天然气球罐置换方案.doc

天然气球罐置换方案编制：审核：批准：生产运营部二八年十一月天然气球罐置换方案一、 概述：1、现状：门站天然气球罐于2005年开始建设，并于2006年竣工，单个球罐水容积为2000m3，设计压力1.3MPa，在2008年3月进行了投用前的气密性试验中，现准备进行球罐装置的置换和试运行。2、置换方法的选择： 惰性气体置换法用惰性气体先置换球罐里的空气，再用天然气置换球罐里的惰性气体。即把惰性气体作为置换中间介质，这里所说的惰性气体是指既不可燃又不可助燃的无毒气体。如氮气（N2或液氮）、二氧化碳（CO2）、烟气等，均可以采用。此法不仅耗用大量惰性气体还耗用大量的燃气发生费用较高，其换气时间长，工作量大，既不经济且费事；对于本身有制气（惰性气体）手段和条件的工业、燃气行业普遍采用这一成熟的传统置换方案。水置换法用水先置换球罐里的空气，再用天然气置换球罐里的水。即把水作为置换中间介质。此方法操作过程是先将球罐灌满水以水排尽罐内空气，然后再排掉水同时充入燃气，待罐内水排尽时天然气也充满，置换就完成了。若是将置换工作安排在球罐的强度（水）试压会格后进行，即排水的同时进行充气置换，那是一件很经济的事情。因此此法具有安全可靠、成功率高、操作简单、置换周期短、费用低和还可多台罐连续置换等优点。但是它要求球罐基础条件较好，即球罐基础（基座）可承担置换重量，同时置换用水浪费较大，对于1000m3以上球罐置换，考虑到球罐基础条件（因球罐投运多年）和置换用水量因素，一般不宜采用此法。 燃气直接置换法此法操作过程是直接将燃气缓慢通人球罐替换出空气，从而达到置换目的。此方法的特点是比较简便也较经济，但是具有一定的危险性。因为在置换过程中，球罐里必然要产生燃气与空气的混合气体，并且要经历爆炸极限范围。对于纯天然气来讲，它的爆炸极限为515，再考虑到其混合的不均匀性，天然气含量45以下均应视为危险区，遇火源，就要发生爆炸。为此必须严格控制，采取各种安全措施，确保无火种，才能安全地渡过其危险区。要确保置换过程中，没有任何火源引爆这极具危险的混会气。为此进行如下分析：球罐的检查入孔、接管（进出气管、排污管）全部是封闭的，不可能由外部投入火种；球罐封闭前进行了开罐检查、试压、清扫等工序，有时还搁置了一段时间，内部不可能有残留火种；罐内没有活动部件，不可能因运动、撞击产生火花；唯一可能并需要控制的就是随进罐天然气流带入的火种。这种带人火种有两种：一是高速气流会因摩擦产生静电。但是，由于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人大地，不会有电荷集聚导致高电位，而产生放电火花。二是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、内梯等速；即便有石块等杂物，也不会被吹动，也就不可能产生火花了；根据暖通资料及管道实际吹扫经验，我们确定将置换球罐用天然气速度控制在3m/s以下并采用流速计或U型压力表（计）观察球罐升压速度的办法来测量其充气流速，用阀门的开度来控制流速（混气过程中控制阀前的压力要保持稳定）。综合以上，本次球罐置换选择“燃气直接置换法”，进行两座球罐的置换工作。二、置换组织机构：为了确保此管线投产工作有序、顺利进行，协调各方关系，统一指挥（现场指挥统一用防爆对讲机），特成立置换领导小组。1、组长： 职责：负责置换方案的审查，置换时间的确定，及置换现场的指挥工作。2、置换操作组： 职责：负责置换过程中工艺阀门的控制、操作3、观测压力组：职责：负责观察球罐压力增长情况，并及时向指挥组汇报4、警戒组：职责：负责置换警戒区域和周边的安全巡检工作5、机动组：职责：负责置换作业中的机动工作三、置换方案（一）、置换前的准备工作1、对与球罐相联接的管道、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。2、门站控制系统的检查、配电系统的检查。3、作好其它一切有关的安全防范，物质准备工作。球罐置换区域各路口设置明显安全警戒带，并设置监督人员进行监护，禁止与置换无关的人员入内；所有参加置换人员穿戴防静电工作服装，不得穿带钉皮鞋，进入置换区域必须关闭手机，并禁带火种入内。01.6Mpa压力表一块、060Kpa低压表一块、U型压力计(1000mm)一副、乳胶管一根（1.5米）、乳胶管与压力表管连接接头一副、甲烷浓度仪一台，以上材料由门站准备。消防水池补充水，水位达到规定位置，并对消防系统进行试运转正常。4、置换工器具准备如下;序号名称规格型号单位数量备注1甲烷浓度仪0100%台12O2含量分析仪021%台13长管呼吸器个2应急4压力表060Kpa个1测量压力5U型压力计1000mm个1测量压力6警戒带100m盘17急救箱个18安全帽台8备用部分作为检查用9防爆对讲机TK3118部4指挥维修工具1活动扳手300 450把各12呆扳手套13套筒扳手套14内六方工具套15高压验电笔支7手套副108管钳把29防爆手电把210生料带盒411压力表密封垫件412金属缠绕垫DN200件213应急照明灯隔爆型台1夜间球罐顶部照明5、准备置换记录本一本，由操作人员负责填写置换记录，置换完毕后，存档。