消防指戰員具備一定的基礎理論，因此本文在分析壓差倒罐和烴泵倒罐兩種常用倒罐方法的基本原理基礎上，提出了兩種倒罐方法的實施要點和注意事項，為液化石油氣罐車泄漏事故現場實施倒罐作業提供了一定的技術理論指導。
一、液化石油氣性質及罐車結構
（一）液化石油氣的理化性質
在常溫常壓下液化石油氣為無色氣體，主要成分為C3和C4的烷烴、烯烴，爆炸極限為1.5%～9.5%。常溫加壓后石油氣液化，液相密度約為0.56×103kg/m3，通常存儲在鋼制容器內，液化石油氣一旦泄漏，在常溫下會揮發至原來體積的250～300倍，擴散距離較遠，范圍較大。
（二）液化石油氣罐車的主要附件
液化石油氣罐車是用來運輸液化石油氣的儲運式受壓容器，罐車主體部分由底盤和罐體構成，罐體的設計壓力為1.8MPa～2.2MPa，設計溫度為50℃。根據罐體掛載形式不同，罐車可分為固定式和半掛式兩種，主要附件有：
（1）安全閥
（2）通常安全閥安裝在罐車頂部，采用內置式彈簧安全閥，罐體內氣體超壓時，其作用在安全閥上的力大于彈簧彈力，安全閥起跳釋放超壓氣體；罐體內氣體壓力降低后，安全閥回座關閉，從而避免罐體內部超壓引發的破裂，保證罐車運行安全可靠。
（3）液位計是用來觀察車罐體內液面高度的儀器，分為浮子式和旋轉管式，圖1為旋轉管式液位計的外觀圖。需要注意的是，當罐車的傾斜角大于30°時，液位計指針度數失效。（本文相關推薦：
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（4）閥門箱。閥門箱通常設置在罐體一側，內設壓力表、溫度計和氣、液相閥及管路，如圖2所示。壓力表的刻度盤較大值為罐體設計壓力的2倍；溫度計的測量范圍為-35℃～60℃；氣、液相閥及管路分別連接氣、液相軟管，通過開關氣、液相球閥實施裝卸料。圖2左側為液相閥門及管路，管路直徑為50mm；右側為氣相閥門及管路，管路直徑為25mm。
二、液化石油氣罐車的倒罐技術
（一）壓差倒罐技術
（1）基本原理
壓差倒罐采用連通器原理，將事故裝置（事故罐車）與安全裝置（倒罐用安全罐車）上端氣相空間相連通，下端液相連通，通過兩裝置之間的液位差將液體由事故裝置倒入安全裝置內，如圖3所示。
倒罐開始時，在事故裝置1-1截面和安全裝置2-2截面之間的伯努利方程為：
式中，z為液面到基準面的垂直距離，m；p1為事故裝置內的氣相壓力，kPa；p2為安全裝置內的氣相壓力，kPa；ρ為液化石油氣密度，kg/m3；u1是事故裝置的截面液體流速，m/s；u2是安全裝置的截面液體流速，m/s；Hf為液相管阻力損失，m。由于兩裝置的氣相管連通，則p1=p2；倒罐初期事故裝置的液面面積比液相管截面積大得多，因此事故裝置的截面流速可忽略不計，即u1=0。同時，由流體力學基礎理論可知，液相管阻力損失（Hf）為局部阻力損失（hj）和沿程阻力損失（hf）之和，則由式（1）可得：
式中，ξ為局部阻力系數，與管件的材質和形式有關，由實驗測定；λ為液相軟管沿程阻力系數，常取Re/64（Re為雷諾系數）；l為液相軟管長度，m；d為液相軟管內徑，m。則式（2）可記為：
壓差倒罐中管件閥門、液相連接軟管材質和管徑均為標準件，由上式可知，若要提高倒罐速度u2，則需增大兩罐體之間的高差ΔH；若兩裝置的高差一定，若要提高倒罐速度u2，則需減小沿程阻力損失，即減小液相軟管的長度l。因此，實施壓差倒罐時要求兩裝置之間的高差為15m～20m，以保證倒罐速度。
（2）實施方法
