液化氣儲罐介質：液化石油氣的基本知識

本文關鍵詞：液化氣儲罐|液化石油氣|

液化氣儲罐是盛裝液化石油氣的儲罐，液化石油氣是由多種烴類氣體組成的混合物，其主要成分是含有3個碳原子和4個碳原子的碳氫化合物，即：丙烷、正丁烷、異丁烷、丙烯、1-丁烯、順式-2-丁烯、反式-2-丁烯和異丁烯八種重碳氫化合物，行業(yè)習慣上稱碳三和碳四。另外還不同程度的含有少量甲烷、乙烷、戊烷、乙烯或戊烯(俗稱碳一、碳二和碳五)，以及微量的硫化物、水蒸氣等非烴化合物。碳原子少于3個的烴如甲烷、乙烷和乙烯常溫下很難液化，碳原子高于4個的戊烷、戊烯在常溫下呈液態(tài)，所以在正常情況下，這些都不是液化石油氣的組分。

一、烷烴

烷烴化合物是構成液化石油氣的主要化學成分，其化學分子式可用CnH2n+2(n≥1)表示。在烴的分子里，碳的化合價是四價，其余的價鍵都與氫原子相連接，直至4個價鍵完全飽和為止，故烷烴又稱飽和烴，其化學性質很不活潑。含有一個碳原子(n=1)的烷烴稱為甲烷，含有兩個碳原子的稱為乙烷，以此類推。當碳原子數在10個以上時，就用對應的數字來表示，例如，C3H8稱為丙烷，C12H26稱為十二烷。

從丁烷開始，每一種烷烴雖然化學分子式相同，但是由于分子結構不同，即分子內部原子的排列順序不同，因而具有不同的性質，這樣的化合物稱為同分異構體。例如，丁烷的同分異構體有正丁烷(碳原子的連接為直鏈)和異丁烷(碳原子的連接有支鏈)兩種。

二、烯烴

烯烴的化學分子式為CnH2n(n≥2)，烯烴的分子結構與烷烴相似，也是有直鏈或直鏈上帶有支鏈的，所不同的是在烯烴分子中含有碳碳雙鍵(C＝C)。當分子中碳原子數目相同時，烯烴分子中的氫原子要比烷烴分子中的氫原子少。因此，碳原子的價鍵不能完全和氫相結合，在兩個碳原子之間接成雙鍵。由于烯烴分子中碳原子的價鍵沒有飽和，故烯烴又稱為不飽和烴，其化學性質相當活潑。烯烴分子中雙鍵的位置和碳鍵排列的結構不同，都會出現重異構現象，所以它的同分異構體要比同樣碳原子數目的烷烴多。烯烴的命名與烷烴相近，即含有兩個碳原子的烯烴稱為乙烯，含有3個、4個碳原子的烯烴分別叫做丙烯、丁烯。

三、液化石油氣的質量要求

液化石油氣的來源不同，其成分和含量也不相同，為了準確了解液化石油氣的成分和含量，通常采用色譜法對其進行定性與定量要分析。中華人民共和國《液化石油氣》(GB 11174—1997)規(guī)定的質量指標見表

液化石油氣質量指標：

注：1. 密度也可用GB/T 12576方法計算，但仲裁按SH/T 0221測定。2. 蒸氣壓也可用GB/T 12576方法計算，但仲裁按SH/T 6602測定。

3. 按SY/T 7509方法所述，每次以0.1mL的增量將0.3mL溶劑殘留物混合液滴到濾紙上，2min后在日光下觀察，無持久不退的油環(huán)為通過。

4. 在測定密度的同時用目測法測定是否存在游離水。

硫化物(如硫化氫)是液化石油氣中的有害物質，它不但腐蝕設備和管道，導致液化石油氣泄漏，而且污染大氣，危害人體健康，因此，要盡量將液化石油氣中的硫化物除掉。但在民用液化石油氣中，為了便于察覺其泄漏，又常用微量的甲硫醇(CH3SH)等硫化物作加臭劑。

