天然气球罐置换方案初探2

　　天然气球罐置换方案初探2天然气球罐置换方案初探2化学与化工论文更新：2006411阅读：天然气球罐置换方案初探2
　　摘要：本文通过对天然气球罐几种置换方案介绍、分析和对比，并以学堂堡储配站天然气球罐置换为例介绍，说明天然气球罐可用天然气直接置换方法。
　　根据目前的技术水平和储配站的具体情况，球罐的置换方案一般有如下三种方法可以采纳。
　　1惰性气体置换法
　　用惰性气体先置换球罐里的空气，再用天然气置换球罐里的惰性气体。即把惰性气体作为置换中间介质，这里所说的惰性气体是指既不可燃又不可助燃的无毒气体。如氮气（N2或液氮）、二氧化碳（CO2）、烟气等，均可以采用。
　　此法具体操作过程是先将惰性气体充满球罐，加压到一定程度置换出空气，直至罐时惰性气体的浓度达到预定的置换标准为止；然后再以燃气充满球罐，同样加压到一定程度置换出惰性气体，从而完成置换程序。此法操作复杂、烦琐反复进行两次换气，不仅耗用大量惰性气体还耗用大量的燃气发生费用较高，其换气时间长，工作量大，既不经济且费事。但是它可以确保进人罐内的燃气不会与罐内空气接触，不会形成具有爆炸的混合气体。因此此法可靠性好，安全系数高，成功性大。对于本身有制气（惰性气体）手段和条件的工业、燃气行业普遍采用这一成熟的传统置换方案。
　　2水置换法
　　用水先置换球罐里的空气，再用天然气置换球罐里的水。即把水作为置换中间介质。
　　此方法操作过程是先将球罐灌满水以水排尽罐内空气，然后再排掉水同时充入燃气，待罐内水排尽时天然气也充满，置换就完成了。因为此法不但确保了进入罐内的天然气不会与罐内空气接触，不会产生具有爆炸性的混合气体，绝对安全可靠；而且水比其它惰性气体便宜得多，也很容易解决。而对于储配站内一般都设置了消防水池（栓）、消防泵房，充足的储水量以及配备的双电源等，这些给水置换带来了良好的条件。若是将置换工作安排在球罐的强度（水）试压会格后进行，即排水的同时进行充气置换，那更是一件很经济的事情。因此此法具有安全可靠、成功率高、操作简单、置换周期短、费用低和还可多台罐连续置换等优点。但是它要求球罐基础条件较好，即球罐基础（基座）可承担置换重量，同时置换用水浪费较大，对于1000m3以上球罐置换，考虑到球罐基础条件（因球罐投运多年）和置换用水量因素，一般不宜采用此法。
　　3燃气直接置换法
　　此法操作过程是直接将燃气缓慢通人球罐替换出空气，从而达到置换目的。其置换示意如图1所示。
　　当置换到一定程度时，从排空管的采样口取样，通过气相色谱仪进行分析，可以确定空气达到预定的置换标准，置换宣告结束。
　　此方法的特点是比较简便也较经济，但是具有一定的危险性。因为在置换过程中，球罐里必然要产生燃气与空气的混合气体，并且要经历爆炸极限范围。对于纯天然气来讲，它的爆炸极限为515，再考虑到其混合的不均匀性，天然气含量45以下均应视为危险区，遇火源，就要发生爆炸。为此必须严格控制，采取各种安全措施，确保无火种，才能安全地渡过其危险区。
　　要确保置换过程中，没有任何火源引爆这极具危险的混会气。为此进行如下分析：球罐的检查入孔、接管（进出气管、排污管）全部是封闭的，不可能由外部投入火种；球罐封闭前进行了开罐检查、试压、清扫等工序，有时还搁置了一段时间，内部不可能有残留火种；罐内没有活动部件，不可能因运动、撞击产生火花；唯一可能并需要控制的就是随进罐天然气流带入的火种。这种带人火种有两种：一是高速气流会因摩擦产生静电。但是，由于球罐及管道系统都有良好的接地，即便有静电负荷产生，也会立即通过接地装置导人大地，不会有电荷集聚导致高电位，而产生放电火花。二是高速气流吹动管道中可能残留下来的石块、铁屑、焊条头等固体物品带进球罐，与罐壁、内梯等碰撞产生火花，这种可能性是存在的，这就是危险。根源是高速气流，解决它关键是坚决杜绝高速气流而确保低速；即便有石块等杂物，也不会被吹动，也就不可能产生火花了；同时为了避免杂物带进球罐，应事先在进气管道上设置过滤器。根据暖通资料及管道实际吹扫经验，我们确定将置换球罐用天然气速度控制在3ms以下并采用流速计或
