液化油气田铁路罐车充氮置换方案研究

液化油气田铁路罐车充氮置换方案研究

液化石油气是一种可燃性气体。与空气相比，气压的比例为1.5.20，空气爆炸的极限为2.2%9.5%。因此,在新制造(或检修后)的液化石油气储罐、铁路罐车和汽车罐车首次充装液化石油气之前,必须对罐内空气进行置换,以防止发生爆燃事故。《液化气体汽车罐车安全监察规程》(94版,以下简称《规程》)第50条第6款规定:“新制造的汽车罐车或检修后首次充装的汽车罐车,充装易燃、易爆介质前必须经抽真空处理,或充氮置换处理,要求真空度不得低于650mmHg(86.6kPa),或罐内气体氧含量不得大于3%”;第50条第12款的规定:卸气后的储罐内应保持“余压不低于0.1MPa”,防止空气进入储罐内。由于对大、中型液化石油气储罐、铁路罐车和汽车罐车进行抽真空需要排量较大的真空设备,一次性投资大,运行费用高。因此,在实际操作中,一般采用3种方式进行罐内空气置换:1)先抽真空后充氮;2)不抽真空,直接充氮;3)不抽真空,边充边排。根据上述情况,本文以容积为62m3液化石油气铁路罐车为例,计算上述3种空气置换的方式所需氮气数量,得出该液化石油气铁路罐车最合适的空气置换方式。1氮气数量对充氮置换效果的影响国家标准规定瓶装工业用氮气中的氧含量≤1.5%。但《规程》规定,充氮置换后罐内气体的氧含量≤3%,与工业用氮气中的氧含量相差不大。所以,工业用氮气中的氧含量对充氮置换效果有很大影响,液化石油气储罐空气置换计算时不可忽略瓶装氮气中的氧气。储罐充氮置换计算需要使用波义耳-马略特定律。该定律揭示的是一定质量的理想气体绝对压力p、容积V和热力学温度T之间的关系,即pV/T=常数。在空气置换计算中,热力学温度对计算结果影响不大,可忽略不计。以下分别计算62m3铁路罐车3种充氮置换方式所需要的氮气数量。因氮气瓶与储罐之间的压力差很大,下列计算忽略了储罐压力对充氮置换的影响。1.1氮气瓶内氧含量的计算先将罐内抽真空至绝对压力0.04MPa(真空度-0.06MPa、氧含量21%)后,再进行充氮,使罐内气体氧含量≤3%,则式中:P1——充氮前罐内空气绝对压力,MPa;V1——铁路罐车容积,m3;O1——充氮前罐内空气中的氧含量,%;P2——氮气瓶内氮气绝对压力,MPa;V2——氮气瓶容积,m3;02——氮气瓶内氮气中的氧含量,%;N——充氮置换所需氮气瓶数,瓶。解得N>61.48瓶,取N=62瓶。充氮后,罐内表压力为:1.2充氮前罐内空气/氮气瓶内氮气中的氧含量如果没有真空设备,就不能抽真空,只能直接充氮置换。充氮之前,罐内绝对压力0.1MPa,氧含量21%;充氮后,罐内气体氧含量≤3.0%,则式中:P1——充氮前罐内空气绝对压力,0.1MPa;V1——铁路罐车容积,62m3;O1——充氮前罐内空气中的氧含量,21%;P2——氮气瓶内氮气绝对压力,12.1MPa;02——氮气瓶内氮气中的氧含量,21%;解得N≥153.7瓶,取N=154瓶。充氮后,罐内表压力为:从上述计算可知,不抽真空、直接充氮置换要耗费大量氮气。1.3安排罐内氮气最佳剂量的确定“不抽真空,边充边排”的过程为:向罐内充氮一排气至常压一再向罐内充氮一再排气至常压……,直至罐内气体氧含量≤3%。如果每次向罐内充1瓶氮气,则所需要的氮气量最少,但氮气充装次数最多,工作量大。如果每次向罐内充多瓶氮气,则氮气充装次数减少,工作量小,但所需要的氮气量增多。通过计算,可以得出最佳每次充装瓶数,使得充装次数和总瓶数均可接受。虽然上述计算过程比较简单,但计算量非常大,人工难以完成。笔者根据“边充边排”空气置换过程,用VisualFoxPro编制了一个任意容积罐车最佳每次充装瓶数计算程序,如图1所示。62m3罐车“边充边排”空气置换所需氮气数量计算结果如图2所示。图2计算结果显示,如果每次充装5瓶氮气,则充装次数为8次,所需氮气数量为40瓶,可以达到既省力又经济的目的。2进行充氮置换综上所述,如果没有真空设备,可采用“边充边排”的方法对新制造(或检修后)的液化石油气储罐、铁路罐车和汽车罐车进行充氮置换处理,使罐内气体氧含量不大于3%。在实际操作中,由于受氮气瓶的氮气压力、氮气中的氧含量等因素的影响,储罐充氮置换实际所需氮气数量与