儲配站大型球罐直接浸灌天然氣的方法
2023-12-04 20:48:51 1
專利名稱：儲配站大型球罐直接浸灌天然氣的方法
技術領域：
本發明涉及一種儲配站大型球罐直接浸灌天然氣的方法。
背景技術：
新的儲配站投入運行非常重要的工作是球罐首次充氣。尚未充氣的球罐置於大氣之中，裡面有空氣，在充入天然氣之前必須進行置換，即用一種不含氧氣的物質充入罐內，把球罐裡面的空氣置換出來，使罐內不含氧氣，然後再充入天然氣。這是新罐和經開罐檢修後的球罐首次充氣前必須作的工作。球罐置換，要達到兩個目的一是經過置換後首次充氣球罐絕對安全，儲配站也隨之安全；二是球罐首次供出的天然氣能滿足用氣要求。
目前，國外對於燃氣儲氣罐的浸灌方法的報導較少，多數為儲氣罐本身的結構分析、檢測方法及控制方式的報導。如AKATSU TADASHI MIZUTORIKAZUYUKI TAKENAKA KAZUYUKI等報導了天然氣儲氣罐的三維分析；Banerjee，R.報導了自動充氣管兩相氣流的特徵、實驗性研究及計算機液體動態模擬；SEEGER K報導了Wuppertaler stadtwerke AG球形氣罐完整檢測方法；Krijger，W.報導了儲氣罐流速及壓力的控制。國內可見乾式燃氣儲氣罐直接置換與間接置換的報導，其中多數為採用惰性氣體的間接置換的報導，而劉亞士、羅義英(河南城建高等專科學校)在煤氣與熱力.2001、21(4).-333-334上發表的《燃氣儲罐置換過程的探討》中，對燃氣儲罐的置換方法進行了分析比較，提出了置換過程的具體要求。直接置換是直接用燃氣置換儲氣罐內的空氣或者直接用儲氣罐內的空氣置換儲氣罐內的燃氣，置換過程中儲氣罐內必然有形成爆炸性的混合氣體的過程，由於此時間段內混合氣體處於爆炸範圍之內，時刻存在爆炸的危險，所以，對發生爆炸的三個條件進行嚴格控制，不使三個條件同時發生，從而達到安全置換的目的。上述屬於理論探討，本發明之前尚無人在大型球罐上實施。
事實上，現行的大型球罐置換方法通常採用間接置換方式，一般用水置換或用惰性氣體置換。用水置換，需要與球罐容積相等的水置換出其中的空氣，如果是一臺容積為10000立方米的天然氣球罐，就需要10000噸水進入球罐置換其中的空氣，即使不考慮水價成本，僅如此重量的水衝入球罐，對罐體的設計、基礎設計都會提出更高的要求，經濟成本將大幅上升。而採用氣體間接置換法，只能用一種不含氧氣的氣體把球罐裡面的空氣置換出來。如果採用氮氣置換，那麼一臺容積為10000立方米的天然氣球罐，就需要約70萬元，且換氣時間約需1個月，工作量很大。
發明內容
本發明的目的在於提供一種安全、快捷、省錢、省力的儲配站大型球罐直接浸灌天然氣的方法。
本發明的目的可以通過以下技術措施來達到。即這種儲配站大型球罐直接浸灌天然氣的方法，包括對「球罐區」天然氣管道、「調壓計量區」和「進出站管道」進行吹掃，合格後關閉，其特徵在於包括以下步驟一、檢查浸灌過程所有閥門應處於關閉狀態；二、檢查球罐上第一道閥門安全閥上流閥和壓力表控制閥應全開，其餘閥應全關；三、浸灌開始，按以下順序打開浸灌流程上相關閥門電動閥2，手動閥3、4、6、8，電動閥10、12，手動閥14，電動閥17，手動閥20、電動閥22，手動閥23，排汙手動閥24，放空手動閥25，電動閥26，電動調節閥27，罐前電動閥28、31，其餘全處於關閉狀態；四、啟動和調節調壓組D的調壓器13，使其輸出壓力為0.1MPa(關閉壓力)，使天然氣送到罐前手動閥前；五、浸灌開始①微開罐前手動閥，天然氣以很小的流量流入球罐內；②同時觀察罐前接的水柱表，並根據觀察情況調節罐前手動閥，使水柱表一直維持在12mmH2O/m以內(單側上升6mmH2O/min)；③同時觀察計量組渦輪錶轉動，看示值是否維持在12標準立方米/分鐘以內；④觀察調壓組D後壓力表並調節指揮器使閥後壓力應維持0.1MPa左右；應該指出的是，按浸灌時間0～40分鐘是危險時段，平均濃度5％以下；40～140分鐘是特別危險時段，平均濃度為5％～15％，為爆炸濃度；140～530分鐘為危險時段，平均濃度為15％～40％。530分鐘以後，平均濃度40％以上，是安全時段，進行直接充罐，不用控制流速在3m/s。