水分也是液化石油氣中的有害物質，除和硫化物共同對設備和管道起腐蝕作用外，在寒冷地區(qū)還容易結冰或生成水合物，造成管道和閥門堵塞，甚至破裂，因此，應盡量將其排除。

四、液化石油氣的物理特性

(一) 液化石油氣的狀態(tài)參數

液化石油氣所處的狀態(tài)，是通過壓力、溫度和體積等物理量來反映的，這些物理量之間彼此有一定的內在聯系，稱為狀態(tài)參數。

(二) 液化石油氣的物理特性

1. 比容、密度和相對密度

(1) 比容  指單位質量的某種物質所占有的體積，用符號V表示，其表達式為

式中U——某種物質的比體積，m3/kg；

V——該物質的體積，m3；

M—一該物質的質量，kg。

(2) 密度  指單位體積的某種物質所具有的質量。由于液化石油氣的生產、儲存和使用中經常呈現氣態(tài)和液態(tài)兩種狀態(tài)，因此，液化石油氣的密度就有氣體的密度和液體的密度兩種之分。

① 液化石油氣氣體的密度  其單位是以kg/m3表示。它隨著溫度和壓力的不同而發(fā)生變化。因此，在表示液化石油氣氣體的密度時，必須規(guī)定溫度和壓力的條件。一

氣態(tài)液化石油氣的密度隨著溫度及相應飽和蒸氣壓的升高而增加。在壓力不變的情況下，氣態(tài)物質的密度隨溫度的升高而減少，

② 液化石油氣液體的密度  以單位體積的質量表示，即kg/m3。它的密度受溫度影響較大，溫度上升密度變小，同時體積膨脹。由于液體壓縮性很小，因此壓力對密度的影響也很小，可以忽略不計。

(3) 相對密度  由于在液化石油氣的生產、儲存和使用中，同時存在氣態(tài)和液態(tài)兩種狀態(tài)，所以應該了解它的液態(tài)相對密度和氣態(tài)相對密度。

① 液化石油氣的氣態(tài)相對密度  指在同一溫度和同一壓力的條件下，同體積的液化石油氣氣體與空氣的質量比。求液化石油氣氣體各組分相對密度的簡便方法，是用各組分的相對分子質量與空氣平均相對分子質量之比求得，因為從表4-5中可以看出在標準狀態(tài)下1mol氣體的液化石油氣氣態(tài)比空氣重1.5～2.5倍。由于液化石油氣比空氣重，因此，一旦液化石油氣從容器或管道中泄漏出來，它不像相對密度小的可燃氣體那樣容易揮發(fā)與擴散，而是像水一樣往低處流動，在低洼處積存，很容易達到爆炸濃度。因此，用戶在安全使用中必須充分注意，廚房不應過于狹窄，要經常通風換氣，管溝應用于砂等填充實埋，防止聚積。

② 液化石油氣的液態(tài)相對密度  指在規(guī)定溫度下液體的密度與規(guī)定溫度下水的密度的比值。它一般以20℃或15℃時的密度與4℃或15℃時純水密度的比值來表示。

在常溫下(20℃左右)，液化石油氣液態(tài)各組分的相對密度約為0.5～O.59之間，接近水的一半。當液化石油氣中含有水分時，水分就沉積在容器的底部，并隨著液化石油氣一起輸送到用戶，這樣，既增加了用戶的經濟負擔，又會引起容器底部腐蝕，縮短容器的使用壽命。因此，液化石油氣中的水分要經常從儲罐底部的排污閥放出或倒出。

2、體積膨脹系數

絕大多數物質都具有熱脹冷縮的性質，液化石油氣也不例外，受熱會膨脹，溫度越高，膨脹越厲害。膨脹的程度是用體積膨脹系數來表示的。所謂體積膨脹系數，就是指溫度每升高1℃，液體增加的體積與原來的體積的比值。

