天然气球罐氮气置换技术探究

何永春(成都天然气化工总厂，四川 成都 610000)

天然气球罐氮气置换技术探究

何永春(成都天然气化工总厂，四川 成都 610000)

我国的石油部门和国家政府在进行生产过程中首先需要注意的就是保证安全问题，因此对于检修过后或者是刚建的天然气管道在进行投入使用之前需要借助惰性气体将管道内的所有气体进行置换，因此也就用到了天然气球罐氮气置换技术。本文主要讲述了天然气以及氮气的性质，并且就天然气球罐氮气置换技术的具体应用进行了探究。

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对于刚刚检修过后或者是刚刚建成的输气管道，管道内会存在有一定的空气，需要对其进行气体置换，如果这时候直接用天然气进行置换会存在有非常巨大的安全风险，因为空气中天然气的实际含量如果达到5%到15%之间，混合气体就会非常容易发生爆炸，因此在对空气进行置换时，一定不能选择天然气，而是需要用氮气进行置换。

1 气体性质

1.1 天然气性质

在天然气中主要的组成部分是甲烷，一般情况下甲烷的含量可以占到天气中的90%以上，其中还包含有丁烷，丙烷，以及乙烷等一些烃类气体以及二氧化碳，氮气等一些非烃类气体。天然气在经过燃烧后不会产生废水，废渣，和石油，煤炭等能源进行比较可以发现其具有干净，热值高以及使用安全等多种优势。

1.2 氮气性质

氮气是一种无嗅无色无味的气体，一般情况下没有毒。氮气在空气中速战的体积分数是78.12%，是大气中非常重要的组成成分。常温情况下是气体状态，在标准气压下，将其冷却到零下195.8摄氏度时会变为没有颜色的以，冷却到零下209.86摄氏度时，氮气会变为固体，呈鲜花状。氮气具有非常稳定的化学气质，一般情况下不会和其他物质反应。

2 天然气球罐氮气置换技术具体应用探究

南充储配1站在14年成功实现了对天然气球罐的置换作业，为了可以真正的保证球罐检修后安全投运，借助置换氮气的方式从而使球罐可以达到顺利投产条件。

2.1 具体置换原理

在天然气球罐检修完成后进入运行之前对其进行抽真空操作，然后在进行惰性气体的充入工作。借助气体的不断扩散以及扰动，使空气以及和氮气实现混合，起到将空气稀释的效果，从而使球罐内含氧量得到降低，从而使天然气的具体爆炸极限得到减少。

2.2 理论依据

在储气罐建成之后进行运行之前，或者在储气罐已经停止工作对其展开检修时，需要对管内的气体展开置换操作。如果直接用空气置换燃气，在置换进行中不可避免的会形成爆炸性气体，因此这就需要用惰性气体对其进行置换。

每种混合的燃气都会存在有爆炸的上限以及下限，具体的范围大小可以借助实验测定来获知。下图表示的便是氮气，空气以及甲烷这三种混合气体发生爆炸的范围。

在该图中，三角形的每一个顶点代表的是气体成分，发生爆炸的范围由阴影表示。其中甲烷在空气中发生爆炸的上限是15%，下限是5%，如果在这中间加入氮气，可以发现爆炸下限不发生明显变化，但是爆炸上限会实现降低，如果借助氮气将球罐内41%的空气置换出来，这时候氧气浓度就会将至

12.4 %，混合气体发生爆炸的下限和上限在6%实现重合，意思也就是如果氮气将超过41%的空气置换出来，甲烷的爆炸性能将失去。

2.3 选择置换设备

在南充储配1站进行氮气置换时选择的是液态氮罐车，对液态氮进行加热使其发生气化从而完成置换工作。当然还可以选择车载的氮气生产设备。

2.4 氮气要求

在展开氮气置换时选用的是液态氮的车装方式，温度非常低，需要使用氮气蒸发器或者是对水浴式加热炉对液氮进行加热。在对氮气蒸发器进行选择时，如果过大会形成浪费并且会占用较大的场地，而如果过小则会导致出气温度相对太低，更有甚者会出现过液危险，氮气在进入管道之前需要保证氮气温度已经被稳定的控制在5度到15度之间，这样可以有效避免管道发生损坏。从理论上来讲，只需要保证氮气内的含氧量不超过2%就可以，在实际操作中，可以使氮气含量为100%。在进行注氮气工作时可以从球罐底端的进气口注入[1]。

2.5 氮气置换过程

其一，进行排空操作，即要使球罐内的压力为零。其二，抽真空，抽到420mm汞柱的时候需要对其进行渗漏检查，确保无渗透。其三，氮气置换，等到氧气含量是15%对其进行渗透检查确保无渗透，再等到氧气含量是8.6%时，再次进行渗透检查确保无渗透，等到氧气含量是7.7时再次执行渗透检查，确保无渗透并且测试合格，这时候便可进行天然气的充入。

2.6 注氮压力

在氮气置换过程中对压力以及流速进行控制的方法就是借助氮气车的出口阀门来实现，在充氮开始的时候，罐内压差最大，流量也最大。伴随着氮气的不断充入，球罐内的压力也会随之增高，压差便会减小，流量也减小，等到充氮工作完成后，此时罐内的流量以及压差也最小，此时球罐内的压力是0.2兆帕[2]。

2.7 天然气置换

在进行投产期间需要用供气阀门对天然气的实际流量进行了解，保证天然气的流速不能超过5米每秒，等到球罐的压力达到0.425兆帕时，罐内的实际含氧量会降到2%之下，球罐置换工作完成。

3 结语

综上所述，天然气球罐氮气置换技术的应用对保证天然气的安全又重要的意义，当然在进行天然气球罐氮气置换工作时需要根据不同的实际情况来进行最佳氮气置换方法的选择，需要注意在置换工作之前保证所有的准备工作已经做好，从而顺利完成置换工作。

[1]李朝辉,张炜.氮气、氨气置换液氨球罐的可行性分析[J].化工中间体,2015,(05):85.

[2]曹瑞军.炼化装置球罐置换探究[J].中国化工贸易,2015, (36):95-95.