從理論上講，只有在40～140分鐘時段，平均濃度進入5％～15％才是可能發生爆炸的危險時段。但在實際上，要考慮到罐內天然氣與空氣混合的不均勻性，所以我們把危險時段擴大從開始浸灌一直到平均濃度為40％即浸灌530分鐘，整個530分鐘內視為危險區對待，就可保證浸灌安全。
六、隨著罐內壓力升高，調節器出口會逐漸關小，浸灌流量也會隨之減小，所以，罐前閥門開度要隨著調節開大，全由罐前水柱表監測來指揮，直至530分鐘時止，浸氣工作完成，進入正常充罐階段。
本發明是一種儲配站大型球罐直接浸灌天然氣的方法，經實驗表明在技術上是可以的，在操作上也是可行的。
所謂「在技術上是可以的」是說，這種未經置換直接浸灌天然氣也仍然能夠達到「置換」的兩個目的首先分析直接浸灌天然氣達到額定工作壓力0.98MPa後，裡面的天然氣與空氣混合氣體首次輸出進入城區管網供用戶使用，仍然能達到使用要求。
在此我們不詳細分析這種混合氣(10份純天然氣加1份空氣的混合氣)的華白指數和燃燒勢的變化對燃燒的影響。實際上，這種混合氣並非直接進戶，而是先進城區管網再進戶。在進入城區管網內，又與管網內的純天然氣再次混合[因為管網內不是空的]，天然氣濃度更提高了，不再是10∶1，而是十幾比一，基本上接近純天然氣了，對燃燒的影響很微小。
其次根據資料介紹，混合氣中氧氣含量2％可定為置換的終點。也就是說，混合氣中氧氣含量不能超過2％。按此計算，天然氣與空氣的混合比為9.5∶1，即9.5m3天然氣可與1m3空氣混合。實驗中，球罐直接浸灌天然氣至額定工作壓力，天然氣與空氣的混合比為10∶1，混合氣中氧氣含量為0.2÷11＝1.8％，完全符合上述置換終點的要求，這樣的混合氣輸入用戶的灶具上使用，不會有多大的變化。
再看，直接浸灌天然氣，在安全上有什麼問題？天然氣與空氣混合物的確是一種很危險的物質，因為它是一種爆炸性物質，又可燃燒。
但是，這種混合物發生爆炸和燃燒是有條件的①要在一個特定的濃度範圍內，即5％～15％內；如果超出這個範圍，既不會燃燒，更不會爆炸。
②要有點火源。
兩個條件必須同時具備。
第一個條件是要有燃燒、爆炸的物質我們直接向球罐內浸灌天然氣，在浸灌過程中要經過5％至15％這樣一個最危險的濃度階段，而且，考慮到天然氣在球罐裡擴散、混合的不均勻性，為十分把握起見，這個危險濃度範圍應適當擴大，根據經驗介紹，一般應在0～40％範圍內，而把5％～15％定為「最危險範圍」。
第二個條件是要有點火源的問題。球罐及其相連的管道，整個系統完全密閉，外面的火源是不可能進入系統內部；系統在封閉前，經清掃和擱置，內部也不可能還有殘留火種；系統內無活動零部件，沒有固體物自由摩擦、碰撞產生火花；唯一可能是在天然氣流入「帶入」或產生火花。
向球罐充入天然氣時，氣流會帶入或產生火花，是因為①高速天然氣流吹動系統內、特別是管道內可能殘留下來的固態物體，如小石子、焊渣、焊條尾巴、螺釘螺帽、墊圈、遺落的小型工具等金屬小件(其可能性非常非常小)，與管壁、罐壁、內梯、測溫盲管摩擦、撞擊產生火花，這個火花若遇5％至15％的天然氣空氣混合物，可即刻引爆。這種危險是可能存在的。
②高速氣流與管壁、罐壁相摩擦產生靜電火花，高速氣流分子間強烈摩擦產生靜電火花，也會引爆爆炸性氣體。這種危險也是可能存在的。