3、體積壓縮系數

對于滿液的容器，當溫度升高時，液體的體積會膨脹，但由于受到容器容積的限制，液體將會受到壓縮。體積壓縮系數是指壓力每升高1MPa時液體體積的減縮量。

自然界中的物質所呈現的聚集狀態(tài)，有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)3種，其中任何一種狀態(tài)只能在一定的條件下(溫度、壓力)存在。當條件發(fā)生變化時，物質分子間的位置就要發(fā)生相應的變化，即表現為聚集狀態(tài)的改變。物質的聚集狀態(tài)在熱力學上稱為相，如液態(tài)稱為液相，氣態(tài)稱為氣相。在密封容器中，氣相和液相達到動態(tài)平衡時的狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。在飽和狀態(tài)下，液體和其蒸汽處于平衡共存狀態(tài)，也就是說液相蒸發(fā)成氣體的速度和氣相凝結成液體的速度相等，此時氣體中分子數不再增加，液體中分子數不再減少。

飽和狀態(tài)時的液體稱為飽和液體，飽和狀態(tài)時的蒸汽稱為飽和蒸汽，飽和蒸汽所顯示出來的壓力稱為飽和蒸氣壓。

溫度升高，蒸氣壓增大。另外液化石油氣的蒸氣壓和組分有關，隨著碳原子數的增加，蒸氣壓則減小。對于液化石油氣來說，常溫下，容器內部液化石油氣的壓力總比外界大氣壓力大得多，所以，液化石油氣盛裝在密閉的、具有足夠強度的容器中。

五、液化石油氣的燃燒特性

液化石油氣作為燃料，主要是通過燃燒以利用其熱量，因此液化石油氣燃燒的狀況直接影響到能源利用率和應用安全。

1. 燃燒的條件

燃燒是一種同時伴有發(fā)光、發(fā)熱的激烈的氧化反應。發(fā)光、發(fā)熱是物質燃燒的外觀特征，發(fā)生劇烈氧化反應則是物質燃燒的本質。

可燃物、助燃物和點火源是構成燃燒的三個要素，缺少其中任何一個要素，燃燒便不能發(fā)生。對于進行中的燃燒過程，若消除可燃物或助燃物中任何一個條件，燃燒便會終止。

大多數可燃物質的燃燒是在其揮發(fā)出蒸氣氣體狀態(tài)下進行的，由于可燃物的狀態(tài)不同，其燃燒特點也不同。

可燃氣體只要達到其本身氧化條件所需的熱量便能迅速燃燒，在極短的時間內全部燒光。這是因為氣體擴散能力強，分子之間極易燃燒，甚至能形成爆炸。

可燃液體的燃燒不是液體本身的燃燒，而是液體蒸發(fā)汽化與氧化劑在火源作用下的燃燒，而燃燒又加速了液體汽化，使燃燒得以擴展。由于液體燃燒在火源、升溫、汽化等過程的準備階段需消耗時間和熱量，因此，液體燃燒要比同種氣體物質完全燃燒過程所需的熱量多、時間長。由于液化石油氣中碳三、碳四組分的沸點都很低，雖然泄露出來為液體，但其汽化卻十分迅速，燃燒和爆炸的危險性同樣很大。

如果可燃物是簡單固體物質，如硫、磷等，受熱時首先熔化，然后蒸發(fā)燃燒，沒有分解過程。若是復雜物質，燃燒后氣態(tài)產物和液態(tài)產物的蒸氣著火燃燒。因此，固體燃燒相對于液體、氣體較為困難，燃燒速度較為緩慢。

(1) 燃燒反應方程式表示燃燒前后物質變化的方程式，它表示了反應物質之間的比例關系。

液化石油氣中主要組分的燃燒反應式如下。

C3H8+502→3CO2+4H2O+Q

C3H6+4.502→3CO2+3H20+Q

C4H10+6.502→4C02+5H20+Q

C4H8+602→4CO2+4H20+Q

以丙烷完全燃燒的反應方程式為例，其含義是1標準立方米體積的C3H8與5標準立方米體積的O2發(fā)生燃燒反應能生成3標準立方米的CO2與4標準立方米的水蒸氣，同時釋放出10×104kJ/m3的熱量。可見，由燃燒方程式可以知道燃燒多少液化石油氣需要多少理論氧氣量，燃燒后產生什么樣的氣體，產生多少體積的煙氣。

