天然氣球罐置換方案初探

簡(jiǎn)介：本文通過(guò)對(duì)天然氣球罐幾種置換方案介紹、分析和對(duì)比，并以學(xué)堂堡儲(chǔ)配站天然氣球罐置換為例介紹，說(shuō)明天然氣球罐可用天然氣直接置換方法。關(guān)鍵字：天然氣,球罐置換,方案隨著城市燃?xì)馐聵I(yè)的迅速發(fā)展，為解決天然氣供氣不均勻性即日負(fù)荷調(diào)峰問(wèn)題，根據(jù)重慶的天然氣資源、實(shí)際環(huán)境條件和多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，一般在儲(chǔ)配站按要求宜設(shè)置多臺(tái)球型儲(chǔ)罐。目前，重慶燃?xì)庥邢挢?zé)任公司共建設(shè)了19臺(tái)球罐，幾何容積共23，600m3。同時(shí)為滿(mǎn)足逐年用氣量增加的趨勢(shì)，還計(jì)劃在江北區(qū)溉瀾溪頭塘建造6臺(tái)（每臺(tái)幾何容積為10000m3）球罐的大型儲(chǔ)配站。按照國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的要求，公司每年都有球罐開(kāi)罐檢查的任務(wù)，它包括超聲波或磁粉探傷、射線(xiàn)照相檢查、測(cè)厚和球罐表面的防腐處理等工作。并對(duì)有缺陷部位進(jìn)行維修，檢查合格后需對(duì)球罐進(jìn)行強(qiáng)度和嚴(yán)密性試驗(yàn)；試壓合格后再對(duì)球罐進(jìn)行置換。球罐置換首先要確保球罐的自身安全；其次是確保第一次由球罐中供出的燃?xì)饽軡M(mǎn)足用戶(hù)的使用要求。球罐置換是一項(xiàng)危險(xiǎn)性的工作，若置換方案選擇不當(dāng)或操作失誤，均可能發(fā)生惡性事故造成慘重?fù)p失。為此，球罐置換的安全問(wèn)題顯得特別重要；其次，球罐置換還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，若方案不當(dāng)將造成置換工作量大，費(fèi)用高。用什么安全、經(jīng)濟(jì)的方法將罐內(nèi)的空氣置換到允許標(biāo)準(zhǔn)，這是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。對(duì)此發(fā)表一些看法和意見(jiàn)，僅供參考。

根據(jù)目前的技術(shù)水平和儲(chǔ)配站的具體情況，球罐的置換方案一般有如下三種方法可以采納。1惰性氣體置換法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(shuō)的惰性氣體是指既不可燃又不可助燃的無(wú)毒氣體。如氮?dú)猓∟2或液氮）、二氧化碳（CO2）、煙氣等，均可以采用。此法具體操作過(guò)程是先將惰性氣體充滿(mǎn)球罐，加壓到一定程度置換出空氣，直至罐時(shí)惰性氣體的濃度達(dá)到預(yù)定的置換標(biāo)準(zhǔn)為止；然后再以燃?xì)獬錆M(mǎn)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(jìn)行兩次換氣，不僅耗用大量惰性氣體還耗用大量的燃?xì)獍l(fā)生費(fèi)用較高，其換氣時(shí)間長(zhǎng)，工作量大，既不經(jīng)濟(jì)且費(fèi)事。但是它可以確保進(jìn)人罐內(nèi)的燃?xì)獠粫?huì)與罐內(nèi)空氣接觸，不會(huì)形成具有爆炸的混合氣體。因此此法可靠性好，安全系數(shù)高，成功性大。對(duì)于本身有制氣（惰性氣體）手段和條件的工業(yè)、燃?xì)庑袠I(yè)普遍采用這一成熟的傳統(tǒng)置換方案。2水置換法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)。此方法操作過(guò)程是先將球罐灌滿(mǎn)水以水排盡罐內(nèi)空氣，然后再排掉水同時(shí)充入燃?xì)?