CN106594512B - 一种安全排爆天然气储气罐 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安全排爆天然气储气罐，包括罐体，罐体周身设有若干条通过切削加工与罐体形成一体的环状薄壁部一，环状薄壁部一将罐体周身分割为若干个模块，模块与环状薄壁部一共同组成爆裂部，爆裂部在罐体内的压力超过规定值的情况下开裂以将上述罐体内的压力向外部释放，罐体的上下周身上焊接有泡沫金属夹层，模块间通过泡沫金属夹层加强固定。由于环状薄壁部一的存在，待罐体内的压力超过设计的规定值时，罐体爆炸且形成若干个规定大小的金属块，大幅减少了小体积金属块的产生，使迸发的金属块能尽量被周围建筑物挡获，进而有效减少对周围人员的伤害，降低了天然气储气罐爆炸带来的伤害程度和危险性。

Description

一种安全排爆天然气储气罐
技术领域
本发明涉及石油天然气储气设备领域，特别涉及一种安全排爆天然气储气罐。
背景技术
现有使用的天然气储气罐储气压力高，储气量大，属于重大危险源，其安全性问题备受关注。对天然气储气罐安全问题的评估可用危险指数评价法来对其进行安全性评级，例如火灾、爆炸危险指数评价法，蒙德法及危险度评价法等，这些方法能够对天然气储气罐固有的危险性分析和危险等级划分，但对天然气储气罐所带来的伤害范围和主要的伤害形式的影响分析涉及较少。
天然气储气罐在发生爆炸时，一般是从罐体某个薄弱环节作为突破口，以激烈迸发的方式向外释放能量，罐体则以该突破口作为裂开源向周身开裂并分离成多个大小不一的金属块，并以极高的冲量向周围飞射，进而对周围的人员和建筑物造成巨大破坏。对天然气储气罐爆炸后分离的残片进行收集后分析发现，具有较强破坏力和杀伤力的往往是小块的金属片，更具体地说，对爆破能量和冲量进行计算得出，总的冲量和能量一定，质量越大的金属块其速度越小，单位面积造成的冲击力越小，质量越小的金属块其速度越大，单位面积造成的冲击力越大，为此，对于周围的建筑物和工作人员，大块的金属块由于速度慢，体积大，往往会被周围固定建筑物挡获，例如立柱和墙面，小块金属块由于体积小，速度快，反而不易被挡获，进而对工作人员造成致命伤害，这也可以通过对致死和致伤人员受伤因素比例加以佐证，为此，如果能够设计一种在发生爆炸时，能够减小小块金属块的产生的天然气储气罐，则能够有效控制天然气储气罐爆炸带来的伤害程度，进而减小天然气储气罐的危险性。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种安全排爆天然气储气罐，通过将罐体模块化，使罐体在符合使用规定要求的同时，减小罐体爆炸带来的伤害程度，降低天然气储气罐的危险性。
本发明采用的技术方案如下：一种安全排爆天然气储气罐，包括罐体，罐体周身设有若干条通过切削加工与罐体形成一体的环状薄壁部一，环状薄壁部一将罐体周身分割为若干个模块，模块与环状薄壁部一共同组成爆裂部，爆裂部在罐体内的压力超过规定值的情况下开裂以将上述罐体内的压力向外部释放，环状薄壁部一形成的凹陷结构填充有防腐填充层，罐体的上下周身上焊接有泡沫金属夹层，模块间通过泡沫金属夹层加强固定。
