4 燃气直接置换法实例

沙坪坝学堂堡储配站投产于1987年，担负着沙坪坝区民用气调峰任务。站内设置了四台每台几何容积为1000m3的球形储罐，其贮气能力为3.2万m3。按要求1999年对3#、4#球罐进行了开罐检查；而2000年9月份，又对1#、2#球罐进行开罐检查，经重庆市锅检所对其进行超声波或磁粉探伤、X光照片和测厚等检测，并对有缺陷部位进行维修，合格后即进行气压试验，试压介质选用空气。试压合格后随即进行置换，步骤操作如下：

（1）试压、置换前的准备工作

①成立球罐开罐检查（试压、置换）工作领导小组，明确具体的分工，各负其责。

②经过多方研究讨论，确定了试压、置换方案，并制定了实施细则和具体措施，打印成文以便遵照实施。

③对与球罐相联接的管道和设备进行了试压，对阀门、法兰、焊缝等各种设备和联接处都进行认真细致的检查，对有泄漏之处进行处理。

④联接好试压、置换工作所需用的临时管道和设备。如加气管、排气管、空压机等；并作好其它一切有关的安全防范物质准备工作。

（2）试压及置换工艺流程

①在球罐的排污阀（6）之后，加一短节。短节一端采用法兰联接，另一端盲死；在短节两侧各焊一加气管，并装上控制阀（7或8）加以控制，它们与空压机（9）相连。

②以球罐的进（出）气管作为置换的进气管，球罐上的安全放空、增设的加气管（卸下空压机后）作为空气的放空管，也可作为取样点。如图2所示。

（3）试压、置换的操作步骤

①为了便于指挥、控制，不致操作失误，在试压、置换前，首先关闭全部阀门，并加装盲板，使整个系统成为密闭状态。

②启动空压机（9），打开加气管的控制阀门（7或8），向球罐充空气，使压力先缓慢升压至规定试验压力的10％，保压5-10分钟并对所有焊缝和连接部位进行初次检查；如无泄漏可继续升压到试验压力的50％；如无异常现象，其后按规定试验压力的10％逐级升压，直至试验压力0.92MPa时（因球罐设计压力为0.8MPa，实际运行压力为0.78MPa，试验压力为设计压力的1.15借人停止加压稳压半小时，在试压前应将球罐的安全阀送国家压力容器检验部门将其开启压力调至0.92MPa（试压后将其压力调至设计压力，但不得超过设计压力的1.05倍），以确保球罐试压安全；最后将压力降至设计压力，保压足够时间进行检查，检查期间压力应保持稳定，观察球罐及基础均无异常情况，经肥皂液或其他检漏液检查无漏气、无可见变形即为合格。

③试压合格后进行置换。首先拆下空压机沙），打开加气管的阀门（7或8）和安全阀（2）进行放空，待与大气相平衡为止，关闭各放空部位的阀门。这时球罐里空气体积在计算工况（0.1MPa，20℃）下为1000m3。

④打开球罐的进（出）气管上的阀门（4），向球罐缓慢充气，流速控制在3m/s以下；当球罐充气到0.05MPa时，可适当提高充气速度，流速不超过5m/s；当充装天然气到0.1MPa后，关闭进气阀（4）停止进气，开启加气管上的控制阀（7或8）缓慢地向外放散，其速度不超过10m/s，表压为10KPa时停止放散，这时取样进行分析，确认天然气含量达到置换标准（50％以上）；再次开启球罐的进气阀（4）以不超过10m／s流速向球罐充装天然气，直至球罐运行压力0.78MPa为止，置换完毕。

在置换过程中，球罐的表压P（MPa）随进罐天然气体积V（m3）变化而变化，其变化过程视为等温过程（注：Pn为当地大气压，取值0.1MPa）。

（a）当球罐压力升至0.1MPa（表压）时，球罐里空气体积在计算工况（0.1MPa，20℃）下为1000m3，而在某一工况P下其空气体积为（1000-V）m3，其关系式为：

（b）当球罐充气至0.1MPa（表压）时，停止进气，进行放空至10KPa止，这时球罐里空气和天然气的体积在计算工况（0.1MPa，20℃）下各为550m3。再次将球罐压力升至其运行压力0.78MPa为止。其关系式为：

通过以上关系式，可以算出各个工况下球罐里的天然气、空气体积组成及其压力变化情况见表1。

综上所述，经球罐置换的几种方案比较，以天然气直接置换较为方便、经济。虽然存在不安全因素，但是可以通过控制进气速度，以及采取各种安全措施协调配合，完全可以安全地越过混合气体爆炸极限范围，对于天然气球罐置换可以广泛采用此法。

参 考 文 献

[1]卢永昌等编，城市燃气工人技术培训教材《燃气输配工》，中国建筑工业出版社，1996

[2]《压力容器安全技术监察规程》国家质量技术监督局颁布1999.6

[3]李泽震等编《压力容器安全评定》劳动人事出版社，1987

[4]《球形贮罐诊断与修复技术》劳动人事出版社，冶金工业钢铁研究总院编，1987