關(guān)于新建燃?xì)夤艿莱檎婵罩脫Q的研究

謝崇優(yōu)

摘要：本文介紹傳統(tǒng)天然氣置換的局限性，提出抽真空置換的方法，并對(duì)抽真空置換的相關(guān)工藝進(jìn)行研究，得出抽真空置換工藝的相關(guān)數(shù)據(jù)以供參考。

關(guān)鍵詞：抽真空置換；直接置換法；燃?xì)庵脫Q放散危險(xiǎn)性

一、概述

天然氣管道置換作業(yè)因其有一定的危險(xiǎn)性，燃?xì)饨?jīng)營單位向來較為重視。隨著城市綜合商業(yè)體不斷增多，特別是有地下室、半地下室的綜合商業(yè)，燃?xì)夤艿乐脫Q時(shí)幾乎很難找到一個(gè)適合直接放散的地方。而且現(xiàn)在的房地產(chǎn)燃?xì)夤こ蹋瑸榱嗣烙^和安全，許多燃?xì)夤緝?yōu)先選擇下環(huán)上行的盤管方式，直接置換難以把地上管網(wǎng)的空氣置換干凈。燃?xì)夤艿莱檎婵罩脫Q工藝的研究能有效地解決置換放散難、置換放散不干凈等問題。抽真空置換工藝將會(huì)在燃?xì)庵脫Q領(lǐng)域變得越來越重要。本文著重研究新建燃?xì)夤艿赖闹脫Q作業(yè)。

二、目前行業(yè)的置換方法及其局限性

1.天然氣置換相關(guān)規(guī)范的要求

《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)施運(yùn)行、維護(hù)和搶修安全技術(shù)規(guī)程》CJJ51-2016中6.2置換與放散中規(guī)定：燃?xì)庠O(shè)施宜采用間接置換法進(jìn)行置換，當(dāng)置換作業(yè)條件受限時(shí)也可采用直接置換法進(jìn)行置換。置換過程中每一個(gè)階段應(yīng)連續(xù)3次檢測(cè)氧或燃?xì)獾臐舛?，每次間隔不應(yīng)少于5min，并應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。新建燃?xì)夤艿赖闹脫Q作業(yè)，行業(yè)內(nèi)基本均采用直接置換法——燃?xì)庵脫Q空氣的方式。

2.置換放散空間的局限性

直接置換法因其置換快速而被人們所接受。直接置換法也有其局限性。直接置換法需要有一定的放散空間，放散位置應(yīng)空曠、通風(fēng)良好且易于圍蔽管理。現(xiàn)代城市的大多數(shù)商業(yè)綜合體、大型商業(yè)用戶，因?yàn)槠湟牍艹龅睾笾苯诱{(diào)壓，放散口一般設(shè)置在調(diào)壓箱或引入閥前后。要在用氣點(diǎn)末端進(jìn)行置換放散，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)顯示，工作人員幾乎很難找到一個(gè)室外的空間以便于直接放散。

3.燃?xì)夤苣┒蔚闹脫Q局限性

直接放散法放散，部分新建燃?xì)夤艿乐脫Q難以符合置換要求。為了燃?xì)夤艿赖陌踩烙^，現(xiàn)行的地上管網(wǎng)設(shè)置優(yōu)先設(shè)計(jì)為下環(huán)上行，其次才是上環(huán)下行。在下環(huán)上行的盤立管設(shè)計(jì)中，每條立管末端均處于最高層。而房地產(chǎn)交樓之后，燃?xì)夤驹谥脫Q作業(yè)時(shí)很難進(jìn)入業(yè)主的房子進(jìn)行置換。即使可以進(jìn)入到業(yè)主戶內(nèi)，因?yàn)樾枰織l立管末端進(jìn)行放散，這需要耗費(fèi)大量的人力物力。

4.直接置換放散的危險(xiǎn)性

因?yàn)楣补艿乐脫Q不干凈，在通氣點(diǎn)火過程中，工作人員必須進(jìn)行戶內(nèi)置換。戶內(nèi)置換過程中，工作人員盡量會(huì)連接臨時(shí)放散管引出室外放散。但是現(xiàn)實(shí)操作中，不能夠通過引出室外進(jìn)行放散情況也客觀存在。當(dāng)戶內(nèi)放散管不能引出室外，則工作人員會(huì)采用灶具進(jìn)行放散。灶具放散可導(dǎo)致室內(nèi)天然氣聚集，現(xiàn)場形成爆炸性混合氣體，存在較高的危險(xiǎn)性。如果戶內(nèi)通風(fēng)不暢或未對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行有效切斷，放散混合的可燃?xì)怏w易造成閃爆事件。

三、管道抽真空置換試驗(yàn)方法

1.抽真空置換的原理

根據(jù)科學(xué)實(shí)踐證明，管道的絕對(duì)真空是難以實(shí)現(xiàn)的。燃?xì)夤艿莱檎婵罩脫Q工藝研究的目的是，在滿足規(guī)范要求的前提下，高效率地完成置換作業(yè)。研究人員實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，管道內(nèi)即使存在少量的空氣，在置換時(shí)與燃?xì)獬浞只旌弦廊荒苓_(dá)到規(guī)范要求的置換濃度。關(guān)于管內(nèi)殘留的空氣可依據(jù)下列公式計(jì)算：

（1）PV=nRT

（2）P1V1=P2V2

根據(jù)公式可知，如果管道內(nèi)的真空度不變，隨著被抽真空管道的容積越大，其管內(nèi)存留的空氣則越多。原則上，管道內(nèi)真空度越高，后期燃?xì)庵脫Q時(shí)將會(huì)越干凈。但是考慮到抽真空時(shí)間的因素，為了避免耗費(fèi)大量的時(shí)間在抽真空操作上，管道的真空度應(yīng)根據(jù)管容適當(dāng)調(diào)整，管容越大則真空值應(yīng)越高。

