液化石油气罐车事故处置中倒罐技术探析
发布时间：2019-04-01 发布作者：
摘要：液化石油气罐车事故处置中，倒罐是重要的技术和方法之一，为了提高液化石油气罐车事故处置效率，本文分析了压差倒罐和烃泵倒罐的基本原理、实施方法、技术特点，提出了两种倒罐方法的技术要求，丰富了液化石油气罐车事故救援理论，为应急消防部门处置此类事故提供了一些借鉴。
液化石油气是目前生产生活中使用较多的能源之一，通常以槽罐车作为主要陆地运输工具。液化石油气具有较强的挥发性和燃爆性，在运输过程中稍有不慎就会造成泄漏，并可能引发火灾或爆炸，造成巨大经济损失和重大人员伤亡。消防救援力量处置此类事故时，通常采用“先堵后倒”的技战术方法，即在堵漏成功后实施倒罐，快速、高效排除险情。但倒罐的实施方法较为复杂，操作要求较高，需要消防指战员具备一定的基础理论，因此本文在分析压差倒罐和烃泵倒罐两种常用倒罐方法的基本原理基础上，提出了两种倒罐方法的实施要点和注意事项，为液化石油气罐车泄漏事故现场实施倒罐作业提供了一定的技术理论指导。
一、液化石油气性质及罐车结构
（一）液化石油气的理化性质
在常温常压下液化石油气为无色气体，主要成分为C3和C4的烷烃、烯烃，爆炸极限为1.5%～9.5%。常温加压后石油气液化，液相密度约为0.56×103kg/m3，通常存储在钢制容器内，液化石油气一旦泄漏，在常温下会挥发至原来体积的250～300倍，扩散距离较远，范围较大。
（二）液化石油气罐车的主要附件
液化石油气罐车是用来运输液化石油气的储运式受压容器，罐车主体部分由底盘和罐体构成，罐体的设计压力为1.8MPa～2.2MPa，设计温度为50℃。根据罐体挂载形式不同，罐车可分为固定式和半挂式两种，主要附件有：
（1）安全阀
（2）通常安全阀安装在罐车顶部，采用内置式弹簧安全阀，罐体内气体超压时，其作用在安全阀上的力大于弹簧弹力，安全阀起跳释放超压气体；罐体内气体压力降低后，安全阀回座关闭，从而避免罐体内部超压引发的破裂，保证罐车运行安全可靠。
（3）液位计是用来观察车罐体内液面高度的仪器，分为浮子式和旋转管式，图1为旋转管式液位计的外观图。需要注意的是，当罐车的倾斜角大于30°时，液位计指针度数失效。（本文相关推荐：
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（4）阀门箱。阀门箱通常设置在罐体一侧，内设压力表、温度计和气、液相阀及管路，如图2所示。压力表的刻度盘较大值为罐体设计压力的2倍；温度计的测量范围为-35℃～60℃；气、液相阀及管路分别连接气、液相软管，通过开关气、液相球阀实施装卸料。图2左侧为液相阀门及管路，管路直径为50mm；右侧为气相阀门及管路，管路直径为25mm。
二、液化石油气罐车的倒罐技术
（一）压差倒罐技术
（1）基本原理
压差倒罐采用连通器原理，将事故装置（事故罐车）与安全装置（倒罐用安全罐车）上端气相空间相连通，下端液相连通，通过两装置之间的液位差将液体由事故装置倒入安全装置内，如图3所示。
倒罐开始时，在事故装置1-1截面和安全装置2-2截面之间的伯努利方程为：
式中，z为液面到基准面的垂直距离，m；p1为事故装置内的气相压力，kPa；p2为安全装置内的气相压力，kPa；ρ为液化石油气密度，kg/m3；u1是事故装置的截面液体流速，m/s；u2是安全装置的截面液体流速，m/s；Hf为液相管阻力损失，m。由于两装置的气相管连通，则p1=p2；倒罐初期事故装置的液面面积比液相管截面积大得多，因此事故装置的截面流速可忽略不计，即u1=0。同时，由流体力学基础理论可知，液相管阻力损失（Hf）为局部阻力损失（hj）和沿程阻力损失（hf）之和，则由式（1）可得：
式中，ξ为局部阻力系数，与管件的材质和形式有关，由实验测定；λ为液相软管沿程阻力系数，常取Re/64（Re为雷诺系数）；l为液相软管长度，m；d为液相软管内径，m。则式（2）可记为：
