1、几种煤气气柜置换工艺的经济技术比较山西科技 SHANXISCIENCEANDTECHNOLOGY2004 年第 6 期 11 月 5 日出版应用技术几种煤气气柜置换工艺的经济技术比较李烨(太原市煤气公司)摘要:文章对用空气置换煤气气柜的直接置换法和用几种惰性气体置换煤气气柜的间接置换法做了详细的技术分析,并进行了经济技术比较.关键词:煤气气柜;置换工艺;经济技术中图分类号:TES1 文献标识码:A 文章编号:10046429(2406101021 概述与原理贮气罐建成投入运行前,或在贮气罐停止运行进行检修时,均需对罐内气体进行置换,一般来说,用所要储存的煤气(人工煤气,天然气或其他气体)替换贮
2、气罐内原有空气,这种替换称之为“正置换“; 与此相反,当贮气罐因需要停产检修,则贮气罐内原有的煤气需要用空气替换,这种替换称之为“逆置换“. 无论是以煤气替换罐内的空气,或是以空气替换罐内的煤气,在替换过程中,煤气与空气都可能达到某一混合比(即混合气体中所含煤气的浓度达到爆炸极限),在常温,常压下遇火就会爆炸.为了避免罐内混合气体达到爆炸极限,通常可以采用先用惰性气体充入气柜,当充入的惰性气体与罐内原有气体的混合比达到一定程度时,罐内的混合气体成为非爆炸性气体,此时就符合了置换标准.通常把直接用煤气(空气)替换贮气罐内原有空气(煤气) 的方法称为直接置换法,把用惰性气体替换罐内气体的方法称为间
3、接置换法.常用的惰性气体包括氮气,烟气,水蒸汽,另外对于定容气柜也有采用液体置换法的.各种混合燃气均有其爆炸的上下限,下面以人工煤气和氮气为例说明惰性气体间接置换法的原理,图 1 中三角形各顶点表示各种气体的成份,斜线部分表示爆炸范围.人工煤气在空气中的爆炸下限为 4.7%,上限为 35.5%(20OO 年 l2 月 8 日的煤气组分),如加入氮气,对爆炸下限变化不明显,而爆炸上限则降低.如以氮气置换出 4l%空气,则氧气的浓度降低到84%时 ,混合气体的爆炸上限和下限在 7%的一点重合,即在氮气置换空气量超过 7l%的混合气中,人工煤气即失去爆炸性能.爆炸上限和下限相重合的一点称为爆炸临界点
4、,是以该点的惰性气体浓度来表示的.空气与煤气的直接替换方式不需要惰性气体发生装置,费用低,操作简易.小型贮气罐的置换空间较小,当没有条件采市李烨,女,1970 年 7 月出生,工程师,山西省太原收稿日期:20040813用惰性气体置换时,只要在替换过程中杜绝火种,加强安全措施,还可以采用这种方式.但不能排除有爆炸危险的可能性.惰性气体置换方式虽然需要惰性气体发生装置,费用较大,置换程序较繁,但安全可靠.对于较大型的贮气罐置换应当优先考虑采用惰性气体置换方式.人工煤气l空气图 1 气体组份图氮气2 置换理论过程在密闭容器中用一种气体置换另一种气体,通常是由两种截然不同的作用而完成的:替换作用;稀
5、释作用(或混合作用).当贮气罐采用惰性气体置换时,如果仅仅是替换作用,则原在贮气罐内的空气或者煤气即被送入罐内的惰性气体所替换,通过排气管排出.这样,所需要的惰性气体量,与所替换的空气或煤气的量应该说是相等的.但是在极大多数情况下,由于贮气罐的容量,形状以及气体性质等关系,使送入的惰性气山西科技 SHANXISCIENCEANDTECHNOLOGY2004 年第 6 期 11 月 5 日出版体与贮气罐内的空气或煤气起了混合作用,也就是稀释作用.故所需要的惰性气体量远大于所替换的气体量.贮气罐置换一般是替换与稀释两种作用都存在.因此,为提高置换效率,就需要尽量减少混合或稀释作用,以减少所需惰性气
6、体的用量.低压湿式贮气罐罩顶是浅球壳,顶面扁平,它的内表面与气体的接触面积很大,在置换时不可避免带有稀释的作用.所以所需用的惰性气体量,至少是所需置换自由空间体积的 1,8倍2.0 倍.为减少置换时的稀释或混合作用,应尽量设法缩短在贮气罐内惰性气体与空气或煤气表面之问的接触时间.因此要求送人惰性气体的速度愈快愈好,但同时也要使送人的惰性气体尽可能少搅动贮气罐内原有的气体,一般送人气柜的惰性气体的流速以 0.6m/s0,9m/s 为宜.另外,还要选择适当的送入惰性气体用的管径.如管径过小,流速过大,则将使惰性气体流速贯通贮罐内整个空间,而使贮罐内空气或煤气充分混合,这对置换是不利的.当选用惰性气