　　U型压力表（计）观察球罐升压速度的办法来测量其充气流速，用阀门的开度来控制流速（混气过程中控制阀前的压力要保持稳定）。
　　经上述分析、认识与措施，说明天然气球罐可用天然气直接置换；即先少量充气置换后再投入运行。该法必须注意排除其危险性，方法较简单，经济合理。目前我公司以及附近地区各燃气公司球罐的置换工作均采用天然气直接置换球罐里的空气方法，历经过了四十多次试验，已积累了一定的经验。
　　4燃气直接置换法实例
　　（1）试压、置换前的准备工作
　　成立球罐开罐检查（试压、置换）工作领导小组，明确具体的分工，各负其责。
　　经过多方研究讨论，确定了试压、置换方案，并制定了实施细则和具体措施，打印成文以便遵照实施。
　　对与球罐相联接的管道和设备进行了试压，对阀门、法兰、焊缝等各种设备和联接处都进行认真细致的检查，对有泄漏之处进行处理。
　　联接好试压、置换工作所需用的临时管道和设备。如加气管、排气管、空压机等；并作好其它一切有关的安全防范物质准备工作。
　　（2）试压及置换工艺流程
　　在球罐的排污阀（6）之后，加一短节。短节一端采用法兰联接，另一端盲死；在短节两侧各焊一加气管，并装上控制阀（7或8）加以控制，它们与空压机（9）相连。
　　以球罐的进（出）气管作为置换的进气管，球罐上的安全放空、增设的加气管（卸下空压机后）作为空气的放空管，也可作为取样点。如图2所示。
　　（3）试压、置换的操作步骤
　　为了便于指挥、控制，不致操作失误，在试压、置换前，首先关闭全部阀门，并加装盲板，使整个系统成为密闭状态。
　　打开球罐的进（出）气管上的阀门（4），向球罐缓慢充气，流速控制在3ms以下；当球罐充气到0。05MPa时，可适当提高充气速度，流速不超过5ms；当充装天然气到0。1MPa后，关闭进气阀（4）停止进气，开启加气管上的控制阀（7或8）缓慢地向外放散，其速度不超过10ms，表压为10KPa时停止放散，这时取样进行分析，确认天然气含量达到置换标准（50以上）；再次开启球罐的进气阀（4）以不超过10ms流速向球罐充装天然气，直至球罐运行压力0。78MPa为止，置换完毕。
　　在置换过程中，球罐的表压P（MPa）随进罐天然气体积V（m3）变化而变化，其变化过程视为等温过程（注：Pn为当地大气压，取值0。1MPa）。
　　通过以上关系式，可以算出各个工况下球罐里的天然气、空气体积组成及其压力变化情况见表1。
　　综上所述，经球罐置换的几种方案比较，以天然气直接置换较为方便、经济。虽然存在不安全因素，但是可以通过控制进气速度，以及采取各种安全措施协调配合，完全可以安全地越过混合气体爆炸极限范围，对于天然气球罐置换可以广泛采用此法。
　　参考文献
　　〔1〕卢永昌等编，城市燃气工人技术培训教材《燃气输配工》，中国建筑工业出版社，1996
　　〔2〕《压力容器安全技术监察规程》国家质量技术监督局颁布1999。6
　　〔3〕李泽震等编《压力容器安全评定》劳动人事出版社，1987
　　〔4〕《球形贮罐诊断与修复技术》劳动人事出版社，冶金工业钢铁研究总院编，1987