論天燃氣存量球罐的置換可行性及方法

1、<p>　　論天燃氣存量球罐的置換可行性及方法</p><p>　　摘要：在當今社會,隨著經(jīng)濟的進步和科技的發(fā)展,在燃氣行業(yè)中電腦開始占據(jù)著越來越重要的位置, 本文通過對天然氣球罐幾種置換方案介紹、分析和對比，并以學堂堡儲配站天然氣球罐置換為例介紹，說明天然氣球罐可用天然氣直接"置換"方法。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：天然氣；置換；安全 </p>

2、;<p>　　中圖分類號：U473.2+4文獻標識碼：A文章編號： </p><p>　　1.球罐用天然氣直接置換的可行性分析 </p><p>　　天然氣的主要成分為甲烷CH4，比重約為0.58，爆炸極限約為5%～15%，最小點火能量約為0.28MJ。10000m3天然氣球罐的設(shè)計壓力為1.05MPa，設(shè)計溫度為-21℃～44℃，工作壓力為0.25～0.95MPa，氣密試驗

3、壓力為1.05MPa，氣壓試驗壓力為1.21MPa。球罐安全閥啟動壓力為1.05MPa，回座壓力為1.00MPa。 </p><p>　　直接置換就是利用所要儲存的天然氣直接替換出罐內(nèi)原有的空氣達到合格標準后，球罐即可投入正常運行。為了保證球罐首次供出的天然氣能滿足安全和用戶的使用要求，一般來講將混合氣中含氧量2%作為置換終點。此時，天然氣與空氣的混合比為9.5∶1。 </p><p>　

4、　以10000m3球罐為例。向球罐內(nèi)充裝天然氣，當球罐工作壓力達到0.95MPa時，由氣體定律得知，空氣在球罐內(nèi)占容積為954m3，天然氣為9046m3。此時，球罐內(nèi)混合氣體的含氧量為2%。這就是說，可以采用只混氣、不放散的特殊處理方式達到轉(zhuǎn)換目的。這樣做既省時、省事，又省經(jīng)費。 </p><p>　　在向球罐內(nèi)充裝天然氣與空氣混合的過程中，當天然氣的濃度達到5%～15%的爆炸極限范圍時，若遇火源就會發(fā)生爆炸事故

5、。這是用天然氣直接置換的最危險階段。再考慮到壓力、溫度對天然氣爆炸極限的影響，以及天然氣在球罐內(nèi)與空氣混合時的不均勻性等因素，故可把天然氣濃度在45%以下視為存在爆炸危險。 </p><p>　　球罐內(nèi)天然氣與空氣混合形成的爆炸性氣體要發(fā)生爆炸的條件是必須有火源。在密封的球罐內(nèi)可能產(chǎn)生火源的因素有兩個：一個是在充裝天然氣時因高速氣流與管道、球罐內(nèi)壁摩擦產(chǎn)生靜電放電火花;另一個是因高速氣流吹動管道、球罐內(nèi)殘留的鐵屑

6、、焊渣等堅硬物體與罐壁碰撞產(chǎn)生火花。這兩個致火因素完全可以采取高壓空氣掃除、防靜電接地、控制流速等有效措施加以消除，不會對球罐安全造成影響。 </p><p>　　2.球罐用天然氣直接置換應(yīng)采取的安全措施 </p><p>　　新建天然氣儲配站必須經(jīng)公安消防監(jiān)督部門和安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門檢查驗收合格，方可對球罐進行置換。 </p><p>　　置換前對球罐和輸氣管道

7、應(yīng)用流速不小于20m/s的空氣認真吹掃，徹底清除其內(nèi)部遺留的金屬殘渣等物體。 </p><p>　　置換前要認真檢測球罐和輸氣管道的防靜電接地，其接地電阻不得大于10Ω。罐壁不準用非良好導電性的防銹漆涂刷。 </p><p>　　置換前要對球罐和輸氣管道上所有開關(guān)閥門、安全閥、壓力表等設(shè)施認真檢查維護，做到堅固、嚴密、有效，并要配備必要的搶修機具、設(shè)備和材料。 </p>&l