7、体时,需要注意气体比重对置换的影响.因贮气罐内空气或煤气与惰性气体的比重,对置换时管道的连接位置有密切关系.例如,二氧化碳比重为 1.5,co:o2 混合气体比重为 1.05,都比人工煤气的比重 0.40.7 大的多,在置换过程中,这些惰性气体都处在贮气罐的底部.因此当选用二氧化碳气或 co:o2 混合气置换煤气时,最好在钟罩顶部装排气管以排出贮气罐内的煤气.相反,如果用比重较小的煤气置换罐内比重较大的惰性气体,则宜将煤气进气管放在贮气罐顶部,而将惰性气体排气管放在贮气罐底部.惰性气体的温度对置换效果也有影响.为了减少形成“热流“, 送人贮气罐内的惰性气体的温度愈低愈好.但是也应当注意到气体的
8、体积由于温度降低而收缩的影响,必须使贮气罐内的气体在任何情况下保持正压(即使是很低的正压),否则将造成由于贮气罐内产生负压而压毁钟罩顶板的事故.3 间接置换常用介质作为置换用介质的惰性气体要求具备下列条件:必须是不可燃的;必须是不助燃的(含氧量不超过 2%).合乎上述条件的置换用介质可以分为两类.第一类介质为二氧化碳(co:) 及氮(N2).这一类气体作为置换用介质具有质量稳定,不需加工制作发生气体的装置,可以就地购买等优点,但也存在瓶装运输量大,费用较高等问题.二氧化碳(co:)的比重比所有作为燃料的气体的比重都大(液化石油气除外),它的比重比氮(N2)也大.因此它不易扩散,置换需用量少,适
9、于置换贮气罐内下部气体之用.二氧化碳(co:)比氮(N)能更有效地减少可燃性混合气体的爆炸可能性.但二氧化碳(co:)易溶于水 ,因而增加了水的酸性和腐蚀性;同时由于二氧化碳(co:)是加压液化瓶装使用(也可用干冰),使用时的减压使贮气罐内气体温度降低,如果处理不当,容易造成冻结事故.北京中成航宇空分设备有限公司生产的 PSA 型制氮机,采用变压吸附原理,直接从压缩空气中分离制取氮气.其技术性能为:氮气产量:50m3/h1000m/h氮气纯度:97.5%99.5%出口压力:0.4MPa0.6MPa水蒸汽适用于允许高温的场合.当接近于大气压时,1kg水蒸汽约可占有 1,6m3 体积的空间.水蒸汽
10、作为置换介质 ,常在夏季与其它介质在煤气贮气罐停产检修置换时配合使用,由于它的温度高,蒸发快,可使积存在贮气罐内的轻油,苯,萘,焦油等易燃物质挥发排出.第二类介质是烟气.烟气是燃料燃烧后所发生的废气.烟气发生装置可以做成可拆移型的,使用方便.大连煤气公司的烟气发生装置当采用低速烧嘴时,烟气产量约为 630m3/h(干烟气), 煤气耗量 180m3/h.采用高速烧嘴时,则烟气产量可达 770m3/h(干烟气),煤气耗量 220m3/h.所发生的烟气含02 及 co:均可以控制在 1%以下经过冷却以后,出口烟气温度为 80oC10oC.4 各种置换工艺经济技术比较(见表 1)表 1 置换工艺经济技
11、术比较嚣换方法经济成本所需时间安全程度备注直接置换最小最小最差氮气间接置换最大较长较高通常与其它介质配合使水蒸气间接置换较大较长较高用,对气温有较苛刻的要求须烟气烟气间接置换较大较长较高发生装置TheEconomicandTechnicalComparisonofSeveralGasometerSSubstitutionTechniquesLiYe(校对:安平)ABSTRACT:Thispapermakesdetailedtechnicalanalysisonthedirectsubstitutionofutilizingthegasmeteroftheairsubstitutionandtheindirectsubstitutionofutilizingthegasmeterofseveralinertgasessubstitution,andmakesecononficandtechnicalcomparison.KEYWORDS:gasmeter;substitutiontechnique;economyandtechnique?1O2?
