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小型丙烷储罐供气应用的问题与建议

字体: 放大字体  缩小字体 发布日期:2021-05-11  来源:煤气与热力杂志  浏览次数:245
 作者:阎海鹏,张琳,马俊峰,马子骁

第一作者单位:中国市政工程华北设计研究总院有限公司  城市燃气热力研究院

摘自《煤气与热力》2019年4月刊


1   概述


20世纪90年代,美国、日本等发达国家的民用液化石油气供气企业从经济性、安全性、高效性等方面出发,在“瓶装供应、各家储存、自行保管”供应方式的基础上,开始探索将一部分液化石油气采用“小型储罐储存供气、专用槽车配送、企业远程监控”的供应方式。小型储罐供应液化石油气的气源选择单一组分的丙烷[1],可应用于包括寒冷地区在内的多种气候条件区域。

 

多年来,我国液化石油气消费量持续稳定增长,2018年消费量为5 585×104 t,同比增长7%。液化石油气在我国的市场化发展程度很高,但长期以来缺少转型和突破,小型丙烷储罐供气技术如果能够在国内应用,将使液化石油气的供应方式得到扩展,值得探讨研究。

 

2   系统构成

 

小型丙烷储罐供气系统由储罐及安全附件、气化装置、调压装置、计量装置、配套管道及附件、远程监控系统等组成。

 

小型丙烷储罐一般设计压力为2.2 MPa,充装系数为0.9,储罐容积不大于10 m3。储罐的安全附件主要包括安全放散装置、液位计及液位上下限警示和限充装置、带自闭功能的进液口快装接头、液相出口或气相出口防过流装置、带锁控保护的附件护罩、护罩内的可燃气体探测装置等。

 

丙烷带泵汽车罐车是罐体充装丙烷液体气体,且带有卸液泵、卸液计量、卸液软管、快装接头装置,罐体与定型底盘或半挂行走机构采用永久性连接的道路运输罐式车辆。丙烷带泵汽车罐车与液化石油气槽车的核心区别是前者配置有卸液泵。丙烷带泵汽车罐车还设有防止车辆误启动、可燃气体泄漏报警、追尾碰撞报警、操作箱意外开启报警、紧急停止、远程控制等功能的专用安全操作控制装置;另设有卫星定位系统对定点卸液的信息进行跟踪及反馈。

 

小型丙烷储罐供气流程为:丙烷气源来自进口气接收码头或国内炼厂,由槽车装运至液化石油气储存站或储配站卸液进入储罐储存,再由丙烷带泵汽车罐车装运配送并充装至紧邻用气建筑物设置的小型丙烷储罐内,丙烷经自然气化或强制气化后进行调压、计量,向用户供气。

 

3   小型丙烷储罐供气国内应用的问题

3.1  国家标准的符合性

 

当前试点项目依据的规范是中国城市燃气协会制定的团体标准T/CGAS 004—2018《小型丙烷储罐供气技术标准》(以下简称T/CGAS 0042018)。该规范按储罐容积V将小型丙烷储罐划分为5个等级:一级储罐7.6 m3<V≤10 m3,二级储罐4 m3<V≤7.6 m3,三级储罐2 m3<V≤4 m3,四级储罐1 m3<V≤2 m3,五级储罐V≤1 m3

 

现行国家标准GB 511422015《液化石油气供应工程设计规范》(以下简称GB 511422015)对V10 m3的液化石油气储罐和2 m3V4 m31 m3V2 m3V1 m3的液化石油气瓶组供气工程设计做出了规定。

 

T/CGAS 004—2018GB 511422015均按储罐容积进行分级,适用范围有部分重叠,GB 511422015规定V10 m3的液化石油气八级站,涵盖了T/CGAS 0042018规定的各等级储罐。

 

根据对上述两项标准的分析研究,T/CGAS 004—2018是依靠储罐、带泵汽车罐车所具有的增强型自身安全装置的优势,对GB 511422015规定的储罐防火间距、储罐防护堤、消防水系统、围墙等要求进行了降低和取消,尤其是没有对可能紧邻民用建筑停靠并在现场进行卸液操作的丙烷汽车罐车与周围建筑物的防火间距提出要求,具体如下。

 

①储罐的防火间距

 

T/CGAS 004—20185.9节规定:“一、二级小型丙烷储罐的平面布置应按GB 5114220156.1节的有关规定执行。三、四级小型丙烷储罐的平面布置应按GB 511422015中表7.0.4的有关规定执行”。