6、置换时间：二八年十一月十二日（二）、置换工艺流程本次置换采用天然气直接置换法，只要在置换工作中杜绝一切火源，并在天然气置换中适当控制气体流速，因为高速气流会与管道“摩擦”产生静电，同时高速气流也可能吹动管道中残留下来的石块、铁屑、焊条头等固体物品带进球罐，与罐壁、内梯等碰撞产生火花，所有我们确定将置换球罐用天然气速度控制在3m/s以下，升压速率不超过0.18Kpa/min，并采用U型压力表（计）观察球罐升压速度的办法来测量其充气流速，用阀门的开度来控制流速，由球罐底部充气，顶部排气的方法。1、此次置换中，每台球罐应单独进行置换。2、用球罐的进气管线的节流阀做为置换的进气控制阀。3、以球罐的放空管作为置换的放空管，也可作为取样分析口，如图所示。4、在球罐底部测压点PI301和PI302处作为观测压力点，置换前安装U型管压力计，当球罐内压力升高至800mm水柱时，更换为低压表，压力上升至40Kpa时更换为01.6Mpa压力表。（三）、置换的操作步骤1、为了便于指挥、控制，不致操作失误，置换前，首先关闭与球罐相连的所有阀门，使整个系统成为密闭状态。2、将准备好的U型压力计用乳胶管与球罐底部压力表接头连接固定，同时将U型压力计垂直固定，玻璃管内装入洁净水，打开压力表针芯阀，并使U型压力计两端液面保持一致在0mm处；3、缓慢打开高压汇管电动球阀1303和1304，调整调压器1307，使出口压力为0.8Mpa，打开球阀3301，将天然气送至节流阀3302前。4、打开电动球阀1305和1306、打开球阀3303，缓慢打开节流阀3302，开始向球罐缓慢充气，将充气流速控制在3m/s以下，根据球罐底部测压点PI301升压速度来进行控制，升压速率为18mmH2O/分钟（即U型压力计液面按每两秒钟上升1.12mm）；5、当球罐充气（时间约3小时30分钟）到0.05MPa时，可适当提高升压速度，流速仍不超过3m/s，此时球罐底部测压点PI301处的升压速度应为36mmH2O/分钟以下（即U型压力计液面按5秒3mm上升，当球罐内压力上升至800 mmH2O时，将U型压力计更换为060Kpa低压表，当球罐内压力上升至40Kpa时，将低压表更换为01.6Mpa压力表），当向球罐充入天然气（时间约1小时17分钟）压力至0.1MPa后，关闭节流阀3302和球罐的进（出）气阀门3303停止进气；6、等待30分钟，待罐内天然气与空气的混合气体静置至混合均匀，开启放空管上的阀，用放空阀缓慢地向外放散，其速度不超过10m/s，降压速度为：0.419Kpa/分钟，当球罐内压力PI301下降至0.05Mpa时，将压力表更换为060Kpa低压表），球罐内压力PI301为10KPa时（预计放散时间约：3小时30分钟）停止放散，这时取样进行分析，确认甲烷含量达到50以上时，关闭球阀、和放空阀；7、打开球罐的进（出）气阀门3303，开启节流阀门3302以不超过10ms流速向球罐充入天然气，升压速率控制在0.89Kpa/分钟，当球罐内压力上升至40Kpa时，将低压表更换为01.6Mpa压力表，直至球罐压力0.8MPa为止（预计时间约7小时），置换完毕。8、一台球罐置换时间预计需：17小时，在充气升压和放散降压过程中，随着球罐内压力的升高和降低，管道内气体充气和放散流速会逐步下降，可根据情况对充气控制阀和放散阀控制阀每20分钟进行调整一次（须保证流速在控制范围内），各阶段流速控制计算方法详见第（四）项。9、球罐G002置换方法同球罐G001。（四）、流速控制：1、置换开始流速3m/s时，DN200进气管流量为4.65Nm3/min（6.05 m3/min，绝压77.8 Kpa），此时每分钟压力升高值为：P= P16.05/2000 其中：P1为上一个点的绝对压力值 2000为球罐容积即：开始时，P177.8Kpa，压力上升速率约为：0.306Kpa/min；2、球罐压力达到0.05MPa时，流速3m/s时，DN200进气管流量为4.65Nm3/min（6.05 m3/min，绝压127.8 Kpa），此时每分钟压力升高值为：P= P16.05/2000=0.387Kpa/min；3、放散时，放散管径为DN100，流速控制为10m/s时，管道流量为： 4.716 m3/min（绝压177.8 Kpa），此时每分钟压力降低值计算公式（按理想气体计算）为：P P14.716/2000 0.419 Kpa/min； （五）、置换过程浓度计算： 1、球罐表压0.05Mpa时：球罐内天然气体积为：50/101.3252000986.92Nm3球罐内空气体积为：77.8/101.32520001535.65Nm3此时混合气中天然气浓度为：986.92/（986.92+1535.65）100392、充气至表压0.1Mpa时：球罐内天然气体积为：100/101.32520001973.84Nm3球罐内空气体积为：77.8/101.32520001535.65Nm3此时混合气中天然气浓度为：1973.84/（1973.84+1535.65）100563、放空至10Kpa后，再次充气至表压0.8Mpa10Kpa球罐内空气体积为：88.8200044771.22Nm3101.325充气至0.8Mpa时球罐内混合气体积为： 877.8/101.325200017326.42Nm3此时混合气中天然气浓度为：17326.42-771.2210095.5517326.42四、球罐后中压管道置换本次球罐置换