天然气球罐置换方法探析

余健

摘 要：以四川宏源燃气股份有限公司为例，从球罐置换方案分析了置换过程的组织管理。

关键词：天然气；球罐置换；方案

1.基本情况介绍

宏源天然气储配站位于凉帽山脚下。2座1000M3球形储罐分别于***年和***年投运，工作介质为天然气。

2.组织机构及岗位职责

2.1现场总指挥

现场总指挥由四川宏源燃气股份有限公司总工担任。负责储配站球罐置换的总体组织、指挥、协调工作。下达阀门启闭、放散、置换作业指令，检查协调现场各点位工作情况，根据现场应急情况临时确定新实施方案。四川宏源燃气股份有限公司油气开发公司经理配合现场总指挥做好相关工作。

2.2现场技术负责人

现场技术负责人负责监督现场技术规程执行情况和技术实施的执行及对球罐置换操作流程进行监督，并将工作情况及时报告现场总指挥。储配站站长配合技术负责人做好相关工作。

2.3现场安全负责人

安全负责人由公司安全监察部经理担任。负责现场的安全监督工作，确保现场指挥操作程序符合相关安全规定，并将工作情况及时报告现场总指挥。四川宏源燃气股份有限公司油气开发公司安全工作人员配合安全负责人做好相关工作。

2.4现场启闭阀门、放散泄压

启闭阀门、放散泄压由现场总负责人全权负责指挥，通过指令组织操作人员启闭相应阀门。检查指挥启闭阀门操作人员进行操作，将阀门启闭情况报告现场总指挥，并组织操作人员实施放散泄压和置换检测并将情况及时报告现场总指挥。四川宏源燃气股份有限公司储配站配合启闭阀门、放散泄压组负责人要做好相关工作。各操作人员落实好各自负责启闭阀门的位置。

2.5现场应急抢险准备

现场配备应急抢险组，负责现场可能出现险情的处理、救护及消防抢险等工作，明确抢险队员，将责任落实到人头。由专人负责消防水泵启闭，其余人员负责配合抢险工作。

2.6现场记录

由储配站进行现场记录。

3.置换方案编制依据

（1）《燃气管道工艺学》、《燃气输配》。

（2）储配站工艺流程图

（3）储配站球罐施工图

（4）《压力容器技术监察规程》1999年

（5）《在用压力容器检验规程》1990年

（6）GB1350094—1998《球形储罐施工及验收规范》

（7）TB4730—94《压力容器无损检测》

（8）各同行业单位球罐置换实例。

4.置换方案

球罐技术参数：

Ⅰ#球罐

（1）设计温度：— ℃—— + ℃

（2）设计压力：MPa 试验压力：MPa

工作压力：MPa

安全阀启动压力：MPa 安全阀回坐压力：MPa

（3）公称直径：D=米 几何体积：M3

Ⅱ#球罐

（1）设计温度：— ℃—— + ℃

（2）设计压力：MPa 试验压力：MPa

工作压力：MPa

安全阀启动压力：MPa 安全阀回坐压力：MPa

（3）公称直径：D=米 几何体积：M3

根据国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》和《在用压力容器检验规程》要求，球罐必须进行四年一次开罐检验。为保证球罐的开罐检验和置换的安全，特制定此方案。

5.球罐的置换方法

天然气直接置换空气，以达到球罐投入运行的需要。为确保球罐置换安全性，要求混合气中含氧量小于2%为置换终点。此方法具有一定的危险性。天然气爆炸极限为5%—15%，考虑到混合的不均匀性，天然气含量45%以下均视为危险区。要确保置换过程中，没有任何火源引爆这极具危险的混合气，就需要控制随进罐的天然气带入的“火种”。

5.1做好接地装置

高速气流会因“摩擦”产生静电。需要保证球罐及管道系统都有良好的接地，即便有静电负荷产生，也会立即通过接地装置导入大地，不会有电荷集聚导致高电位，而产生火花。认真检测球罐和输气管道的防静电接地，注意检查刷漆有没有影响接地状态，其接地电阻不得大于5Ω。

5.2预防高速气流

高速气流吹动管道中可能残留下来的石块、铁屑、焊条头等固体物品带进球罐，与罐壁等碰撞产生火花。根源是高速气流，解决的关键是坚决杜绝高速气流而确保低速；即便有石块等“杂物”，也不会被吹动，也就不可能产生火花；同时为了避免“杂物”带进球罐，应事先在进气管路上设置“过滤器”。

5.3喷淋冲洗

经过一段时间使用后的球罐、工艺管道内壁会附着一层硫化物或静电灰尘，在天然气直接置换空气过程中由于气流的带动产生摩擦，在可燃混合气中是极具危险的。解决的方法就是在置换前进行喷淋冲洗，尽可能的将附着在球罐及管道内壁的“危险物质”冲刷干净，并且可以改善置换设备环境，增加内部潮湿度。

综上分析，确保球罐置换安全的关键是控制气体流速。采用微压表（现有微压表量程偏大、精度不够，考虑是否可换用U型压力计）和球罐压力变送器，根据球罐压力变送器和压力计的变化，控制阀门的开启度。达到安全置换之目的。

7.置换步骤

7.1关闭各放空部位的阀门。这时球罐里的空气体积在计算工况（0.1MPa，20℃）下为1000M3。

7.2置换采用临时连接管连接民用二调压器后压力表与球罐压力表处的方式进气。启动民用二调压器，先将出口压力调节为0.1MPa，缓慢开启节流阀，置换临时进气管道，流速控制在5m/s以下（调节节流阀，工况瞬时流量要保证在317.9米3/时即5.3m3/min以下）。用检漏仪（可测浓度）测排出气体，当天然气含量超过50%时，关闭节流阀，装好临时进气管。

7.3缓慢开启节流阀，同时观测瞬时流量（可通过球罐下微压表或球罐压力变送器反算瞬量，球罐压力每涨0.001MPa时进气量为10m3，），不时调节节流阀，要求工况瞬时流量要保证在317.9米3/时以下（即管道流速不超过5米/秒，结合球罐压力计算约1分57秒进103气，即球罐压力涨0.001MPa）。当球罐表压力达到0.05MPa时，关闭节流阀停止进气。再将临时调压器出口压力调节为0.2MPa，缓慢开起节流阀，要求工况瞬时流量要保证在317.9米3/时以下。

7.4当球罐表压达到0.08MPa时换掉微压表。当压力达到0.2MPa后，关闭阀门进气。静置24小时后，先缓慢开启排污管上的放散阀放散，然后用可测浓度的检漏仪测排出气体，当天然气含量达到45%以上时，可认为罐内混合气已度过危险区。

7.5浓度达到45%，度过危险期后，可以将流速提高致20m/s以下，即工况下瞬量不超過1271.7米3/时，直到球罐表压为0.95Mpa。

7.6当球罐工作压力达到0.95MPa时，由气体定律得知，空气在球罐内占容积为954m3，天然气为9046m3，球罐内混合气体的含氧量为2%，符合含氧量标准，可以采用只混气，不放散的特殊处理方式达到转换目的。

7.7考虑夏天气温较高，本方案所述爆炸极限为常温常压极限值。为提高置换的安全性，置换过程（特别是天然气含量在危险区时）建议在早晚气温较低时进行。或可对罐体进行喷淋降温。

参考文献：

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[2]柳彦从. 天然气置换过程中的问题探讨[J]. 山西科技，2013，28（01）：135-137.

[3]何颖，王众明，张庆飞. 探讨天然气置换工程中项目管理的应用[J]. 中国外资，2011，（06）：128.