 

T/CGAS 00420185.9节规定的容积4 m3V10 m3的一、二级小型丙烷储罐防火间距与GB 5114220156.1节规定的同等容积液化石油气储罐防火间距要求一致,见表1、表2

 

1   GB 511422015规定的液化石油气储罐防火间距


2   T/CGAS 0042018规定的一、二级小型丙烷储罐防火间距

 

T/CGAS 00420185.9节规定的容积1 m3V4 m3的三、四级储罐防火间距等同于GB 5114220157.0.4规定的相同容积液化石油气独立瓶组间防火间距的规定,见表3,远小于GB 5114220156.1.3条对相同容积储罐防火间距的规定,是否恰当值得探讨。以1台容积为2 m3小型丙烷储罐为例,其储量大致相当于1650 kg钢瓶,2 m3小型丙烷储罐发生事故的泄漏量显然远大于单个钢瓶发生事故的泄漏量,其危险性影响程度的差异不言而喻。

 

表3   T/CGAS 004—2018规定的三、四级小型丙烷储罐防火间距

 

T/CGAS 00420185.5节、第5.6节规定了容积V1 m3的五级储罐与建筑物的防火间距,远小于GB 511422015GB 500162014《建筑设计防火规范》(以下简称GB 500162014)对液化石油气储罐防火间距的规定,且未规定储罐与明火、散发火花地点的间距要求,见表4


4   T/CGAS 0042018规定的五级小型丙烷储罐防火间距

微信图片_20210511140815


②槽(罐)车装卸台柱的防火间距

 

液化石油气装卸过程中发生异常而导致事故频发,且处置难度大,是危化品安全监管的重点2GB 511422015规定的七级及以下液化石油气供应站槽车装卸台柱防火间距见表5

 

5   GB 511422015规定的七级及以下液化石油气供应站槽车装卸台柱防火间距

微信图片_20210511140808

 

与GB 51142—2015形成鲜明对比的是,T/CGAS 00420185.7节仅规定:“罐车卸液地点应满足罐车回车或停车的要求。”未对在现场进行卸液操作的丙烷汽车罐车与周围建筑物的防火间距做出规定。由于丙烷汽车罐车不应随意停靠进行装卸作业,必须设置固定泊位,这也意味着罐车卸液可能存在两种安全风险较大的情况,一是卸液泊位距离民用建筑和小型丙烷储罐过近,卸液时一旦发生泄漏容易引发邻近建筑物的火灾事故;二是卸液泊位距离民用建筑和小型丙烷储罐过远,引起卸液软管过长,增加了作业过程中对软管所经过区域进行安全监控的难度,一旦发生泄漏难以及时发现和处置,从而引发更严重的安全事故。

 

③储罐防护堤

 

GB 51142—20155.2.11条规定全压力式液化石油气储罐组四周应设置高度为1.0 m的不燃烧体实体防护堤,设置防护堤是为了防止当储罐或管道发生破坏时介质外溢造成更大的事故。T/CGAS 0042018则未要求设置防护堤。

 

④消防水系统

 

GB 51142—201511.1.1条规定液化石油气气化站在同一时间内的火灾次数应按一次考虑,消防用水量应按储罐区一次最大消防用水量确定;第11.1.2条规定储罐总容积小于或等于50 m3且单罐容积小于或等于20 m3的储罐或储罐区,可单独设置固定喷水冷却装置或移动式水枪,其消防用水量应按水枪用水量计算。

 

T/CGAS 00420189.5节规定了4 m3V10 m3的小型丙烷储罐供气场所消防给水设计流量及消防设施配置应符合GB 511422015等有关规定,而V4 m3的小型丙烷储罐供气场所可不设消防水设施。

 

⑤围墙

 

GB 51142—20155.2.2条、第6.1.1条规定液化石油气气化站边界应设置围墙。生产区应设置高度不低于2 m的不燃烧体实体围墙,辅助区可设置不燃烧体非实体围墙。

 

T/CGAS 00420185.3节规定容积2 m3V10 m3的小型丙烷储罐四周应设置高度不低于2 m的不燃烧体围墙,围墙下部0.6 m应为实体;容积V2 m3的小型丙烷储罐宜设置在相对低洼区域,且四周应设置防撞柱和围栏,防撞柱和围栏的高度不应低于0.5 m,距储罐的间距不应小于1 m

 

3.2  特种设备安全监察

 