8、t;p>　　置換前要對儲配站所有消防設(shè)施和器材認真檢查維護，確保完整有效，符合規(guī)定。（最專業(yè)的安全生產(chǎn)管理-風險世界網(wǎng)） </p><p>　　置換前要制定周密的置換方案和操作規(guī)程，落實各級領(lǐng)導和各個工作崗位的責任，并要確保置換時指揮聯(lián)絡(luò)暢通。 </p><p>　　置換時要嚴格控制天然氣流速。當球罐內(nèi)天然氣濃度未達到15%時，流速不得超過5m/s;濃度超過15%時，可適當提高流速，

9、但不應(yīng)大于10m/s;濃度超過45%時，可將流速提高到20m/s。當球罐工作壓力達到0.95MPa時停止進氣。此時可從球罐排污閥處放出氣體取樣分析，氣體含氧量≤2%時為合格。若氣體含氧量高，應(yīng)從排污閥處緩慢放散一定量氣體，再從進氣閥充進天然氣，待壓力回升到0.95MPa時，停止進氣，然后再作氣體含氧量分析，直到合格。 </p><p>　　置換時要在儲配站一定范圍內(nèi)設(shè)置防火安全警戒區(qū)域，禁止一切火源，禁止無關(guān)人員

10、和車輛進入。 </p><p>　　3.存量球罐的置換方案 </p><p>　　3.1惰性氣體置換法 </p><p>　　用惰性氣體先置換球罐里的空氣，再用天然氣置換球罐里的惰性氣體。即把惰性氣體作為置換中間介質(zhì)，這里所說的"惰性氣體"是指既不可燃又不可助燃的無毒氣體。如氮氣（N2或液氮）、二氧化碳（CO2）、煙氣等，均可以采用。 </

11、p><p>　　此法具體操作過程是先將惰性氣體充滿球罐，加壓到一定程度置換出空氣，直至罐時惰性氣體的濃度達到預(yù)定的置換標準為止；然后再以燃氣充滿球罐，同樣加壓到一定程度置換出惰性氣體，從而完成置換程序。此法操作復(fù)雜、煩瑣反復(fù)進行兩次換氣，不僅耗用大量惰性氣體還耗用大量的燃氣發(fā)生費用較高，其換氣時間長，工作量大，既不經(jīng)濟且費事。但是它可以確保進人罐內(nèi)的燃氣不會與罐內(nèi)空氣接觸，不會形成具有爆炸的混合氣體。因此此法可靠性好

12、，安全系數(shù)高，成功性大。對于本身有制氣（惰性氣體）手段和條件的工業(yè)、燃氣行業(yè)普遍采用這一成熟的傳統(tǒng)置換方案。 </p><p><b>　　3.2水置換法 </b></p><p>　　用水先置換球罐里的空氣，再用天然氣置換球罐里的水。即把水作為置換中間介質(zhì)。 </p><p>　　此方法操作過程是先將球罐灌滿水以水排盡罐內(nèi)空氣，然后再排掉水同

13、時充入燃氣，待罐內(nèi)水排盡時天然氣也充滿，置換就完成了。因為此法不但確保了進入罐內(nèi)的天然氣不會與罐內(nèi)空氣接觸，不會產(chǎn)生具有爆炸性的混合氣體，絕對安全可靠；而且水比其它惰性氣體便宜得多，也很容易解決。而對于儲配站內(nèi)一般都設(shè)置了消防水池（栓）、消防泵房，充足的儲水量以及配備的雙電源等，這些給水置換帶來了良好的條件。若是將置換工作安排在球罐的強度（水）試壓會格后進行，即排水的同時進行充氣置換，那更是一件很經(jīng)濟的事情。因此此法具有安全可靠、成功率

14、高、操作簡單、置換周期短、費用低和還可多臺罐連續(xù)置換等優(yōu)點。但是它要求球罐基礎(chǔ)條件較好，即球罐基礎(chǔ)（基座）可承擔置換重量，同時置換用水浪費較大，對于1000m3以上球罐置換，考慮到球罐基礎(chǔ)條件（因球罐投運多年）和置換用水量因素，一般不宜采用此法。 </p><p>　　3.3燃氣直接置換法 </p><p>　　此法操作過程是直接將燃氣緩慢通人球罐替換出空氣，從而達到置換目的。 </