壓差倒罐的實施方法較為簡單，只需用專用膠管將事故裝置與安全裝置的氣、液相管路分別連通，便可實施壓差倒罐作業。倒罐過程中若專用膠管長度不足，可調用專用膠管延長接頭，將管路串聯使用。
（二）烴泵倒罐技術
（1）基本原理
烴泵倒罐是在液相中加入了動力源，需使用專用的液化烴泵進行倒罐，如圖4所示。液化石油氣極易氣化，倒罐中液化烴泵安裝有著嚴格的要求，否則在倒罐中會出現汽蝕和氣塞，導致烴泵抽空或空轉，造成烴泵損毀，引發大規模泄漏。
根據伯努利方程、泵汽蝕余量公式和液相管道阻力損失計算公式可得出泵的較大安裝高度為：
式中，p0為現場氣溫下液化石油氣飽和蒸氣壓，MPa；pv烴泵進液口處液體壓強，MPa；ρ為液化石油氣密度，kg/m3；Δha為汽蝕余量，m；Hf為烴泵入口軟管阻力損失，m。汽蝕余量與烴泵本身的性能有關，烴泵倒罐中液化石油氣的飽和蒸氣壓恒定，液相連接軟管材質和管徑均為標準件。由上式可知，若保證烴泵不發生氣蝕，須確保烴泵進液口壓力pv大于液化石油氣飽和蒸氣壓p0，從而需要將液化烴泵低于事故罐車罐體一定高度安放。另外，泵的較大安裝高度Hgmax與液相軟管長度l有關，若要提高泵的安裝高度則需減少軟管長度l，這就需要軟管與泵的入口盡可能直線連接，減少不必要的軟管長度。
（2）實施方法
在實施烴泵倒罐之前，首先檢查罐車和罐體的溫度和壓力是否正常。然后打開閥門箱，將事故罐車與安全罐車的氣相管路連接，事故罐車和安全罐車的液相管路分別接在液化烴泵的入口和出口上。在保證各管道閥門連接牢固并做好消除靜電工作后，啟動烴泵開始輸轉倒罐。
三、常用倒罐技術的特點和要求
（一）壓差倒罐技術
（1）技術特點
壓差倒罐不需要動力源，只需連接管路即可實施倒罐，操作較為簡單，可作為液化石油氣罐車事故現場倒罐的首選方式。但受兩罐車高差和管線敷設限制，實施壓差倒罐時兩車罐內壓力極易平衡，需要調用多臺安全罐車輪換作業，倒罐持續時間較長；在倒罐前，需要充分利用天然地勢高差布置安全罐車，或原地挖掘深溝降低安全罐車高度，確保兩車罐體間的壓力差較大。
（2）技術要求
連接管路后注意巡查管線是否連接牢固。需要注意的是，當事故罐車側翻或仰翻時，罐內的氣、液相介質上下顛倒，需判斷液面與氣、液相管路接口位置，必要時連接管路需“氣液反接”，即將事故罐車的氣相管路與安全罐車的液相管路相連，事故罐車的液相管路與安全罐車的氣相管路相連接。
（二）烴泵倒罐技術
（1）技術特點
烴泵倒罐不需要創造兩車罐體高差，易于現場實施、耗能少，倒罐速度快。但對液化烴泵的安裝要求較高，需避免發生氣蝕和氣塞損毀泵體，引發液化石油氣大量泄漏。同時對倒罐作業防爆水平要求較高，液化烴泵的輸入額定電壓為380V，可采用消防車自備發電機供電，但采用此種方式供電時，要確保現場絕對防爆。
（2）技術要求
為了防止氣蝕，液化烴泵低位安裝，保證泵進液口靜壓足夠大，應盡量減少烴泵入口軟管阻力損失，保證泵入口管路長度不大于5m，且盡量減少管路彎曲。在實施倒罐前，需確保事故現場液化石油氣濃度已降低至爆炸下限以下，連接的電氣線路要求絕對防爆，對于泄漏氣體濃度較高的現場，可預先稀釋泄漏氣體。當事故罐車內的壓力過低時，也可以采用液化烴泵與壓縮機聯用，增大事故罐體內壓，以避免出現氣塞。
四、結語
本文就壓差倒罐和烴泵倒罐的原理和實施方法進行了深入分析，闡述了兩種倒罐技術的特點，提出了技術操作要求。消防救援力量在制定倒罐決策時，應充分聽取技術專家的意見和建議，首選壓差倒罐方法，在專業技術人員指導下實施烴泵倒罐，以確保處置中現場人員安全。
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