TSG R 0005—2011《移动式压力容器安全技术监察规程》(以下简称TSG R 00052011)中的第3.11.10条规定:“装运冷冻液化气体和液态二氧化碳的移动式压力容器需装设卸液泵时,应当同时装设卫星定位系统(北斗或者GPS)且具备定点卸液的远程监控功能,并且符合本规程1.61.7的要求。装运其他介质的移动式压力容器不得装设卸液泵。”第5.10节第(5)条规定:“除应急救援情况外,禁止移动式压力容器之间相互装卸作业,禁止移动式压力容器直接向气瓶进行充装。”

 

丙烷带泵汽车罐车明显不属于TSG R 0005—20113.11.10条规定的装运冷冻液化气体和液态二氧化碳的移动式压力容器,属于装运其他介质的移动式压力容器,是不得装设卸液泵的。

 

TSG R 0005—20115.10节第(5)条禁止移动式压力容器直接向气瓶进行充装,是因为气瓶一般设置在用气建筑物旁边或内部,直接充装的危险性较大,发生事故对人身和建筑物周边影响较大。小型丙烷储罐一般不是设置在专用厂站内,而是像液化石油气气瓶一样设在用户房屋的旁边,现场向储罐内卸入丙烷液体的方式与TSG R 00052011规定的移动式压力容器直接向气瓶进行充装具有相同的环境条件和危险性,因此,在现场充装管理上宜与气瓶一致。

 

根据统计和风险分析,槽车装卸和气瓶灌装是液化石油气发生危险、酿成惨痛事故最多的环节,我国在对液化石油气槽车的管理上一直不允许槽车带泵运行,液化石油气槽车必须到厂站内利用站内烃泵和压缩机装卸车。此外,我国现行规范要求所有液化石油气储罐都必须设置在厂站内,将危险性和影响性控制在一定范围内,尚不存在小型丙烷储罐这样不在厂站内而直接邻近民用建筑设置的情况。因此,TSG R 0005—2011没有对不存在的情况做出规定,并不能理解为该做法属于监察规程允许的范畴。

 

3.3  设备产品标准

 

小型丙烷供气系统中的储罐、丙烷带泵汽车罐车以及集成过流保护功能的出液阀门和出气阀门等设备目前尚无国家标准或行业标准,也没有获得有关部门认可的其他类型的产品标准及标准框架下的产品检验合格证。

 

3.4  安全运行管理

 

小型丙烷储罐供气系统具有布点分散、紧邻用户的特点,安全运行管理难度较大,一旦发生事故对人员的伤害风险较高。根据美国化学品安全委员会(CSB)官方资料,199849日,美国爱荷华州艾尔伯特市的海利兄弟羽溪农场发生小型丙烷储罐沸腾液体膨胀蒸气爆炸(BLEVE)事故,事故起因是小型丙烷储罐至气化器的2条地上丙烷管道被车辆碰撞损坏,丙烷泄漏并被引燃,储罐吸收热量后引起罐内沸腾液体膨胀蒸气爆炸,事故导致2名消防员死亡、7名救援人员受伤、数栋房屋受损。2007130日,美国弗吉尼亚州一家小型综合便利店用作燃料的小型丙烷储罐发生泄漏爆炸事故,事故起因是操作人员在进行倒罐作业时,违规拆卸小型丙烷储罐液体排放阀门护盖,引起丙烷泄漏并发生爆炸,事故造成4名救援和技术人员死亡、6名其他人员重伤、1栋建筑物完全被摧毁,此地现在改成了纪念场所。

 

①电气防爆

 

GB 51142—2015附录A规定,露天设置的液化石油气储罐、工艺设施、卸液点等均应划分爆炸危险区域,并按GB 500582014《爆炸危险环境电力装置设计规范》进行电气防爆设计。供气系统的电气防爆在设计选型时容易解决,但由于小型丙烷储罐供气装置区不设置围墙且与民用建筑距离较近,难以做到对相邻民用建筑电气设施防爆或明火及散发火花地点等进行有效控制。

 

②运行安全管理

 

小型丙烷储罐供气系统运行管理上的定位为无人值守,T/CGAS 004—2018提出了较高的安全监控与信息化要求,但在大范围推广以后将面临监控和运营中心建设、安全运行维护、抢修半径设定、巡检和维修服务人员配备等管理问题。同时由于储罐和设备为开敞式设置,设备和部件的防盗、防恶意破坏也给安全管理带来难度。此外,带泵罐车违规充装作业、外部人员进入防爆区域进行危险活动等均可能造成安全管理失控,从而引发事故。目前解决上述问题的安全管理体系和运行机制均未建立。

