一种天然气球罐置换装置及其置换方法

摘要

本发明公开了一种天然气球罐置换装置及其置换方法，该天然气球罐置换装置包括天然气球罐、进气管、出气管和放散管，进气管、出气管和放散管均与天然气球罐相连且分别设有通断控制阀，天然气球罐的底部设有排污阀、底部入口以及用于开启或关闭底部入口的底部密封盖板，天然气球罐的顶部设有顶部入口以及用于开启或关闭顶部入口的顶部密封盖板，天然气球罐置换装置还包括可从顶部入口伸入天然气球罐并向天然气球罐内喷射水雾的喷雾组件。该置换方法包括将天然气球罐内的压力降低至环境气压，打开天然气球罐并向其内喷射水雾进行冲洗，通过形成空气对流完成置换等步骤。本发明具有置换安全可靠、操作简单、易于控制、经济实用、效率高等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及天然气供给技术领域，具体涉及一种天然气球罐置换装置及其置换方法。

背景技术

 在燃气行业的企业，一般都需要建设几个甚至十几个储气球罐用于用气高峰时的调峰或短暂停气储备，用于储气调峰的次高压天然气储气球罐属于压力容器，根据《压力容器安全技术监察规程》和《压力容器定期检验规则》的规定，需要定期进行开罐检测，而停止运行的球罐内充满天然气，天然气属于易燃易爆气体，充满有天然气的球罐也处于易燃易爆状态。

球罐检测前，需要对球罐进行置换，确保检测工作安全顺利的进行。球罐置换是一项危险性的工作，若置换方案选择不当或操作失误，均可能发生爆炸事故造成惨重损失。为此，球罐置换的安全问题显得特别重要；其次，球罐置换还应考虑经济效益及操作便捷性，若方案不当将造成置换工作量大，费用高。

目前球罐置换采用的方法主要有：1、惰性气体置换法；2、水置换法。惰性气体置换法是利用较高压力惰性气体充入球罐，加压到一定程度，静置几分钟（充分混合），然后打开放散阀在压力的作用下排出球罐内的混合气体，经过多次惰性气体的充入再排除（对天然气起到稀释作用），直至球罐内天然气浓度达到预定的置换标准为止。

水置换法是指用水充入球罐，通过注水加满球罐后排挤出罐体内的天然气。此方法确保了储气球罐内天然气完全置换彻底，而且绝对安全，而且水比其它惰性气体便宜得多，也很容易解决。但是它要求球罐基础（基座）条件较好，即球罐基础可承担置换重量，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。

目前，各企业储气球罐的置换比较常见也是比较保守的方法是使用惰性气体置换。现有惰性气体置换方法多为液氮气化置换方法。首先需采购液氮，通过槽车运输运至球罐区，经汽化器气化后，充入需置换的球罐，升至一定压力（0.1MPa左右，没有具体要求一般视现场情况定）后，停止充入氮气，打开球罐顶部放散阀，泄压放散，然后再次充入氮气，升压，泄压放散；经过多次重复过程（一般需5~6次），检测甲烷浓度处于安全范围后才停止置换工作。该方法存在以下缺点：1、置换成本较高，需采购液氮、购置（或租用）汽化器、充装用金属软管等；2、操作较复杂；3、耗时较长（约5～6小时）。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种安全可靠、操作简单、易于控制、经济实用、效率高的天然气球罐置换装置及其置换方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种天然气球罐置换装置，其特征在于：包括天然气球罐、进气管、出气管和放散管，所述进气管、出气管和放散管均与天然气球罐相连且分别设有通断控制阀，所述天然气球罐的底部设有排污阀、底部入口以及用于开启或关闭底部入口的底部密封盖板，所述天然气球罐的顶部设有顶部入口以及用于开启或关闭顶部入口的顶部密封盖板，所述天然气球罐置换装置还包括可从顶部入口伸入天然气球罐并向天然气球罐内喷射水雾的喷雾组件。

上述装置中，优选的，所述喷雾组件包括水雾喷头、加压水泵以及连接水雾喷头和加压水泵的连接管道。

上述装置中，优选的，所述进气管、出气管和放散管均通过一根连接总管与天然气球罐相连，所述连接总管连接于天然气球罐的底部。

上述装置中，优选的，所述排污阀设于底部密封盖板上。

上述装置中，优选的，所述天然气球罐还连接有接地导线。

上述装置中，优选的，所述底部密封盖板和顶部密封盖板通过螺栓或卡扣可拆卸连接于天然气球罐上。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种采用上述的天然气球罐置换装置进行天然气置换的方法，包括以下步骤，