，待罐?nèi)水排盡時(shí)天然氣也充滿(mǎn)，置換就完成了。因?yàn)榇朔ú坏_保了進(jìn)入罐內(nèi)的天然氣不會(huì)與罐內(nèi)空氣接觸，不會(huì)產(chǎn)生具有爆炸性的混合氣體，絕對(duì)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(duì)于儲(chǔ)配站內(nèi)一般都設(shè)置了消防水池（栓）、消防泵房，充足的儲(chǔ)水量以及配備的雙電源等，這些給水置換帶來(lái)了良好的條件。若是將置換工作安排在球罐的強(qiáng)度（水）試壓會(huì)格后進(jìn)行，即排水的同時(shí)進(jìn)行充氣置換，那更是一件很經(jīng)濟(jì)的事情。因此此法具有安全可靠、成功率高、操作簡(jiǎn)單、置換周期短、費(fèi)用低和還可多臺(tái)罐連續(xù)置換等優(yōu)點(diǎn)。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(dān)置換重量，同時(shí)置換用水浪費(fèi)較大，對(duì)于1000m3以上球罐置換，考慮到球罐基礎(chǔ)條件（因球罐投運(yùn)多年）和置換用水量因素，一般不宜采用此法。3燃?xì)庵苯又脫Q法此法操作過(guò)程是直接將燃?xì)饩徛ㄈ饲蚬尢鎿Q出空氣，從而達(dá)到置換目的。其置換示意如圖1所示。當(dāng)置換到一定程度時(shí)，從排空管的采樣口取樣，通過(guò)氣相色譜儀進(jìn)行分析，可以確定空氣達(dá)到預(yù)定的置換標(biāo)準(zhǔn)，置換宣告結(jié)束。此方法的特點(diǎn)是比較簡(jiǎn)便也較經(jīng)濟(jì)，但是具有一定的危險(xiǎn)性。因?yàn)樵谥脫Q過(guò)程中，球罐里必然要產(chǎn)生燃?xì)馀c空氣的混合氣體，并且要經(jīng)歷爆炸極限范圍。對(duì)于純天然氣來(lái)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(xiǎn)區(qū)，遇火源，就要發(fā)生爆炸。為此必須嚴(yán)格控制，采取各種安全措施，確保無(wú)火種，才能安全地渡過(guò)其危險(xiǎn)區(qū)。要確保置換過(guò)程中，沒(méi)有任何火源引爆這極具危險(xiǎn)的混會(huì)氣。為此進(jìn)行如下分析：球罐的檢查入孔、接管（進(jìn)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(jìn)行了開(kāi)罐檢查、試壓、清掃等工序，有時(shí)還擱置了一段時(shí)間，內(nèi)部不可能有殘留火種；罐內(nèi)沒(méi)有活動(dòng)部件，不可能因運(yùn)動(dòng)、撞擊產(chǎn)生火花；唯一可能并需要控制的就是隨進(jìn)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(huì)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(fù)荷產(chǎn)生，也會(huì)立即通過(guò)接地裝置導(dǎo)人大地，不會(huì)有電荷集聚導(dǎo)致高電位，而產(chǎn)生放電火花。二是高速氣流吹動(dòng)管道中可能殘留下來(lái)的石塊、鐵屑、焊條頭等固體物品帶進(jìn)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(xiǎn)。根源是高速氣流，解決它關(guān)鍵是堅(jiān)決杜絕高速氣流而確保低速；即便有石塊等雜物，也不會(huì)被吹動(dòng)，也就不可能產(chǎn)生火花了；同時(shí)為了避免雜物帶進(jìn)球罐，應(yīng)事先在進(jìn)氣管道上設(shè)置過(guò)濾器。