CN100368723C

CN100368723C - 储配站大型球罐直接浸灌天然气的方法

Info

Publication number: CN100368723C
Application number: CNB2006100542208A
Authority: CN
Inventors: 蒲自庆; 吴永远; 陈立; 裴云秦; 董宁; 周泽龙
Original assignee: CHONGQING GAS GROUP Co Ltd
Current assignee: CHONGQING GAS GROUP CO., LTD.
Priority date: 2006-04-17
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2026-04-17
Also published as: CN1834525A

Abstract

一种储配站向大型球罐直接浸灌天然气的方法，突破了传统储气罐间接置换技术，而是采取天然气直接浸灌：在进行浸灌操作之前，通过对球罐及管路设备系统进行严格的吹扫来减少各种杂质在浸灌过程中产生火花，并通过良好的接地装置来消除产生电火花的现象；在具体操作中，利用调节管道阀门，控制天然气直接浸入储气罐的速度，消除在浸灌过程中因各种摩擦产生的电火花，最终消除天然气与空气混合后发生爆炸的可能性。具有安全、快捷、省钱、省力的特点。

Description

储配站大型球罐直接浸灌天然气的方法

技术领域

本发明涉及一种储配站大型球罐直接浸灌天然气的方法。

背景技术

新的储配站投入运行非常重要的工作是球罐首次充气。尚未充气的球罐置于大气之中，里面有空气，在充入天然气之前必须进行置换，即用一种不含氧气的物质充入罐内，把球罐里面的空气置换出来，使罐内不含氧气，然后再充入天然气。这是新罐和经开罐检修后的球罐首次充气前必须作的工作。球罐置换，要达到两个目的：一是经过置换后首次充气球罐绝对安全，储配站也随之安全；二是球罐首次供出的天然气能满足用气要求。

目前，国外对于燃气储气罐的浸灌方法的报道较少，多数为储气罐本身的结构分析、检测方法及控制方式的报道。如：AKATSU TADASHI MIZUTORIKAZUYUKI TAKENAKA KAZUYUKI等报道了天然气储气罐的三维分析；Banerjee，R.报道了自动充气管两相气流的特征、实验性研究及计算机液体动态模拟；SEEGER K报道了Wuppertaler stadtwerke AG球形气罐完整检测方法；Krijger，W.报道了储气罐流速及压力的控制。国内可见干式燃气储气罐直接置换与间接置换的报道，其中多数为采用惰性气体的间接置换的报道，而刘亚士、罗义英(河南城建高等专科学校)在煤气与热力.2001、21(4).-333-334上发表的《燃气储罐置换过程的探讨》中，对燃气储罐的置换方法进行了分析比较，提出了置换过程的具体要求。直接置换是直接用燃气置换储气罐内的空气或者直接用储气罐内的空气置换储气罐内的燃气，置换过程中储气罐内必然有形成爆炸性的混合气体的过程，由于此时间段内混合气体处于爆炸范围之内，时刻存在爆炸的危险，所以，对发生爆炸的三个条件进行严格控制，不使三个条件同时发生，从而达到安全置换的目的。上述属于理论探讨，本发明之前尚无人在大型球罐上实施。

事实上，现行的大型球罐置换方法通常采用间接置换方式，一般用水置换或用惰性气体置换。用水置换，需要与球罐容积相等的水置换出其中的空气，如果是一台容积为10000立方米的天然气球罐，就需要10000吨水进入球罐置换其中的空气，即使不考虑水价成本，仅如此重量的水冲入球罐，对罐体的设计、基础设计都会提出更高的要求，经济成本将大幅上升。而采用气体间接置换法，只能用一种不含氧气的气体把球罐里面的空气置换出来。如果采用氮气置换，那么一台容积为10000立方米的天然气球罐，就需要约70万元，且换气时间约需1个月，工作量很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全、快捷、省钱、省力的储配站大型球罐直接浸灌天然气的方法。

本发明的目的可以通过以下技术措施来达到。即这种储配站大型球罐直接浸灌天然气的方法，包括对“球罐区”天然气管道、“调压计量区”和“进出站管道”进行吹扫，合格后关闭，其特征在于包括以下步骤：

