天然气球罐置换方案初探

简介：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。关键字：天然气,球罐置换,方案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沙坪坝学堂堡储配站投产于1987年，担负着沙坪坝区民用气调峰任务。站内设置了四台每台几何容积为1000m3的球形储罐，其贮气能力为3.2万m3。按要求1999年对3#、4#球罐进行了开罐检查；而2000年9月份，又对1#、2#球罐进行开罐检查，经重庆市锅检所对其进行超声波或磁粉探伤、X光照片和测厚等检测，并对有缺陷部位进行维修，合格后即进行气压试验，试压介质选用空气。试压合格后随即进行置换，步骤操作如下：沟时（银1絮）试压、置换敏前的准备工作令盛共①糠成立球罐开罐渐检查（试压、岩置换）工作领蹄导小组，明确森具体的分工，旋各负其责。粪朗伐②追经过多方研究煎讨论，确定了抬试压、置换方鉴案，并制定了碎实施细则和具陶体措施，打印乓成文以便遵照进实施。今手狂③亮对与球罐相联链接的管道和嫩设备熔进行了试压，绢对阀门、法兰削、焊缝等各种玩设备和联接处裙都进行认真细陈致的检查，对设有泄漏之处进聚行处理。育协柔④欲联接好试压、服置换工作所需晕用的临时管道抓和设备。如加若气管、排气管圈、空压机等；逼并作好其它一隙切有关的安全楚防范物质准备爸工作。掘址（慈2烫）试压及置换扛工艺流程纺积茎①挪在球罐的排污敏阀氏（皆6卸）之后，加一御短节。短节一高端采用法兰联舅接，另一端盲萄死；在短节两忧侧各焊一加气婚管，并装上控安制阀纺（删7仓或协8虾）加以控制，语它们与空压机侨（怖9勿）相连。符乳愉②屑以球罐的进（航出）气管作为壳置换的进气管粪，球罐上的安础全放空、增设介的加气管（卸冷下空压机后）勇作为空气的放术空管，也可作闯为取样点。如弟图莫2链所示。谢不（飞3封）试压、置换率的操作步骤喂第连①保为了便于指挥嫂、控制，不致宅操作失误，在逢试压、置换前获，首先关闭全便部阀门，并加弱装盲板，使整止个系统成为密处闭状态。打弓特②穴启动空压机鸣（哲9授），打开加气霞管的控制阀门慧（孔7妈或罢8凭），向球罐充忍空气，使压力或先缓慢升压至战规定试验压力勾的揉1讨0砍％，保晓压险5-1举0州分钟并对所有乒焊缝和连接部狂位进行初次检贿查；如奖无泄漏可继续御升压到试验压道力圈的亦5杏0肾％；如无异常瓦现象，其后按顾规定试验压力坝的券1劳0疯％逐级升压，饺直至试验压穴力激0.92MP织a骨时（因球罐设川计压力朵为育0.8MP过a纠，实际运行压伴力两为愚0.78MP龄a罚，试验压力为处设计压力缺的猴1.1食5唇借人停止加压瓜稳压半小时，阶在试压前应将仙球罐的安全阀算送国家压力容牲器检验部门将掘其开启压力调秩至祝0.92MP啄a览（试压后将其校压力调至设计责压力，但不得勺超过设计压力辨的茎1.0只5浙倍），以确保因球罐试压安全勺；最后将压力请降至设计压力想，保压足够时袭间进行检查，梨检查期间压力嘉应保持稳定，逮观察球罐及基观础均无异常情碑况，经肥皂液隔或其他检漏液滤检查无漏气、粘无可见变形即幻为合格。钟美热③乌试压合格后进誓行置换。首先比拆下空压机沙湖），打开加气渡管的阀门鼠（消7膨或脂8磨）和安全阀脖（钉2渗）进行放空，软待与大气相平柄衡为止，关闭性各放空部位的风阀门。这时球食罐里空气体积参在计算工况痰（迟0.1MP填a溪，暑2秘0词℃驻）下叛为梢1000m症3厌。缩唱厉④依打开球罐的进梢（出）气管上储的阀门奉（吃4绿），向球罐缓移慢充气，流速补控制巾在睛3m/阴s昌以下；当球罐供充气贴到北0.05MP跟a待时，可适当提批高充气速度，炼流速不超热过猛5m/麦s亏；当充装天然块气升到凳0.1MP乖a欲后，关闭进气喘阀糟（绵4椅）停止进气，厘开启加气管上诱的控制阀暖（袋7乞或丢8丧）缓慢地向外维放散，其速度槐不超弹过群10m/伤s恋，表压思为弯10KP舟a溜时停止放散，宿这时取样进行星分析，确认天饶然气含量达到脚置换标准肌（倡5员0泽％以上）；再就次开启球罐的皆进气阀站厌（涝4场）以不超极过沙10厅m副／延s泳流速向球罐充挎装天然气，直捆至球罐运行压遗力壮0.78MP飘a钞为止，置换完惯毕。含在置换过驳程中，球罐的崇表裂压榨P蛛（据MP滚a算）随进罐天然卫气体砖积格V雷（悄m焰3劲）变化而变化泄，其变化过程脚视为等温过程喷（注贿：凡P逃n激为当地大气压触，取桥值写0.1MP色a股）。档励（剧a产）当球罐压力晶升安至依0.1MP辅a粒（表压）时，弄球罐里空气体浆积在计算工况朗（烛0.1MP话a刮，碰2搏0下℃犁）下董为讽1000m似3挣，而在某一工剑况蒙P咐下其空气体积哭为煤（糠1000-方V控）宰m开3烂，其关系式为姓：大台（桐b进）当球罐充气渡至堵0.1MP泰a治（表压）时，音停止进气，进沈行放空奉至虽10KP区a固止，这时球罐锣里空气和天然个气的体积在计滔算工况拾（幕0.1MP棕a欢，开2复0盗℃品）下各狱为恩5