天然氣球罐氮氣置換技術探究

何永春(成都天然氣化工總廠，四川 成都 610000)

天然氣球罐氮氣置換技術探究

何永春(成都天然氣化工總廠，四川 成都 610000)

我國的石油部門和國家政府在進行生產(chǎn)過程中首先需要注意的就是保證安全問題，因此對于檢修過后或者是剛建的天然氣管道在進行投入使用之前需要借助惰性氣體將管道內(nèi)的所有氣體進行置換，因此也就用到了天然氣球罐氮氣置換技術。本文主要講述了天然氣以及氮氣的性質，并且就天然氣球罐氮氣置換技術的具體應用進行了探究。

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對于剛剛檢修過后或者是剛剛建成的輸氣管道，管道內(nèi)會存在有一定的空氣，需要對其進行氣體置換，如果這時候直接用天然氣進行置換會存在有非常巨大的安全風險，因為空氣中天然氣的實際含量如果達到5%到15%之間，混合氣體就會非常容易發(fā)生爆炸，因此在對空氣進行置換時，一定不能選擇天然氣，而是需要用氮氣進行置換。

1 氣體性質

1.1 天然氣性質

在天然氣中主要的組成部分是甲烷，一般情況下甲烷的含量可以占到天氣中的90%以上，其中還包含有丁烷，丙烷，以及乙烷等一些烴類氣體以及二氧化碳，氮氣等一些非烴類氣體。天然氣在經(jīng)過燃燒后不會產(chǎn)生廢水，廢渣，和石油，煤炭等能源進行比較可以發(fā)現(xiàn)其具有干凈，熱值高以及使用安全等多種優(yōu)勢。

1.2 氮氣性質

氮氣是一種無嗅無色無味的氣體，一般情況下沒有毒。氮氣在空氣中速戰(zhàn)的體積分數(shù)是78.12%，是大氣中非常重要的組成成分。常溫情況下是氣體狀態(tài)，在標準氣壓下，將其冷卻到零下195.8攝氏度時會變?yōu)闆]有顏色的以，冷卻到零下209.86攝氏度時，氮氣會變?yōu)楣腆w，呈鮮花狀。氮氣具有非常穩(wěn)定的化學氣質，一般情況下不會和其他物質反應。

2 天然氣球罐氮氣置換技術具體應用探究

南充儲配1站在14年成功實現(xiàn)了對天然氣球罐的置換作業(yè)，為了可以真正的保證球罐檢修后安全投運，借助置換氮氣的方式從而使球罐可以達到順利投產(chǎn)條件。

2.1 具體置換原理

在天然氣球罐檢修完成后進入運行之前對其進行抽真空操作，然后在進行惰性氣體的充入工作。借助氣體的不斷擴散以及擾動，使空氣以及和氮氣實現(xiàn)混合，起到將空氣稀釋的效果，從而使球罐內(nèi)含氧量得到降低，從而使天然氣的具體爆炸極限得到減少。

2.2 理論依據(jù)

在儲氣罐建成之后進行運行之前，或者在儲氣罐已經(jīng)停止工作對其展開檢修時，需要對管內(nèi)的氣體展開置換操作。如果直接用空氣置換燃氣，在置換進行中不可避免的會形成爆炸性氣體，因此這就需要用惰性氣體對其進行置換。

每種混合的燃氣都會存在有爆炸的上限以及下限，具體的范圍大小可以借助實驗測定來獲知。下圖表示的便是氮氣，空氣以及甲烷這三種混合氣體發(fā)生爆炸的范圍。

在該圖中，三角形的每一個頂點代表的是氣體成分，發(fā)生爆炸的范圍由陰影表示。其中甲烷在空氣中發(fā)生爆炸的上限是15%，下限是5%，如果在這中間加入氮氣，可以發(fā)現(xiàn)爆炸下限不發(fā)生明顯變化，但是爆炸上限會實現(xiàn)降低，如果借助氮氣將球罐內(nèi)41%的空氣置換出來，這時候氧氣濃度就會將至

12.4 %，混合氣體發(fā)生爆炸的下限和上限在6%實現(xiàn)重合，意思也就是如果氮氣將超過41%的空氣置換出來，甲烷的爆炸性能將失去。

2.3 選擇置換設備

在南充儲配1站進行氮氣置換時選擇的是液態(tài)氮罐車，對液態(tài)氮進行加熱使其發(fā)生氣化從而完成置換工作。當然還可以選擇車載的氮氣生產(chǎn)設備。

2.4 氮氣要求

在展開氮氣置換時選用的是液態(tài)氮的車裝方式，溫度非常低，需要使用氮氣蒸發(fā)器或者是對水浴式加熱爐對液氮進行加熱。在對氮氣蒸發(fā)器進行選擇時，如果過大會形成浪費并且會占用較大的場地，而如果過小則會導致出氣溫度相對太低，更有甚者會出現(xiàn)過液危險，氮氣在進入管道之前需要保證氮氣溫度已經(jīng)被穩(wěn)定的控制在5度到15度之間，這樣可以有效避免管道發(fā)生損壞。從理論上來講，只需要保證氮氣內(nèi)的含氧量不超過2%就可以，在實際操作中，可以使氮氣含量為100%。在進行注氮氣工作時可以從球罐底端的進氣口注入[1]。

2.5 氮氣置換過程

其一，進行排空操作，即要使球罐內(nèi)的壓力為零。其二，抽真空，抽到420mm汞柱的時候需要對其進行滲漏檢查，確保無滲透。其三，氮氣置換，等到氧氣含量是15%對其進行滲透檢查確保無滲透，再等到氧氣含量是8.6%時，再次進行滲透檢查確保無滲透，等到氧氣含量是7.7時再次執(zhí)行滲透檢查，確保無滲透并且測試合格，這時候便可進行天然氣的充入。

2.6 注氮壓力

在氮氣置換過程中對壓力以及流速進行控制的方法就是借助氮氣車的出口閥門來實現(xiàn)，在充氮開始的時候，罐內(nèi)壓差最大，流量也最大。伴隨著氮氣的不斷充入，球罐內(nèi)的壓力也會隨之增高，壓差便會減小，流量也減小，等到充氮工作完成后，此時罐內(nèi)的流量以及壓差也最小，此時球罐內(nèi)的壓力是0.2兆帕[2]。

2.7 天然氣置換

在進行投產(chǎn)期間需要用供氣閥門對天然氣的實際流量進行了解，保證天然氣的流速不能超過5米每秒，等到球罐的壓力達到0.425兆帕時，罐內(nèi)的實際含氧量會降到2%之下，球罐置換工作完成。

3 結語

綜上所述，天然氣球罐氮氣置換技術的應用對保證天然氣的安全又重要的意義，當然在進行天然氣球罐氮氣置換工作時需要根據(jù)不同的實際情況來進行最佳氮氣置換方法的選擇，需要注意在置換工作之前保證所有的準備工作已經(jīng)做好，從而順利完成置換工作。

[1]李朝輝,張煒.氮氣、氨氣置換液氨球罐的可行性分析[J].化工中間體,2015,(05):85.

[2]曹瑞軍.煉化裝置球罐置換探究[J].中國化工貿(mào)易,2015, (36):95-95.