根據(jù)暖通資料及管道實(shí)際吹掃經(jīng)驗(yàn)，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(jì)或U型壓力表（計(jì)）觀察球罐升壓速度的辦法來(lái)測(cè)量其充氣流速，用閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制流速（混氣過(guò)程中控制閥前的壓力要保持穩(wěn)定）。經(jīng)上述分析、認(rèn)識(shí)與措施，說(shuō)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(yùn)行。該法必須注意排除其危險(xiǎn)性，方法較簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)合理。目前我公司以及附近地區(qū)各燃?xì)夤厩蚬薜闹脫Q工作均采用天然氣直接置換球罐里的空氣方法，歷經(jīng)過(guò)了四十多次試驗(yàn)，已積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。4燃?xì)庵苯又脫Q法實(shí)例沙坪壩學(xué)堂堡儲(chǔ)配站投產(chǎn)于1987年，擔(dān)負(fù)著沙坪壩區(qū)民用氣調(diào)峰任務(wù)。站內(nèi)設(shè)置了四臺(tái)每臺(tái)幾何容積為1000m3的球形儲(chǔ)罐，其貯氣能力為3.2萬(wàn)m3。按要求1999年對(duì)3#、4#球罐進(jìn)行了開(kāi)罐檢查；而2000年9月份，又對(duì)1#、2#球罐進(jìn)行開(kāi)罐檢查，經(jīng)重慶市鍋檢所對(duì)其進(jìn)行超聲波或磁粉探傷、X光照片和測(cè)厚等檢測(cè)，并對(duì)有缺陷部位進(jìn)行維修，合格后即進(jìn)行氣壓試驗(yàn)，試壓介質(zhì)選用空氣。試壓合格后隨即進(jìn)行置換，步驟操作如下：溝時(shí)（銀1絮）試壓、置換敏前的準(zhǔn)備工作令盛共①糠成立球罐開(kāi)罐漸檢查（試壓、巖置換）工作領(lǐng)蹄導(dǎo)小組，明確森具體的分工，旋各負(fù)其責(zé)。糞朗伐②追經(jīng)過(guò)多方研究煎討論，確定了抬試壓、置換方鑒案，并制定了碎實(shí)施細(xì)則和具陶體措施，打印乓成文以便遵照進(jìn)實(shí)施。今手狂③亮對(duì)與球罐相聯(lián)鏈接的管道和嫩設(shè)備熔進(jìn)行了試壓，絹對(duì)閥門(mén)、法蘭削、焊縫等各種玩設(shè)備和聯(lián)接處裙都進(jìn)行認(rèn)真細(xì)陳致的檢查，對(duì)設(shè)有泄漏之處進(jìn)聚行處理。育協(xié)柔④欲聯(lián)接好試壓、服置換工作所需暈用的臨時(shí)管道抓和設(shè)備。如加若氣管、排氣管圈、空壓機(jī)等；逼并作好其它一隙切有關(guān)的安全楚防范物質(zhì)準(zhǔn)備爸工作。掘址（慈2燙）試壓及置換扛工藝流程紡積莖①挪在球罐的排污敏閥氏（皆6卸）之后，加一御短節(jié)。短節(jié)一高端采用法蘭聯(lián)舅接，另一端盲萄死；在短節(jié)兩憂(yōu)側(cè)各焊一加氣婚管，并裝上控安制閥紡（刪7倉(cāng)或協(xié)8蝦）加以控制，語(yǔ)它們與空壓機(jī)僑（怖9勿）相連。符乳愉②屑以球罐的進(jìn)（航出）氣管作為殼置換的進(jìn)氣管糞，球罐上的安礎(chǔ)全放空、增設(shè)介的加氣管（卸冷下空壓機(jī)后）勇作為空氣的放術(shù)空管，也可作闖為取樣點(diǎn)。如弟圖莫2鏈所示。謝不（飛3封）試壓、置換率的操作步驟喂第連①保為了便于指揮嫂、控制，不致宅操作失誤，在逢試壓、置換前獲，首先關(guān)閉全便部閥門(mén)，并加弱裝盲板，使整止個(gè)系統(tǒng)成為密處閉狀態(tài)。