2.抽真空設(shè)備工藝流程

為了解決直接置換法的局限性，研究人員進(jìn)行管道抽真空置換的試驗(yàn)。在抽真空試驗(yàn)前，我們抽真空設(shè)備作了如下工藝流程設(shè)計(jì)：螺紋球閥→止回閥→Y型過濾器→真空泵→油水分離器→油水分離器→排氣消音器

抽真空設(shè)備的器材包括：止回閥、Y型過濾器、真空泵、油水分離器、排氣消音器、真空表（2個(gè)）、發(fā)電機(jī)、二級(jí)電箱、管道連接管（膠管或不銹鋼波紋管）。真空泵一般會(huì)自帶一個(gè)真空表。如果沒有，則分別在新建管道前后適當(dāng)?shù)奈恢梅謩e安裝一個(gè)真空表，以觀察抽真空過程中管道內(nèi)的真空度。

3.抽真空的操作方法及試驗(yàn)參數(shù)

新建管道抽真空試驗(yàn)前，應(yīng)先對(duì)已驗(yàn)收合格的管道進(jìn)行掛壓測(cè)試，以檢驗(yàn)被置換管道的氣密性是否合格。管道氣密性檢測(cè)合格后，先將新建管道內(nèi)氣體排放完畢，并用氣體檢測(cè)儀（PM4）檢測(cè)管道內(nèi)是否含有燃?xì)?。因?yàn)槟壳笆袌錾系恼婵毡镁环辣瑸榱顺檎婵兆鳂I(yè)的安全，原則上不得在管道內(nèi)有燃?xì)鈺r(shí)安排抽真空作業(yè)。氣體檢測(cè)合格，按工藝流程圖在調(diào)壓箱出口閥門后的放散口位置連接抽真空設(shè)備。

研究人員經(jīng)過反復(fù)的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)管內(nèi)真空度達(dá)到-0.06～-0.08MPa時(shí)，進(jìn)行置換作業(yè)管道內(nèi)的燃?xì)鉂舛然灸芊弦?guī)范要求。

管內(nèi)真空度達(dá)到設(shè)定值后，作業(yè)人員進(jìn)行開閥操作。這里需要十分注意，由于管內(nèi)真空度較高，相對(duì)壓差會(huì)變大，開閥門時(shí)應(yīng)該盡可能緩慢，開閥宜控制在5～10分鐘，具體因視被置換管道管容量調(diào)整，可通過壓力表或氣流通過閥門的聲音來判斷壓差情況。

當(dāng)壓力平衡后，在管道末端（無法在管道最末端則找最靠近管道末端的放散口）進(jìn)行氣體檢測(cè)，檢測(cè)氣體的天然氣濃度和加臭劑含量是否符合規(guī)范要求。即燃?xì)鉂舛葴y(cè)定值大于90%，加臭劑含量大于15g/L。在試驗(yàn)操作期間，當(dāng)管道內(nèi)真空度達(dá)到0.06～0.08MPa，置換平衡后，有部分管道需在管道末端排放20秒左右才能達(dá)到置換的要求。之所以會(huì)出現(xiàn)這種情況，一則是因?yàn)槌檎婵蘸蠊艿纼?nèi)遺留的少量空氣，二則是因?yàn)樵诔檎婵胀瓿珊箝_閥過程過于快速，使得管道內(nèi)空氣全都擠壓管道末端。

4.管道抽真空置換的不足之處

首先，按目前市場上銷售的真空泵來看，真空泵均未有防爆設(shè)置。如果管道內(nèi)有燃?xì)?，特別是在閥門內(nèi)漏的情況下，使用真空泵進(jìn)行抽真空作業(yè)就可能存在著閃爆或者燃?xì)獗ǖ奈ｋU(xiǎn)。所以在使用真空泵抽真前，應(yīng)檢查管道內(nèi)是否存留燃?xì)狻Ｔ诔檎婵兆鳂I(yè)過程中，也應(yīng)該安排人員用氣體檢測(cè)儀檢查抽出的氣體，以確?，F(xiàn)場作業(yè)安全。

其次，真空泵功率和抽氣速率對(duì)抽真空工藝的時(shí)間影響大，但目前市場上的真空泵功率較低。試驗(yàn)采用真空泵的功率為750W，抽氣速率為14.4m3/h。因?yàn)楣苋莸牟煌?，抽真空時(shí)間也不一樣。為了節(jié)省作業(yè)時(shí)間，研究人員在管道前后兩端用兩組設(shè)備進(jìn)行抽真空作業(yè)以加快抽真空的速率。

四、結(jié)論

（1）本文提供了新建燃?xì)夤艿莱檎婵赵O(shè)備工藝流程圖，介紹了抽真空置換原理。抽真空置換的方法能解決現(xiàn)有置換方法的弊端，且操作簡單、安全，易于在城鎮(zhèn)燃?xì)馄髽I(yè)中推廣使用。

（2）研究人員經(jīng)過反復(fù)的試驗(yàn)，當(dāng)新建燃?xì)夤艿纼?nèi)的真空度達(dá)到-0.06MPa～-0.08MPa時(shí)進(jìn)行燃?xì)庵脫Q，燃?xì)夤軆?nèi)天然氣濃度基本滿足置換要求.

參考文獻(xiàn)：

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[2]沈維道、童鈞耕.《工程熱力學(xué)》第4版.高等教育出版社