一、检查浸灌过程所有阀门：应处于关闭状态；

二、检查球罐上第一道阀门：安全阀上流阀和压力表控制阀应全开，其余阀应全关；

三、浸灌开始，按以下顺序打开浸灌流程上相关阀门：电动阀2，手动阀3、4、6、8，电动阀10、12，手动阀14，电动阀17，手动阀20、电动阀22，手动阀23，排污手动阀24，放空手动阀25，电动阀26，电动调节阀27，罐前电动阀28、31，其余全处于关闭状态；

四、启动和调节调压组D的调压器13，使其输出压力为0.1MPa(关闭压力)，使天然气送到罐前手动阀前；

五、浸灌开始：

①微开罐前手动阀，天然气以很小的流量流入球罐内；

②同时观察罐前接的水柱表，并根据观察情况调节罐前手动阀，使水柱表一直维持在12mmH₂O/m以内(单侧上升6mmH₂O/min)；

③同时观察计量组涡轮表转动，看示值是否维持在12标准立方米/分钟以内；

④观察调压组D后压力表并调节指挥器使阀后压力应维持0.1MPa左右；

应该指出的是，按浸灌时间：0～40分钟是危险时段，平均浓度5％以下；40～140分钟是特别危险时段，平均浓度为5％～15％，为爆炸浓度；140～530分钟为危险时段，平均浓度为15％～40％。530分钟以后，平均浓度40％以上，是安全时段，进行直接充罐，不用控制流速在3m/s。

从理论上讲，只有在40～140分钟时段，平均浓度进入5％～15％才是可能发生爆炸的危险时段。但在实际上，要考虑到罐内天然气与空气混合的不均匀性，所以我们把危险时段扩大：从开始浸灌一直到平均浓度为40％即浸灌530分钟，整个530分钟内视为危险区对待，就可保证浸灌安全。

六、随着罐内压力升高，调节器出口会逐渐关小，浸灌流量也会随之减小，所以，罐前阀门开度要随着调节开大，全由罐前水柱表监测来指挥，直至530分钟时止，浸气工作完成，进入正常充罐阶段。

本发明是一种储配站大型球罐直接浸灌天然气的方法，经实验表明：在技术上是可以的，在操作上也是可行的。

所谓“在技术上是可以的”是说，这种未经置换直接浸灌天然气也仍然能够达到“置换”的两个目的：

首先分析：直接浸灌天然气达到额定工作压力0.98MPa后，里面的天然气与空气混合气体首次输出进入城区管网供用户使用，仍然能达到使用要求。

在此我们不详细分析这种混合气(10份纯天然气加1份空气的混合气)的华白指数和燃烧势的变化对燃烧的影响。实际上，这种混合气并非直接进户，而是先进城区管网再进户。在进入城区管网内，又与管网内的纯天然气再次混合[因为管网内不是空的]，天然气浓度更提高了，不再是10∶1，而是十几比一，基本上接近纯天然气了，对燃烧的影响很微小。

其次：根据资料介绍，混合气中氧气含量2％可定为置换的终点。也就是说，混合气中氧气含量不能超过2％。按此计算，天然气与空气的混合比为9.5∶1，即9.5m³天然气可与1m³空气混合。实验中，球罐直接浸灌天然气至额定工作压力，天然气与空气的混合比为10∶1，混合气中氧气含量为0.2÷11＝1.8％，完全符合上述置换终点的要求，这样的混合气输入用户的灶具上使用，不会有多大的变化。

再看，直接浸灌天然气，在安全上有什么问题？

天然气与空气混合物的确是一种很危险的物质，因为它是一种爆炸性物质，又可燃烧。

但是，这种混合物发生爆炸和燃烧是有条件的：

①要在一个特定的浓度范围内，即5％～15％内；如果超出这个范围，既不会燃烧，更不会爆炸。

②要有点火源。

两个条件必须同时具备。

第一个条件是要有燃烧、爆炸的物质：

我们直接向球罐内浸灌天然气，在浸灌过程中要经过5％至15％这样一个最危险的浓度阶段，而且，考虑到天然气在球罐里扩散、混合的不均匀性，为十分把握起见，这个危险浓度范围应适当扩大，根据经验介绍，一般应在0～40％范围内，而把5％～15％定为“最危险范围”。

第二个条件是要有点火源的问题。球罐及其相连的管道，整个系统完全密闭，外面的火源是不可能进入系统内部；系统在封闭前，经清扫和搁置，内部也不可能还有残留火种；系统内无活动零部件，没有固体物自由摩擦、碰撞产生火花；唯一可能是在天然气流入“带入”或产生火花。