打弓特②穴啟動(dòng)空壓機(jī)鳴（哲9授），打開(kāi)加氣霞管的控制閥門(mén)慧（孔7媽或罷8憑），向球罐充忍空氣，使壓力或先緩慢升壓至戰(zhàn)規(guī)定試驗(yàn)壓力勾的揉1討0砍％，保曉壓險(xiǎn)5-1舉0州分鐘并對(duì)所有乒焊縫和連接部狂位進(jìn)行初次檢賄查；如獎(jiǎng)無(wú)泄漏可繼續(xù)御升壓到試驗(yàn)壓道力圈的亦5杏0腎％；如無(wú)異常瓦現(xiàn)象，其后按顧規(guī)定試驗(yàn)壓力壩的券1勞0瘋％逐級(jí)升壓，餃直至試驗(yàn)壓穴力激0.92MP織a骨時(shí)（因球罐設(shè)川計(jì)壓力朵為育0.8MP過(guò)a糾，實(shí)際運(yùn)行壓伴力兩為愚0.78MP齡a罰，試驗(yàn)壓力為處設(shè)計(jì)壓力缺的猴1.1食5唇借人停止加壓瓜穩(wěn)壓半小時(shí)，階在試壓前應(yīng)將仙球罐的安全閥算送國(guó)家壓力容牲器檢驗(yàn)部門(mén)將掘其開(kāi)啟壓力調(diào)秩至祝0.92MP啄a覽（試壓后將其校壓力調(diào)至設(shè)計(jì)責(zé)壓力，但不得勺超過(guò)設(shè)計(jì)壓力辨的莖1.0只5浙倍），以確保因球罐試壓安全勺；最后將壓力請(qǐng)降至設(shè)計(jì)壓力想，保壓足夠時(shí)襲間進(jìn)行檢查，梨檢查期間壓力嘉應(yīng)保持穩(wěn)定，逮觀察球罐及基觀礎(chǔ)均無(wú)異常情碑況，經(jīng)肥皂液隔或其他檢漏液濾檢查無(wú)漏氣、粘無(wú)可見(jiàn)變形即幻為合格。鐘美熱③烏試壓合格后進(jìn)誓行置換。首先比拆下空壓機(jī)沙湖），打開(kāi)加氣渡管的閥門(mén)鼠（消7膨或脂8磨）和安全閥脖（釘2滲）進(jìn)行放空，軟待與大氣相平柄衡為止，關(guān)閉性各放空部位的風(fēng)閥門(mén)。這時(shí)球食罐里空氣體積參在計(jì)算工況痰（遲0.1MP填a溪，暑2秘0詞℃駐）下叛為梢1000m癥3厭?？s唱厲④依打開(kāi)球罐的進(jìn)梢（出）氣管上儲(chǔ)的閥門(mén)奉（吃4綠），向球罐緩移慢充氣，流速補(bǔ)控制巾在睛3m/陰s昌以下；當(dāng)球罐供充氣貼到北0.05MP跟a待時(shí)，可適當(dāng)提批高充氣速度，煉流速不超熱過(guò)猛5m/麥s虧；當(dāng)充裝天然塊氣升到凳0.1MP乖a欲后，關(guān)閉進(jìn)氣喘閥糟（綿4椅）停止進(jìn)氣，厘開(kāi)啟加氣管上誘的控制閥暖（袋7乞或丟8喪）緩慢地向外維放散，其速度槐不超彈過(guò)群10m/傷s戀，表壓思為彎10KP舟a溜時(shí)停止放散，宿這時(shí)取樣進(jìn)行星分析，確認(rèn)天饒然氣含量達(dá)到腳置換標(biāo)準(zhǔn)?。ǔ?員0澤％以上）；再就次開(kāi)啟球罐的皆進(jìn)氣閥站厭（澇4場(chǎng)）以不超極過(guò)沙10廳m副／延s泳流速向球罐充挎裝天然氣，直捆至球罐運(yùn)行壓遺力壯0.78MP飄a鈔為止，置換完慣畢。含在置換過(guò)駁程中，球罐的崇表裂壓榨P蛛（據(jù)MP滾a算）隨進(jìn)罐天然衛(wèi)氣體磚積格V雷（悄m焰3勁）變化而變化泄，其變化過(guò)程腳視為等溫過(guò)程噴（注賄：凡P逃n激為當(dāng)?shù)卮髿鈮河|，取橋值寫(xiě)0.1MP色a股）。檔勵(lì)（劇a產(chǎn)）當(dāng)球罐壓力晶升安至依0.1MP輔a粒（表壓）時(shí)，弄球罐里空氣體漿積在計(jì)算工況朗（燭0.1MP話(huà)a刮，碰2搏0下℃犁）下董為諷1000m似3掙，而在某一工劍況蒙P咐下其空氣體積哭為煤（糠1000-方V控）宰m開(kāi)3爛，其關(guān)系式為姓：大臺(tái)（桐b進(jìn)）當(dāng)球罐充氣渡至堵0.1MP泰a治（表壓）時(shí)，音停止進(jìn)氣，進(jìn)沈行放空奉至雖10KP區(qū)a固止，這時(shí)球罐鑼里空氣和天然個(gè)氣的體積在計(jì)滔算工況拾（幕0.1MP棕a歡，開(kāi)2復(fù)0盜℃品）下各獄為恩5