1·引言
随着液化气的大量使用，液化气储罐爆裂诱发的火灾爆炸事故不断增多。1998年3月5日，西安煤气公司液化石油气管理所11号球罐爆裂，引发火灾爆炸事故，造成11人死亡（包括7名特勤消防队员），三十多人重伤。诸如此类的事故造成了大量财产损失和人员伤亡。因此，很有必要对液化气储罐在外焰加热条件下的爆裂原因进行分析，以便为储罐设计部门及消防人员预防类似事故提供参考。
2·爆裂原因分析
近年来，有关人员对外焰加热、机械碰撞及小孔泄漏条件下液化气储罐的爆裂进行了一系列研究，并编制了用以分析各种条件下储罐响应的仿真程序。通过对仿真结果的分析，认为在外焰加热条件下造成液化气储罐爆裂的原因主要有以下几点。
2．1安全阀打开后压力的上升
在外焰加热储罐的情况下，随着储罐内蒸气区温度的不断升高，压力将逐渐升高。到达阀门打开压力后，阀门打开，储罐内压力陡然下降。PLGS仿真结果表明，研究阀门打开后储罐内压力的变化情况，对分析外焰加热条件下的储罐的爆裂意义重大。
图1 储罐压力（85%丙烷喷射火焰）
图2 填充量（85%丙烷喷射火焰）
图1为喷射火焰加热情况下装有85%丙烷的卧罐内的压力变化曲线。图2为考虑液体膨胀和不考虑液体膨胀时液面的变化曲线。文献中的现场实验也显示了同样的结果。从图中可以看出，阀门第二次打开后，储罐内压力首先经历了一个陡然下降的过程，然后在不长的时间后，储罐压力在阀门打开的情况下出现攀升。其原因是安全阀打开导致储罐压力的突降，使得储罐内靠近液面的大部分饱和液体处于相应压力下的过热状态。一方面，这部分过热的液体迅速气化。使得蒸气区的质量大量增加（此时尽管阀门打开，但由于较强的外焰加热，使阀门泄放的质量小于气化和蒸发输送到蒸气区的质量）。另一方面，液体气化时将在液体内产生大量气泡，使液面迅速抬升，压缩蒸气空间（从图2 可以看出）。这两个因素都会导致压力的回升。同时，储罐内压力的升高会使大量气泡破裂，这又会进一步造成压力的上升。也就是说，阀门打开后导致的压力下降速率小于以上各种因素导致的压力上升速率，从而使储罐压力不降反升。从图中可以看出，压力上升的最大值甚至超过安全阀的打开压力。如果储罐壁由于制造上或受腐蚀的原因存在裂纹或缺陷，此时极易引发储罐爆裂。
阀门打开后储罐压力上升的最大值，主要与液体的过热度、加热储罐的热流强度、阀门及容器的几何尺寸、填充量的多少等有关。需要指出的是，阀门打开后压力升高引发的爆裂，在一定条件下可能会诱发BLEVE（沸腾液体膨胀蒸汽爆炸）现象，其取决要素主要为液体的性质、液体过热度、加热热流强度、阀门及容器的几何尺寸、填充量等。
2．2储罐壁的热应力及高温引起的材料软化
储罐壁在外焰加热情况下，往往能达到很高的温度。特别是在蒸气区，由于蒸气与壁面间的综合换热系数小，蒸气区部分壁面温度能达到800℃左右。表1为文献的实验中测得的储罐爆裂提供了前提条件。在液体区，液体与壁面间的换热系数很大，因此壁面温度较低。由于液面随阀门的打开和关闭而不断涨落，使得部分壁面时而处于蒸气区，时而处于液体区（由图3中可看到），经历着剧烈的温度变化。温度的变化范围在短时间内可达几百度，如此剧烈的温度变化和高温会在储罐壁内产生很大的热应力，与压力引起的应力共同作用，导致储罐壁面爆裂。
表1
图3 罐壁温度（85%丙烷喷射火焰）
3·爆裂过程分析及预防措施
上面我们分析了诱发爆裂发生的原因，即压力引起的应力和热应力及储罐壁材料的软化引起储罐壁局部爆裂。使液化气以气液两相的混合物从裂口喷出，依据受热情况、液体性质、液体过热度的大小、器壁材料的强度不同，可产生三种结果：
（1）容器壁材料强度能够承受液化气迅速气化导致的压力增加，则裂口不再扩大；
（2）容器壁材料强度不能够承受液化气迅速气化导致的压力增加，则裂口进一步扩大，甚至导致容器爆炸；
（3）在容器爆裂后裂口在一定时间内不再扩大，随着气化程度的加剧，裂口重新扩展，直到液化气全部溢出。
液化气储罐爆裂事故的预防措施，我们已在文献中提及，这里不再阐述。
4·结论
通过对PLGS数值模拟结果的分析，我们可以得到以下结论：储罐压力在阀门打开后的上升，储罐壁内的热应力及高温引起储罐壁材料的软化是导致储罐爆裂的主要原因。为了准确预测储罐的爆裂，有必要对外焰加热条件下的储罐进行应力和强度分析。
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