(2) 燃燒的空氣需要量燃燒所需的氧氣通常是從空氣中獲取，1體積的氧氣相當于4.76體積的空氣。則1體積丙烷完全燃燒所需的氧氣，從理論上需要的空氣量為5×4.76=23.8體積。

這種通過反應方程式計算出的空氣需要量通常稱之為理論空氣量。

在液化石油氣的實際燃燒中，僅僅供給理論空氣量是不能達到完全燃燒的，其原因是：

① 空氣中除含有21%的氧氣外，還含有大量的氮氣，它會帶走熱量而使火焰溫度降低，影響熱效率；

② 燃燒時液化石油氣與空氣中的氧氣不能均勻混合，缺氧時會發(fā)生不完全燃燒，因此，在實際燃燒中需要多供一些空氣量，才能保證燃燒完全。

實際供給空氣量與理論需要量之比，稱為過剩空氣系數，用符號α表示，即

過剩空氣系數的取值不能過大，過大易使空氣帶走燃燒產生的熱量；亦不能過小，過小則達不到完全燃燒，甚至會產生有毒的CO。對一般燃具，過剩空氣系數可取1.4～1.8。

C、S、P等元素在燃燒過程中分別生成CO2、CO、H2O、SO2、P2O5等物質。在氧化劑充足的條件下，液化石油氣完全燃燒，產生完全燃燒產物；在氧化劑不充足的條件下燃燒，會產生不完全燃燒產物。完全燃燒產物不能再進行燃燒，不完全燃燒產物遇氧化劑還會繼續(xù)深度燃燒。如液化石油氣完全燃燒時生成CO2；不完全燃燒時生成CO，CO遇空氣還可再燃燒，最終生成CO2。CO是一種無色氣體，比空氣輕，具有強烈的毒性，當空氣中含有10%的C0時，1～2min內可使人中毒死亡。CO2也是一種無色氣體，但比空氣重，不燃燒、不導電，有輕度毒性，濃度較高時，可使人窒息。因此，燃氣灶具間應有良好的通風條件，以使燃燒產物能及時排出。

3. 閃點與閃燃，自燃與自燃點

(1) 閃點與閃燃  各種液體的表面都有一定量的蒸氣存在，蒸氣的濃度取決于該液體的溫度。可燃液體表面的蒸氣與空氣混合，形成了混合可燃氣體，遇火源即發(fā)生燃燒。揮發(fā)性混合氣體遇火源能夠燃燒的最低溫度稱為閃點。在閃點時可燃液體的蒸發(fā)速度很慢，所產生的蒸氣量僅能維持極短時間的燃燒，而新蒸氣來不及補充，只是瞬間出現藍色火花，不能引起連續(xù)燃燒，這種現象就叫閃燃。

不同的可燃液體有不同的閃點，閃點越低，發(fā)生火災的危險程度就越大。液化石油氣主要組分的閃點都是非常低的。液體在閃點溫度以上時，因液體蒸發(fā)速度快，混合氣體中可燃氣體的數量增加，能夠維持連續(xù)穩(wěn)定的燃燒。因此，閃燃是液體發(fā)生火險的信號，是著火的前奏。閃點是評定可燃液體火災危險的主要指標。

(2) 自燃與自燃點  自燃是物質自發(fā)的著火燃燒，通常是由緩慢的氧化作用引起本身溫度升高或由外界溫度升高而引發(fā)的，即物質在無外界火源的條件下，在一定溫度下自行發(fā)熱，散熱受到阻礙而積蓄，逐漸達到自燃狀態(tài)。

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