向球罐充入天然气时，气流会带入或产生火花，是因为：

①高速天然气流吹动系统内、特别是管道内可能残留下来的固态物体，如小石子、焊渣、焊条尾巴、螺钉螺帽、垫圈、遗落的小型工具等金属小件(其可能性非常非常小)，与管壁、罐壁、内梯、测温盲管摩擦、撞击产生火花，这个火花若遇5％至15％的天然气空气混合物，可即刻引爆。这种危险是可能存在的。

②高速气流与管壁、罐壁相摩擦产生静电火花，高速气流分子间强烈摩擦产生静电火花，也会引爆爆炸性气体。这种危险也是可能存在的。

综合上述两种情况，凡因气流与管壁、罐壁和罐内旋梯、测温盲管摩擦产生静电，由于良好的接地(接地电阻经实测在0.2欧姆以下)，电荷一面发生又同时导入大地，不可能有电荷聚集导致高电位放电，也就不会产生电火花；气体分子间摩擦产生静电，由于在罐内不断流入的天然气压力作用下，分子相对摩擦运动是紊乱的，一面产生静电又马上中和，也不会这部分与那部分分子间出现高电位差，也不会发生放电产生电火花。唯一剩下的危险火源是管道内、球罐内由气流带动的可能残留下的固体物、小物件高速移动与管壁、罐壁、罐内铁梯、测温盲管摩擦、撞击产生火花。要避免发生这种情况，可以采取下述措施：

①通过反复清扫、吹扫，使管内、罐内无残留固体物。实际上经几次吹扫合格，残留物留下的可能性很小了，内部很干净了。浸灌前一天又再次吹扫三遍。

②严格控制气流速度，即便还有少量残留物，气体流速低，天然气慢慢流入球罐，慢慢扩散与空气混合；犹如地下水一样，不是哗哗地流出，而是慢慢浸出来。所以本发明不是“直接充气技术方案”，而是“直接浸灌技术方案”，只不过要多花点时间罢了。流速低了，能量也低了。速度与能量是平方关系，流速减小1倍，能量减小4倍。能量减小了，残留物、小物件吹不动，即使吹动了，也走得很慢，即便发生摩擦，即便发生碰撞，由于能量太小，温度升不起来，也就不可能产生火花。

所以，本发明的技术关键是控制天然气流速度！

根据管道吹扫经验和有关资料介绍，我们只要将气流速度控制在3至5米/秒以内，就可避免产生摩擦火花、撞击火花。

为更把握起见，我们取流速3米/秒来计算与操作。从而保证了浸灌的安全性。

综上所述，本发明与现有技术相比，突破了传统储气罐间接置换技术，而是采取天然气直接浸灌。在进行浸灌操作之前，再次对管路及设备系统进行严格的吹扫，避免残留杂质在浸灌过程中可能产生的火花，并通过良好的接地装置来消除静电荷积累，避免静电放电产生电火花。在具体操作中，利用调节管道上阀门的开度来控制天然气直接浸入储气罐的速度，消除在浸灌过程中因各种摩擦或撞击产生火花或电火花，最终消除天然气与空气混合后发生爆炸的可能性。所以，该发明与技术具有安全、快捷、省钱、省力的的特点。

附图说明

附图为本发明储配站大型球罐直接浸灌天然气流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的描述。

参见图1，本发明储配站大型球罐直接浸灌天然气的方法，在对“球罐区”天然气管道、“调压计量区”和“进出站管道”进行吹扫合格后，其工艺流程如下：

输气管1→电动阀2→汇管34→手动阀3→过滤器35→手动阀4→汇管5→手动阀6→孔板流量计7→手动阀8→汇管9→电动阀10→汇管11→电动阀12→调压器13→手动阀14→汇管15→汇管16→电动阀17→过滤器18→涡轮流量表19→手动阀20→汇管21→电动阀22手动阀23→排污手动阀24→放空手动阀25→汇管37→电动阀26→电动调节阀27→向球罐输气专用管道36→罐前电动阀28、31→罐前手动阀29、32→球罐30、33罐内。

按照上述工艺流程其操作步骤如下述：

1.浸灌开始前的准备工作

①流程设备初始状态检查：调压计量工艺区的全部阀门全关；球罐上的第一道阀，安全阀上流阀门全开，使安全阀处于运行状态，压力表前针形阀开，压力表处于投运状态，其余阀门全关。