綜合上述兩種情況，凡因氣流與管壁、罐壁和罐內旋梯、測溫盲管摩擦產生靜電，由於良好的接地(接地電阻經實測在0.2歐姆以下)，電荷一面發生又同時導入大地，不可能有電荷聚集導致高電位放電，也就不會產生電火花；氣體分子間摩擦產生靜電，由於在罐內不斷流入的天然氣壓力作用下，分子相對摩擦運動是紊亂的，一面產生靜電又馬上中和，也不會這部分與那部分分子間出現高電位差，也不會發生放電產生電火花。唯一剩下的危險火源是管道內、球罐內由氣流帶動的可能殘留下的固體物、小物件高速移動與管壁、罐壁、罐內鐵梯、測溫盲管摩擦、撞擊產生火花。要避免發生這種情況，可以採取下述措施①通過反覆清掃、吹掃，使管內、罐內無殘留固體物。實際上經幾次吹掃合格，殘留物留下的可能性很小了，內部很乾淨了。浸灌前一天又再次吹掃三遍。
②嚴格控制氣流速度，即便還有少量殘留物，氣體流速低，天然氣慢慢流入球罐，慢慢擴散與空氣混合；猶如地下水一樣，不是譁譁地流出，而是慢慢浸出來。所以本發明不是「直接充氣技術方案」，而是「直接浸灌技術方案」，只不過要多花點時間罷了。流速低了，能量也低了。速度與能量是平方關係，流速減小1倍，能量減小4倍。能量減小了，殘留物、小物件吹不動，即使吹動了，也走得很慢，即便發生摩擦，即便發生碰撞，由於能量太小，溫度升不起來，也就不可能產生火花。
所以，本發明的技術關鍵是控制天然氣流速度！根據管道吹掃經驗和有關資料介紹，我們只要將氣流速度控制在3至5米/秒以內，就可避免產生摩擦火花、撞擊火花。
為更把握起見，我們取流速3米/秒來計算與操作。從而保證了浸灌的安全性。
綜上所述，本發明與現有技術相比，突破了傳統儲氣罐間接置換技術，而是採取天然氣直接浸灌。在進行浸灌操作之前，再次對管路及設備系統進行嚴格的吹掃，避免殘留雜質在浸灌過程中可能產生的火花，並通過良好的接地裝置來消除靜電荷積累，避免靜電放電產生電火花。在具體操作中，利用調節管道上閥門的開度來控制天然氣直接浸入儲氣罐的速度，消除在浸灌過程中因各種摩擦或撞擊產生火花或電火花，最終消除天然氣與空氣混合後發生爆炸的可能性。所以，該發明與技術具有安全、快捷、省錢、省力的的特點。
附圖為本發明儲配站大型球罐直接浸灌天然氣流程圖。
具體實施例方式
以下將結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的描述。
參見圖1，本發明儲配站大型球罐直接浸灌天然氣的方法，在對「球罐區」天然氣管道、「調壓計量區」和「進出站管道」進行吹掃合格後，其工藝流程如下輸氣管1→電動閥2→匯管34→手動閥3→過濾器35→手動閥4→匯管5→手動閥6→孔板流量計7→手動閥8→匯管9→電動閥10→匯管11→電動閥12→調壓器13→手動閥14→匯管15→匯管16→電動閥17→過濾器18→渦輪流量表19→手動閥20→匯管21→電動閥22手動閥23→排汙手動閥24→放空手動閥25→匯管37→電動閥26→電動調節閥27→向球罐輸氣專用管道36→罐前電動閥28、31→罐前手動閥29、32→球罐30、33罐內。
按照上述工藝流程其操作步驟如下述1.浸灌開始前的準備工作①流程設備初始狀態檢查調壓計量工藝區的全部閥門全關；球罐上的第一道閥，安全閥上流閥門全開，使安全閥處於運行狀態，壓力表前針形閥開，壓力表處於投運狀態，其餘閥門全關。
②接好U型管壓力計。
2.浸灌操作人員各就各位。
3.浸灌具體操作①按以下順序打開浸灌流程上的相關閥門[全開狀態]電動閥2，手動閥3、4、6、8，電動閥10、12，手動閥14，電動閥17，手動閥20號、電動閥22，手動閥23，排汙手動閥24，放空手動閥25，電動閥26，電動調節閥27，罐前電動閥28、31，其餘閥不動[處於全關狀態]。與此同時打開流程上壓力表前針閥。
②啟動調壓器組的調壓器13，把天然氣送到罐前手動閥29、32前；調節其指揮器，使調壓器13出口壓力為0.1Mpa[此時實為關閉壓力]。
③微開罐前手動閥29、32，天然氣以很小的流量浸入球罐30、33。浸灌真正開始。
