气体冲装系数理论

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1、低压液化气瓶设计与充装过程防火技术的理论研究中国消防在线

2、时间：2007-05-24

3、文章来源：                                   作者：上海市消防局防火监督部重点处 谢佳    【摘要】本文简述了石油化工企业中广泛使用的低压液化气体气瓶的定义和结构，对其在化工生产中所占据的重要性和火灾危险性作了简要的分析，着重阐述了低压液化气体气瓶设计、充装过程中的防火安全技术和日常安全管理措施。    【关键词】气瓶　低压液化气体　设计　充装　防火技术    1．低压液化气

4、瓶的定义和结构简述    通常所谓气瓶，是指在正常环境下（-40℃~60℃）可重复使用的公称工作压力为1。0~30Mpa（表压），公称容积为0。4~1000L的盛装永久气体、液化气体或溶解气体的移动式压力容器，它是现代化工业生产中使用最为普遍的一种移动式压力容器。有些气瓶中盛装的气体经降温、加压过程液化后，瓶内保持气、液相平衡状态。这些气瓶的充装压力一般不超过10Mpa，习惯上把充装这些气体的气瓶称为低压液化气瓶。低压液化气瓶的结构形状有二种，一种是容器两端不相对称的，有头部和底部之分，形如瓶状

5、，容积较小，一般都在200L以下，常用的为40L左右；另一种是桶状，两端封头对称，容积较大，约为200~1000L。国家关于压力容器的安全规定原则上对气瓶也是适用的，但气瓶相对于其它压力容器有一些特殊性，为此，国家职能部门专门制定了《气瓶安全监察规程》。本文亦基于低压液化气瓶的部分特殊性，对其设计、充装过程中以及部分日常维护保养的防火安全技术加以研究。    2．低压液化气瓶在生产中的重要性和火灾危险性    低压液化气瓶在化工生产中的应用十分广泛。在化工生产中，大量的反应介质或半成品、成品都需

6、要以低压形式或永久或临时性存在。低压液化气瓶具有占地小、便于移动、操作简单等优点，因此承担着存储、中转这些物质的需要。但由于气瓶的工作条件带有一定的压力并且可能由于工艺条件的波动造成压力超标，加之盛装物质可能具有一定的易燃、易爆、毒害或腐蚀等危险性，低压液化气瓶的材质有可能会强度下降，产生疲劳和腐蚀。此外，气瓶的频繁重复被使用，可能会造成阀门和安全附件的可靠性降低，如果忽略定期检测，就很容易发生破坏性事故，而且其事故损失要比一般性设备事故造成的损失大。据统计，在石油化工企业中每年压力容器事故约占

7、所有设备事故的一半以上，其中由低压液化气瓶造成的事故在其中占有相当的比例。因此，加强对化工企业中被广泛使用的低压液化气瓶的安全管理是很重要的。    尽管如此，但事故也并非完全无法避免。低压液化气瓶的运行也有其客观规律，只要掌握了它的特点，在设计、选材、制造、充装、使用和日常维护保养和安全管理上采取一系列有效的措施，其事故是可以避免的。    3．低压液化气体气瓶过量充装的火灾危险性和压力增量计算    3。1　过量充装的火灾危险性    低压液化气瓶在使用温度范围内，总是以饱和液体状态存在的，

8、其内部是气、液相平衡状态。如果充装过量，当环境温度升高时，瓶内液体随温度的升高而不断膨胀，并达到新的气液平衡，饱和蒸气压增大。饱和蒸气压升高和液体膨胀的双重作用，即可使瓶内压力大幅度增加，当压力增至气瓶材质的耐压极限时，即有可能由于材质无法承受过高压力而发生物理性爆炸，瓶内气体爆发式外泄起火，发生爆炸。因此，要对低压液化气体气瓶过量充装的增压量进行计算，以准确掌握事故发生的客观规律，从而在工艺操作中加以控制以避免火灾、爆炸事故的发生。    3。2　过量充装的压力增量计算    3。2。1　不考

9、虑气瓶体积形变时的增压量计算    设气瓶在温度t1时，瓶内充满液体气体，此时瓶内的压力为P1（此即所装液化气体在温度t1时的饱和蒸气压力），当气瓶内的液体温度由t1升至t2，则液体的体积由V1增大至V2    V2=V1+β(t2-t1)V1=V1(1+β△t)　　　　　　　　（3—1）    式中β—液化气体由温度t1至t2时的平均体积膨胀系数，L/℃；    △t—液化气体的温度差，℃。    气瓶的体积为常数，于是液体的体积将受到压缩，压力升高    （3—2）    式中α—液体在△t

10、范围内体积的平均压缩系数，L/Mpa（绝）；    △P—压力增量，Mpa。    将式（3—1）代入式（3—2）得    （3—3）    △P表示在△t温度变化范围内，气瓶由饱和蒸气压力上升的压力增值，即液体的不可压缩性形成的。△P与液体的体积膨胀系数成正比，与压缩系数成反比，而这两个系数相差甚大，有时达一个数量级，例如在20℃的温度下，液氯的α=170×10-5Mpa-1，β=210×10-5℃-1；而在60℃时其α=330×10-5Mpa-1，β=278×10-5℃-1。    3。2。