由于上述结构的设置，当天然气储气罐因意外发生不可避免的爆炸事件时，罐体内的压力急速升高并超过罐体自身能够承受的压力，由于环状薄壁部一的存在，罐体的周身的环状薄壁部一会最先开裂，并且，裂纹会沿着环状薄壁部一的沟壑方向生长扩大，待罐体内的压力超过设计的规定值时，在极短时间内，裂纹沿着环状薄壁部一的沟壑生长形成相应地封闭环状裂纹，罐体内的压力向外部释放的同时，由环状薄壁部一分割出来的模块脱离连接和支撑而被向外迸发，进而形成规定大小的金属块，整体上，罐体爆炸后形成若干个规定大小的金属块，根据设计的初衷，这些规定大小的金属块在将罐体爆炸能量分散的同时，减小了其获得的冲击速度，同时增大了金属块的体积，大幅减少小体积金属块的产生，使迸发的金属块能尽量被周围建筑物挡获，进而有效减少对周围人员的伤害，降低了天然气储气罐爆炸带来的伤害程度和危险性，间接提高了天然气储气罐的安全性。其中，考虑到环状薄壁部一形成的凹陷结构易沉积腐蚀性物质，进而使罐体的强度达不到设计要求，凹陷结构内填充有防腐填充层，更进一步地说，为使模块能够吸收缓冲更高的爆炸能量，并且为了提高罐体的结构强度和耐腐蚀强度，使设计的罐体结构能够符合国家安全标准，罐体的上下周身上焊接有泡沫金属夹层，模块间通过泡沫金属夹层加强固定，泡沫金属夹层不仅能够提高罐体的结构强度和耐腐蚀强度，还能加强模块之间的连接强度，分担模块受到的能量冲击，进而使模块能够吸收缓冲更高的爆炸能量。
进一步，罐体上至少一端的端面上设有泄压部，泄压部包括通过切削加工与罐体形成一体的环状薄壁部二，泄压部在罐体内的压力超过规定值的情况下开裂以将上述罐体内的压力向外部释放。当罐体内的压力超过规定值时，首先爆裂的地方为罐体的侧面，罐体内的爆炸能量通过罐体的侧面向外释放，继而规定了爆炸破坏的范围和方向，更进一步地控制了罐体爆炸带来的影响范围，降低了天然气储气罐的危险性。
进一步，环状薄壁部二形成的凹陷结构填充有防腐填充层。
进一步，泡沫金属夹层包括上下两层的不锈钢板和中间层的复合泡沫铝夹层，复合泡沫铝夹层选用空心微珠/铝复合泡沫材料。本发明采用的泡沫金属夹层不仅具有相比普通泡沫金属夹层更高的压缩屈服强度，还具有更高的吸能能力，能更好地与爆裂部发生协同作用，提高天然气储气罐的结构强度和吸能作用。
进一步，为更好地实施本发明的储气罐，沿罐体的轴向方向设有若干条分割槽，分割槽与环状薄壁部一交叉分割形成模块。
作为优选，防腐填充层由聚氨酯橡胶浇注形成，浇注形成的厚度不小于环状薄壁部一深度的2/3。
进一步，为使环状薄壁部一和环状薄壁部二能更好地发挥其作用，环状薄壁部一和环状薄壁部二的深度为罐体壁厚的1/4-2/3，具体深度则根据模块需要吸收的冲击能量和估算模块迸发的速度来综合确定。
进一步，为使迸发的模块能尽量被挡获，沿罐体的轴向方向，相邻环状薄壁部一之间的间距为其自身深度的200-500倍。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、当天然气储气罐因意外发生不可避免的爆炸事件时，由于环状薄壁部一的存在，待罐体内的压力超过设计的规定值时，罐体爆炸且形成若干个规定大小的金属块，这些规定大小的金属块在将罐体爆炸能量分散的同时，减小了其获得的冲击速度，同时增大了金属块的体积，大幅减少小体积金属块的产生，使迸发的金属块能尽量被周围建筑物挡获，进而有效减少对周围人员的伤害，降低了天然气储气罐爆炸带来的伤害程度和危险性，间接提高了天然气储气罐的安全性；
2、模块间通过泡沫金属夹层加强固定，泡沫金属夹层不仅能够提高罐体的结构强度和耐腐蚀强度，还能加强模块之间的连接强度，分担模块受到的能量冲击，进而使模块能够吸收缓冲更高的爆炸能量，罐体的安全性得到提高；
3、本发明的天然气储气罐根据现有结构加以改进和设计，并且并未对现有结构进行较大的改动，实用性强，通过测试得出，采用本发明结构的5000m3、储压1.2MPa的天然气储罐试验品爆破造成的影响区域仅达到100m，此距离处的门窗玻璃部分破碎，且金属块所达到的破坏距离仅为60m，此距离处的人员会遭受轻伤的危险。