压差倒罐中管件阀门、液相连接软管材质和管径均为标准件，由上式可知，若要提高倒罐速度u2，则需增大两罐体之间的高差ΔH；若两装置的高差一定，若要提高倒罐速度u2，则需减小沿程阻力损失，即减小液相软管的长度l。因此，实施压差倒罐时要求两装置之间的高差为15m～20m，以保证倒罐速度。
（2）实施方法
压差倒罐的实施方法较为简单，只需用专用胶管将事故装置与安全装置的气、液相管路分别连通，便可实施压差倒罐作业。倒罐过程中若专用胶管长度不足，可调用专用胶管延长接头，将管路串联使用。
（二）烃泵倒罐技术
（1）基本原理
烃泵倒罐是在液相中加入了动力源，需使用专用的液化烃泵进行倒罐，如图4所示。液化石油气极易气化，倒罐中液化烃泵安装有着严格的要求，否则在倒罐中会出现汽蚀和气塞，导致烃泵抽空或空转，造成烃泵损毁，引发大规模泄漏。
根据伯努利方程、泵汽蚀余量公式和液相管道阻力损失计算公式可得出泵的较大安装高度为：
式中，p0为现场气温下液化石油气饱和蒸气压，MPa；pv烃泵进液口处液体压强，MPa；ρ为液化石油气密度，kg/m3；Δha为汽蚀余量，m；Hf为烃泵入口软管阻力损失，m。汽蚀余量与烃泵本身的性能有关，烃泵倒罐中液化石油气的饱和蒸气压恒定，液相连接软管材质和管径均为标准件。由上式可知，若保证烃泵不发生气蚀，须确保烃泵进液口压力pv大于液化石油气饱和蒸气压p0，从而需要将液化烃泵低于事故罐车罐体一定高度安放。另外，泵的较大安装高度Hgmax与液相软管长度l有关，若要提高泵的安装高度则需减少软管长度l，这就需要软管与泵的入口尽可能直线连接，减少不必要的软管长度。
（2）实施方法
在实施烃泵倒罐之前，首先检查罐车和罐体的温度和压力是否正常。然后打开阀门箱，将事故罐车与安全罐车的气相管路连接，事故罐车和安全罐车的液相管路分别接在液化烃泵的入口和出口上。在保证各管道阀门连接牢固并做好消除静电工作后，启动烃泵开始输转倒罐。
三、常用倒罐技术的特点和要求
（一）压差倒罐技术
（1）技术特点
压差倒罐不需要动力源，只需连接管路即可实施倒罐，操作较为简单，可作为液化石油气罐车事故现场倒罐的首选方式。但受两罐车高差和管线敷设限制，实施压差倒罐时两车罐内压力极易平衡，需要调用多台安全罐车轮换作业，倒罐持续时间较长；在倒罐前，需要充分利用天然地势高差布置安全罐车，或原地挖掘深沟降低安全罐车高度，确保两车罐体间的压力差较大。
（2）技术要求
连接管路后注意巡查管线是否连接牢固。需要注意的是，当事故罐车侧翻或仰翻时，罐内的气、液相介质上下颠倒，需判断液面与气、液相管路接口位置，必要时连接管路需“气液反接”，即将事故罐车的气相管路与安全罐车的液相管路相连，事故罐车的液相管路与安全罐车的气相管路相连接。
（二）烃泵倒罐技术
（1）技术特点
烃泵倒罐不需要创造两车罐体高差，易于现场实施、耗能少，倒罐速度快。但对液化烃泵的安装要求较高，需避免发生气蚀和气塞损毁泵体，引发液化石油气大量泄漏。同时对倒罐作业防爆水平要求较高，液化烃泵的输入额定电压为380V，可采用消防车自备发电机供电，但采用此种方式供电时，要确保现场绝对防爆。
（2）技术要求
为了防止气蚀，液化烃泵低位安装，保证泵进液口静压足够大，应尽量减少烃泵入口软管阻力损失，保证泵入口管路长度不大于5m，且尽量减少管路弯曲。在实施倒罐前，需确保事故现场液化石油气浓度已降低至爆炸下限以下，连接的电气线路要求绝对防爆，对于泄漏气体浓度较高的现场，可预先稀释泄漏气体。当事故罐车内的压力过低时，也可以采用液化烃泵与压缩机联用，增大事故罐体内压，以避免出现气塞。
四、结语
本文就压差倒罐和烃泵倒罐的原理和实施方法进行了深入分析，阐述了两种倒罐技术的特点，提出了技术操作要求。消防救援力量在制定倒罐决策时，应充分听取技术专家的意见和建议，首选压差倒罐方法，在专业技术人员指导下实施烃泵倒罐，以确保处置中现场人员安全。
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