④微開罐前手動閥的同時，仔細觀察罐前水柱表，其水柱單側上升速度在6mm/min以內，並以此來控制手動閥的開度。
⑤同時觀察計量組C的渦輪流量表19的轉動，看示值是否維持在12標準立方米/分鐘以內。
⑥觀察調壓組D的調壓器13出口壓力，通過調節指揮器使閥後壓力[出口壓力]應維持在0.1MPa左右。
⑦隨著浸灌時間的推移，罐內壓力逐漸升高，1號調節器出口逐步關小，浸氣流量也會隨之減小，U型表上升速度下降。通知罐前手動閥開度增加一點，以保持6mm/min水柱上升。所以浸灌全過程，水柱表的觀察讀數不能停，罐前手動閥開度的調節控制全靠觀察水柱表來指揮，一直到530分鐘後罐前壓力66.68kPa時止[以此壓力達到否為準]，浸氣工作完成，以後按正常充氣進行操作，直至充滿(以罐內壓力達到0.98MPa為止)，不受3m/s流速的約束。
4.浸氣中要注意三個時段①U型表液面差為500mm時，即單邊上升到250mm時，罐內壓力5kPa，天然氣平均濃度≥5％，通知浸氣已開始進入特別危險階段，觀察與操作人員應嚴格控制水柱上升速度不超過單邊6mm/min。
②U型表液面差為1770mm時，即單邊上升到885mm，罐內壓力17.7kPa，天然氣平均濃度＞15％，通知浸氣已走出特別危險階段，進入危險階段。
③U型表液面差6668mm時，即單邊上升到3334mm，罐內壓力為66.68kPa，天然氣平均濃度≥40％，通知浸氣已走出危險階段，進入安全階段，浸氣結束，正常充氣可開始，氣流速度應提高，不受3m/s流速約束。
權利要求
1.一種儲配站大型球罐直接浸灌天然氣的方法，包括對「球罐區」天然氣管道、「調壓計量區」和「進出站管道」進行吹掃，合格後關閉，其特徵在於包括以下步驟一、浸灌開始前，檢查工藝區所有閥門應處於關閉狀態；二、檢查球罐上第一道閥門安全閥上流閥和壓力表控制閥應全開，其餘閥應全關；三、浸灌開始，按以下順序打開浸灌流程上相關閥門電動閥(2)，手動閥(3、4、6、8)，電動閥(10、12)，手動閥(14)，電動閥(17)，手動閥(20)、電動閥(22)，手動閥(23)，排汙手動閥(24)，放空手動閥(25)，電動閥(26)，電動調節閥(27)，罐前電動閥(28、31)，其餘閥全處於關閉狀態；四、啟動和調節調壓組D的調壓器(13)，使其輸出壓力為0.1Mpa[關閉壓力]，把天然氣送到罐前閥前；五、浸灌開始①微開罐前手動閥(29、32)，天然氣以很小的流量流入球罐(30、33)內；②同時觀察罐前接的水柱表，並根據觀察情況調節罐前手動閥，使水柱表一直維持在12mmH2O/m以內[單側上升6mm H2O/min]；③同時觀察計量組渦輪錶轉動，看示值是否維持在12標準立方米/分鐘以內；④觀察調壓組D後壓力表並調節指揮器使閥後壓力應維持0.1MPa左右；六、隨著罐內壓力升高，調節器出口會逐漸關小，浸氣流量也會隨之減小，所以，罐前閥門開度要隨著調節開大，全由罐前水柱表監測來指揮，直至530分鐘罐內壓力為66.68kpa時止，浸氣工作完成，以後按正常充氣進行操作，直至充滿。
全文摘要
一種儲配站向大型球罐直接浸灌天然氣的方法，突破了傳統儲氣罐間接置換技術，而是採取天然氣直接浸灌在進行浸灌操作之前，通過對球罐及管路設備系統進行嚴格的吹掃來減少各種雜質在浸灌過程中產生火花，並通過良好的接地裝置來消除產生電火花的現象；在具體操作中，利用調節管道閥門，控制天然氣直接浸入儲氣罐的速度，消除在浸灌過程中因各種摩擦產生的電火花，最終消除天然氣與空氣混合後發生爆炸的可能性。具有安全、快捷、省錢、省力的特點。
文檔編號F17C5/02GK1834525SQ200610054220
公開日2006年9月20日 申請日期2006年4月17日 優先權日2006年4月17日
發明者蒲自慶, 吳永遠, 陳立, 裴雲秦, 董寧, 周澤龍 申請人:重慶燃氣(集團)有限責任公司