附图说明
图1是本发明的一种安全排爆天然气储气罐透视结构示意图；
图2是本发明的安全排爆天然气储气罐正视结构示意图。
图中标记：1为罐体，2为环状薄壁部一，3为模块，4为泡沫金属夹层，5为泄压部，6为环状薄壁部二，7为分割槽。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2所示，一种安全排爆天然气储气罐，包括罐体1，罐体1周身设有若干条通过切削加工与罐体形成一体的环状薄壁部一2，环状薄壁部一2将罐体周身分割为若干个模块3，模块3与环状薄壁部一2共同组成爆裂部，爆裂部在罐体内的压力超过规定值的情况下开裂以将上述罐体内的压力向外部释放，环状薄壁部一2形成的凹陷结构填充有防腐填充层（图中未画出），罐体1的上下周身上焊接有泡沫金属夹层4，模块3间通过泡沫金属夹层4加强固定。
当天然气储气罐因意外发生不可避免的爆炸事件时，罐体1内的压力急速升高并超过罐体自身能够承受的压力，由于环状薄壁部一2的存在，罐体1的周身的环状薄壁部一2会最先开裂，并且，裂纹会沿着环状薄壁部一2的沟壑方向生长扩大，待罐体1内的压力超过设计的规定值时，在极短时间内，裂纹沿着环状薄壁部一2的沟壑生长形成相应地封闭环状裂纹，罐体1内的压力向外部释放的同时，由环状薄壁部一2分割出来的模块3脱离连接和支撑而被向外迸发，进而形成规定大小的金属块，整体上，罐体爆炸后形成若干个规定大小的金属块，根据设计的初衷，这些规定大小的金属块在将罐体爆炸能量分散的同时，减小了其获得的冲击速度，同时增大了金属块的体积，大幅减少小体积金属块的产生，使迸发的金属块能尽量被周围建筑物挡获，进而有效减少对周围人员的伤害，降低了天然气储气罐爆炸带来的伤害程度和危险性，间接提高了天然气储气罐的安全性。其中，考虑到环状薄壁部一2形成的凹陷结构易沉积腐蚀性物质，进而使罐体1的强度达不到设计要求，凹陷结构内填充有防腐填充层，更进一步地说，为使模块3能够吸收缓冲更高的爆炸能量，并且为了提高罐体1的结构强度和耐腐蚀强度，使设计的罐体结构能够符合国家安全标准，罐体1的上下周身上焊接有泡沫金属夹层，模块3间通过泡沫金属夹层4加强固定，泡沫金属夹层4不仅能够提高罐体1的结构强度和耐腐蚀强度，还能加强模块3之间的连接强度，分担模块3受到的能量冲击，进而使模块3能够吸收缓冲更高的爆炸能量。
更进一步地说，罐体1上至少一端的端面上设有泄压部5，即也可在罐体1的两侧面均设置泄压部5，泄压部5包括通过切削加工与罐体1形成一体的环状薄壁部二6，泄压部5在罐体1内的压力超过规定值的情况下开裂以将上述罐体1内的压力向外部释放。当罐体1内的压力超过规定值时，首先爆裂的地方为罐体1的侧面，罐体1内的爆炸能量通过罐体1的侧面向外释放，继而规定了爆炸破坏的范围和方向，控制了罐体1爆炸带来的影响范围，降低了天然气储气罐的危险性。
更进一步地说，环状薄壁部二6形成的凹陷结构填充有防腐填充层，以防止其受到腐蚀。
更进一步地说，泡沫金属夹层4包括上下两层的不锈钢板（图中未画出）和中间层的复合泡沫铝夹层（图中未画出），复合泡沫铝夹层选用空心微珠/铝复合泡沫材料。本发明采用的泡沫金属夹层4不仅具有相比普通泡沫金属夹层更高的压缩屈服强度，还具有更高的吸能能力，能更好地与爆裂部发生协同作用，提高天然气储气罐的结构强度和吸能作用。
更进一步地说，为更好地实施本发明的储气罐，沿罐体的轴向方向设有若干条分割槽7，分割槽7与环状薄壁部一2交叉分割形成模块3。