②接好U型管压力计。

2.浸灌操作人员各就各位。

3.浸灌具体操作

①按以下顺序打开浸灌流程上的相关阀门[全开状态]：电动阀2，手动阀3、4、6、8，电动阀10、12，手动阀14，电动阀17，手动阀20号、电动阀22，手动阀23，排污手动阀24，放空手动阀25，电动阀26，电动调节阀27，罐前电动阀28、31，其余阀不动[处于全关状态]。与此同时打开流程上压力表前针阀。

②启动调压器组的调压器13，把天然气送到罐前手动阀29、32前；调节其指挥器，使调压器13出口压力为0.1Mpa[此时实为关闭压力]。

③微开罐前手动阀29、32，天然气以很小的流量浸入球罐30、33。浸灌真正开始。

④微开罐前手动阀的同时，仔细观察罐前水柱表，其水柱单侧上升速度在6mm/min以内，并以此来控制手动阀的开度。

⑤同时观察计量组C的涡轮流量表19的转动，看示值是否维持在12标准立方米/分钟以内。

⑥观察调压组D的调压器13出口压力，通过调节指挥器使阀后压力[出口压力]应维持在0.1MPa左右。

⑦随着浸灌时间的推移，罐内压力逐渐升高，1号调节器出口逐步关小，浸气流量也会随之减小，U型表上升速度下降。通知罐前手动阀开度增加一点，以保持6mm/min水柱上升。所以浸灌全过程，水柱表的观察读数不能停，罐前手动阀开度的调节控制全靠观察水柱表来指挥，一直到530分钟后罐前压力66.68kPa时止[以此压力达到否为准]，浸气工作完成，以后按正常充气进行操作，直至充满(以罐内压力达到0.98MPa为止)，不受3m/s流速的约束。

4.浸气中要注意三个时段：

①U型表液面差为500mm时，即单边上升到250mm时，罐内压力5kPa，天然气平均浓度≥5％，通知浸气已开始进入特别危险阶段，观察与操作人员应严格控制水柱上升速度不超过单边6mm/min。

②U型表液面差为1770mm时，即单边上升到885mm，罐内压力17.7kPa，天然气平均浓度＞15％，通知浸气已走出特别危险阶段，进入危险阶段。

③U型表液面差6668mm时，即单边上升到3334mm，罐内压力为66.68kPa，天然气平均浓度≥40％，通知浸气已走出危险阶段，进入安全阶段，浸气结束，正常充气可开始，气流速度应提高，不受3m/s流速约束。

Claims

1.一种储配站大型球罐直接浸灌天然气的方法，包括对“球罐区”天然气管道、“调压计量区”和“进出站管道”进行吹扫，合格后关闭，其特征在于：包括以下步骤：

一、浸灌开始前，检查工艺区所有阀门：应处于关闭状态；

三、浸灌开始，按以下顺序打开浸灌流程上相关阀门：第一电动阀(2)，第一手动阀(3)、第二手动阀(4)、第三手动阀(6)、第四手动阀(8)，第二电动阀(10)、第三电动阀(12)，第五手动阀(14)，第四电动阀(17)，第六手动阀(20)、第五电动阀(22)，第七手动阀(23)，排污手动阀(24)，放空手动阀(25)，第六电动阀(26)，电动调节阀(27)，罐前电动阀(28、31)，其余阀全处于关闭状态；

四、启动和调节调压组的调压器(13)，使其输出压力为0.1Mpa，此时实为关闭压力，把天然气送到罐前手动阀前；

五、浸灌开始：

①微开罐前手动阀(29、32)，开然气以很小的流量流入球罐(30、33)内；

②同时观察罐前接的水柱表，并根据观察情况调节罐前手动阀，使水柱表的读数上升速度一直维持在12mmH₂O/min以内，单侧上升6mm H₂O/min；

④观察调压组后压力表并调节指挥器使阀后压力应维持0.1Mpa左右；

六、随着罐内压力升高，调节器出口会逐渐关小，浸气流量也会随之减小，所以，罐前阀门开度要随着调节开大，全由罐前水柱表监测来指挥，直至530分钟罐内压力为66.68kpa时为止，浸气工作完成，以后按正常充气进行操作，直至充满。