 

③用气安全

 

农村燃气供应领域是小型丙烷储罐供气系统应用的主要方向,农村用户能源利用种类比较复杂,秸秆、薪柴、煤炭三大传统能源仍占主导地位3。农村用户对用能的价格敏感度高,很多家庭同时使用电炉、煤炉、柴火灶,有的还有沼气炉,当用户测算燃气不具备经济性时会转换使用其他燃料,这也导致农村用户的室内燃气设施存在长期停用的可能性,安全风险增加。此外,住房和城乡建设部20181114日发布的《农村管道天然气工程技术导则》规定:“农村燃气用户燃具应与气源相匹配,同一房间不得使用两种及以上的燃气。”主要是考虑用户私自换接不同气源时容易引发安全事故,农村丙烷燃气用户同样应符合该规定。

 

4   建议

 

①建立和完善供气系统标准体系

 

小型丙烷储罐供气技术的发展应用,必须是建立在工程建设技术标准体系、设备设施的产品标准体系、运行管理机制建立且完善的基础上。相关建设标准的制定应在确保安全的前提下与现行国家标准相协调;应制定相关设备产品标准,设备产品取得国家有关部门检验合格证方可应用。管理标准的制定和管理体系建立,应结合小型丙烷储罐供气技术特点,并应符合我国的实际情况。

 

②落实带泵汽车罐车应用许可

 

带泵汽车罐车是小型丙烷储罐气源配送的关键,该供气技术应用之前,必须得到国家特种设备安全监察局对在属于移动式压力容器的丙烷汽车罐车上装设卸液泵,以及通过车载丙烷卸液泵直接向与气瓶具有相同外部条件的小型储罐进行现场卸液充装的许可。

 

③加强气源保障研究

 

由于国内液化石油气的生产供应长期以来采取丙烷和丁烷混合的形式,小型丙烷储罐供气技术的推广应用,必须要考虑纯丙烷气源在国内炼厂的生产能力和进口规模,应加强对丙烷资源供应保障能力的分析和研究。资源保障能力不仅指资源量,还包括资源储存和运输配送能力,特别是在农村“煤改气”领域应用时必须坚持“以气定改”的原则。

 

④规定和限制供气装置设置的环境条件

 

小型丙烷储罐供气点的选择具有灵活便捷的特点,但应立足于降低安全风险,对于供气装置设置的外部环境条件应做出规定和限制。首先在城市和农村应有基本的区别;其次对于人员密集区域、重要公共建筑及其他发生事故后可能造成重大影响的区域和环境应给出有针对性的要求。充分考虑国内设备设施质量、管理水平、人员素质等现状条件,以保证安全为第一原则。

 

⑤理顺团体标准与国家标准的关系

 

团体标准T/CGAS 004—2018与现行国家标准GB 511422015GB 500162014在站点选址、防火间距、防火设施、安全设施配置等关键要素的规定存在差异,应进行沟通协调。目前,国家正在进行标准化体制改革,大力推广团体标准,但团体标准与国家现行标准之间应协调一致,团体标准应作为国家现行标准的补充、完善和提高。

 

5   结论

 

小型丙烷储罐供气技术的应用有利于能源供应方式多元化,对于改善我国农村能源供应具有积极意义。该供气方式在我国处于试点阶段,设施建设和运营管理经验欠缺,也缺少用户使用情况的反馈意见,应继续做好试点项目运营工作,为技术推广积累有益经验。此外,小型丙烷储罐供气系统是由带泵汽车罐车、储罐、工艺及监控设备、室外管道、户内管道及燃具等组成的完整系统,必须进一步完善供气系统的标准体系建设,落实政策法规许可,加强气源保障研究和完善安全管理要求,提高系统安全可靠性,以利于该项技术的推广应用。

 

参考文献:


[1]王良君管道液化石油气气源质量问题及对策[J煤气与热力,2009298):B21-B24.

 

[2]赵震,马艳艳,张彤液化石油气槽车装卸过程中发生泄漏应急处置措施的探索[J石油化工安全环保技术,2017331):29-33.

 

[3]邹晓琴,王丹,吴清,等全面建设小康社会背景下农村燃气市场开发策略思考[J天然气技术与经济,2016105):62-64.

 
 
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