更进一步地说，防腐填充层由聚氨酯橡胶浇注形成，浇注形成的厚度不小于环状薄壁部一深度的2/3。
更进一步地说，为使环状薄壁部一2和环状薄壁部二6能更好地发挥其作用，环状薄壁部一2和环状薄壁部二6的深度为罐体1壁厚的1/4-2/3，具体深度则根据模块3需要吸收的冲击能量和估算模块3迸发的速度来综合确定。
更进一步地说，为使迸发的模块3能尽量被挡获，沿罐体1的轴向方向，相邻环状薄壁部一2之间的间距为其自身深度的200-500倍。
为了更好地说明本发明的天然气储气罐的积极效果，以现有的5000m3、储压1.2MPa的天然气储罐为试验品，在该罐体上通过机械切削加工出三条环状薄壁部一，其中，环状薄壁部一的宽度为2cm，深度为1.5mm，相邻环状薄壁部一之间的间距为30cm，泡沫金属夹层的上下不锈钢板用1.00 mm厚Q235不锈钢板，空心微珠/铝复合泡沫材料用80μm的空心球/1199Al复合泡沫，泡沫金属夹层的长度为罐体轴向长度的3/5，宽度为罐体半径的3/2，防腐填充层用聚氨酯橡胶，填充厚度为1.2mm，分割槽沿罐体的轴向方向分布为两条，单条分割槽的长度为罐体长度的2/3，宽度为2cm，深度为1.5mm，通过爆炸试验测得，距离爆炸中心15.7m的范围，周围建筑物损伤较厉害，爆炸产生的飞片具有很强破坏力，距离爆炸中心60m内的范围，飞片分布较多，建筑物能够挡获，60m外零星散布一部分飞片，此距离处的人员会遭受轻伤的危险，距离爆炸中心100m内的范围，受到冲击波的影响，此距离处的门窗玻璃部分破碎，物飞片分布。据于此，本发明的天然气储气罐能够有效减少对周围人员的伤害，降低了天然气储气罐爆炸带来的伤害程度和危险性，间接提高了天然气储气罐的安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种安全排爆天然气储气罐，包括罐体，其特征在于，罐体周身设有若干条通过切削加工与罐体形成一体的环状薄壁部一，环状薄壁部一将罐体周身分割为若干个模块，模块与环状薄壁部一共同组成爆裂部，爆裂部在罐体内的压力超过规定值的情况下开裂以将上述罐体内的压力向外部释放，环状薄壁部一形成的凹陷结构填充有防腐填充层，罐体的上下周身上焊接有泡沫金属夹层，模块间通过泡沫金属夹层加强固定。
2.如权利要求1所述的安全排爆天然气储气罐，其特征在于，罐体上至少一端的端面上设有泄压部，泄压部包括通过切削加工与罐体形成一体的环状薄壁部二，泄压部在罐体内的压力超过规定值的情况下开裂以将上述罐体内的压力向外部释放。
3.如权利要求2所述的安全排爆天然气储气罐，其特征在于，环状薄壁部二形成的凹陷结构填充有防腐填充层。
4.如权利要求1或2所述的安全排爆天然气储气罐，其特征在于，泡沫金属夹层包括上下两层的不锈钢板和中间层的复合泡沫铝夹层，复合泡沫铝夹层选用空心微珠/铝复合泡沫材料。
5.如权利要求1或2所述的安全排爆天然气储气罐，其特征在于，沿罐体的轴向方向设有若干条分割槽，分割槽与环状薄壁部一相互交叉。
6.如权利要求1或3所述的安全排爆天然气储气罐，其特征在于，防腐填充层由聚氨酯橡胶浇注形成，浇注形成的厚度不小于环状薄壁部一深度的2/3。
7.如权利要求2所述的安全排爆天然气储气罐，其特征在于，环状薄壁部一和环状薄壁部二的深度为罐体壁厚的1/4-2/3。
8.如权利要求1或2所述的安全排爆天然气储气罐，其特征在于，沿罐体的轴向方向，相邻环状薄壁部一之间的间距为其自身深度的200-500倍。
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