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天然气球罐置换方案初探

时间:2007-1-27栏目:化学化工论文

  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。

随着城市燃气事业的迅速发展,为解决天然气供气不均匀性即日负荷调峰问题,根据重庆的天然气资源、实际环境条件和多年的实践经验证明,一般在储配站按要求宜设置多台球型储罐。目前,重庆燃气有限责任公司共建设了19台球罐,几何容积共23,600m3。同时为满足逐年用气量增加的趋势,还计划在江北区溉澜溪头塘建造6台(每台几何容积为10000m3)球罐的大型储配站。按照国家质量技术监督局颁布的《压力容器安全技术监察规程》的要求,公司每年都有球罐开罐检查的任务,它包括超声波或磁粉探伤、射线照相检查、测厚和球罐表面的防腐处理等工作。并对有缺陷部位进行维修,检查合格后需对球罐进行强度和严密性试验;试压合格后再对球罐进行置换。球罐置换首先要确保球罐的自身安全;其次是确保第一次由球罐中供出的燃气能满足用户的使用要求。球罐置换是一项危险性的工作,若置换方案选择不当或操作失误,均可能发生恶性事故造成惨重损失。为此,球罐置换的安全问题显得特别重要;其次,球罐置换还应考虑经济问题,若方案不当将造成置换工作量大,费用高。用什么安全、经济的方法将罐内的空气置换到允许标准,这是一个值得探讨的问题。对此发表一些看法和意见,仅供参考。

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5~15%,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3m/s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

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