15、p><p>　　當置換到一定程度時，從排空管的采樣口取樣，通過氣相色譜儀進行分析，可以確定空氣達到預(yù)定的置換標準，置換宣告結(jié)束。 </p><p>　　此方法的特點是比較簡便也較經(jīng)濟，但是具有一定的危險性。因為在置換過程中，球罐里必然要產(chǎn)生燃氣與空氣的混合氣體，并且要經(jīng)歷爆炸極限范圍。對于純天然氣來講，它的爆炸極限為5～15％，再考慮到其混合的不均勻性，天然氣含量45％以下均應(yīng)視為危險區(qū)，遇火

16、源，就要發(fā)生爆炸。為此必須嚴格控制，采取各種安全措施，確保無火種，才能安全地渡過其"危險區(qū)"。 </p><p>　　要確保置換過程中，沒有任何火源引爆這極具危險的混會氣。為此進行如下分析：球罐的檢查入孔、接管（進出氣管、排污管）全部是封閉的，不可能由外部投入火種；球罐封閉前進行了開罐檢查、試壓、清掃等工序，有時還擱置了一段時間，內(nèi)部不可能有殘留火種；罐內(nèi)沒有活動部件，不可能因運動、撞擊產(chǎn)生火

17、花；唯一可能并需要控制的就是隨進罐天然氣流"帶入"的火種。這種"帶人"火種有兩種：一是高速氣流會因"摩擦"產(chǎn)生靜電。但是，由于球罐及管道系統(tǒng)都有良好的接地，即便有靜電負荷產(chǎn)生，也會立即通過接地裝置導人大地，不會有電荷集聚導致高電位，而產(chǎn)生放電火花。二是高速氣流吹動管道中可能殘留下來的石塊、鐵屑、焊條頭等固體物品帶進球罐，與罐壁、內(nèi)梯等碰撞產(chǎn)生火花，這種可能性是存在的，這就是危險

18、。根源是高速氣流，解決它關(guān)鍵是堅決杜絕高速氣流而確保低速；即便有石塊等"雜物"，也不會被吹動，也就不可能產(chǎn)生火花了；同時為了避免"雜物"帶進球罐，應(yīng)事先在進氣管道上設(shè)置"過濾器"。根據(jù)暖通資料及管道實際吹掃經(jīng)驗，我們確定將置換球罐用天然氣速度控制在3m/s以下并采用流速計或 </p><p>　　U型壓力表（計）觀察球罐升壓速度的辦法來測量其充氣流速，用

19、閥門的開度來控制流速（混氣過程中控制閥前的壓力要保持穩(wěn)定）。 </p><p>　　經(jīng)上述分析、認識與措施，說明天然氣球罐可用天然氣直接"置換"；即先少量充氣置換后再投入運行。該法必須注意排除其危險性，方法較簡單，經(jīng)濟合理。目前我公司以及附近地區(qū)各燃氣公司球罐的置換工作均采用"天然氣直接置換球罐里的空氣"方法，歷經(jīng)過了四十多次試驗，已積累了一定的經(jīng)驗。 </p>

20、<p><b>　　4.總結(jié) </b></p><p>　　綜上所述，經(jīng)球罐置換的幾種方案比較，以天然氣直接置換較為方便、經(jīng)濟。雖然存在不安全因素，但是可以通過控制進氣速度，以及采取各種安全措施協(xié)調(diào)配合，完全可以安全地越過混合氣體爆炸極限范圍，對于天然氣球罐置換可以廣泛采用此法。 </p><p><b>　　參考文獻： </b>&

21、lt;/p><p>　　[1] 高偉. 天然氣管道氮氣置換混氣長度的影響因素[J]. 油氣田地面工程. 2009(01). </p><p>　　[2] 張鵬云,薛繼軍,武喜懷,曾學軍. 天然氣管道投產(chǎn)置換過程模擬實驗研究[J]. 西安石油大學學報(自然科學版). 2006(06). </p><p>　　[3] 薛繼軍,張鵬云,王俊奇,曾學軍,武喜懷. 輸氣管道