1）打开出气管，将天然气球罐内的天然气输送至外管网，直至天然气球罐内的压力降至设定值；

2）关闭出气管，打开放散管对天然气球罐进行放散卸压，直至天然气球罐内的压力与外部环境气压相同；

3）打开顶部入口，将喷雾组件的水雾喷头伸入天然气球罐，开启水雾喷头对天然气球罐的内壁进行冲洗，同时打开排污阀将冲下的尘埃颗粒和杂质排出；

4）水雾喷头持续喷射水雾，打开底部入口使天然气球罐内形成空气对流，持续3~4小时后完成天然气置换。

上述方法中，优选的，所述设定值为0.38MPa。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的天然气球罐置换装置在进行天然气置换时，可通过出气管和放散管先将天然气球罐内的压力逐步降压至与环境压力相同，再打开顶部入口和底部入口使天然气球罐与外部环境形成空气对流，同时向天然气球罐内喷射水雾，最终使天然气球罐内的天然气浓度达到安全标准，完成天然气置换，该过程中通过向天然气球罐内喷射水雾，一方面水雾起到冷却降温的作用，可以避免着火能量的积累；另一方面水雾还起到导流作用，气体分子携带的电荷通过细小水滴附着于天然气球罐的内壁上，并通过接地导线接入大地，可以避免静电放电的可能；此外，水雾还可以洗涮天然气球罐内的尘埃颗粒和其他杂质，避免气流导致尘埃颗粒碰撞而产生火花。水雾的作用完全避免了着火源的产生，保证置换过程中的安全可靠性。相比于传统的置换装置及置换方式，该天然气球罐置换装置具有结构简单、操作简单、易于控制、经济实用、置换效率高等优点。本发明的置换方法同样具备上述优点。

附图说明

图1为本发明天然气球罐置换装置的主视结构示意图。

图2为本发明天然气球罐置换装置的工作原理图。

图例说明：

1、天然气球罐；11、底部入口；12、底部密封盖板；13、顶部入口；14、顶部密封盖板；2、进气管；3、出气管；4、放散管；5、通断控制阀；6、排污阀；7、喷雾组件；71、水雾喷头；72、连接管道；8、连接总管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，一种天然气球罐置换装置，包括天然气球罐1、进气管2、出气管3和放散管4，进气管2、出气管3和放散管4均与天然气球罐1相连，且进气管2、出气管3和放散管4分别设有通断控制阀5，进气管2、出气管3和放散管4可分别由相应的通断控制阀5控制通断，天然气球罐1的底部设有排污阀6、底部入口11以及用于开启或关闭底部入口11的底部密封盖板12，天然气球罐1的顶部设有顶部入口13以及用于开启或关闭顶部入口13的顶部密封盖板14，天然气球罐置换装置还包括可从顶部入口13伸入天然气球罐1并向天然气球罐1内喷射水雾的喷雾组件7。

本实施例中，喷雾组件7包括水雾喷头71、加压水泵（图中未示）以及连接水雾喷头71和加压水泵的连接管道72，该水雾喷头71和加压水泵均可在市场上外购得到。当需要进行天然气置换时，将喷雾组件7安装到天然气球罐1上，使其水雾喷头71从顶部入口13伸入天然气球罐1即可，例如可以直接搁放在天然气球罐1上，在不进行天然气置换时，又可将喷雾组件7拆卸存放。

本实施例中，进气管2、出气管3和放散管4均通过一根连接总管8与天然气球罐1相连，连接总管8连接于天然气球罐1的底部，这样可以节省管道的用量，降低了成本，且只需在天然气球罐1开设一个连接孔即可，可大大降低制作难度。

本实施例中，排污阀6设于底部密封盖板12上，避免了在天然气球罐1上开孔，可降低制作难度。天然气球罐1还连接有接地导线（图中未示），可排放静电，避免静电放电的现象。底部密封盖板12和顶部密封盖板14通过螺栓或卡扣可拆卸连接于天然气球罐1上，这样即可方便的拆装底部密封盖板12和顶部密封盖板14，从而开启或关闭底部入口11和顶部入口13，当然在其他实施例中，底部密封盖板12和顶部密封盖板14也可以采用其他的可拆卸连接方式。

一种采用上述的天然气球罐置换装置进行天然气置换的方法，包括以下步骤，

1）控制出气管3上的通断控制阀5打开出气管3，将天然气球罐1内的天然气输送至与其相连的外管网，直至天然气球罐1内的压力（一般为1.5MPa）降至设定值；

2）关闭出气管3，控制放散管4上的通断控制阀5，打开放散管4对天然气球罐1进行放散卸压，直至天然气球罐1内的压力与外部环境气压相同（即相对于外部环境气压的压力为0MPa），此时天然气球罐1内充满的天然气处于安全状态；

3）打开顶部入口13，将喷雾组件7的水雾喷头71伸入天然气球罐1，开启水雾喷头71对天然气球罐1的内壁进行冲洗，同时打开排污阀6将冲下的尘埃颗粒和杂质排出；

4）水雾喷头71持续喷射水雾，打开底部入口11，由于天然气的密度比空气的密度小，天然气会通过顶部入口13向上扩散，在天然气球罐1内产生向上的抽力，使天然气球罐1内形成自然的空气对流，持续3~4小时后完成天然气置换。

上述设定值优选为0.38MPa。在置换前应监测天然气球罐1的接地导线是否接地良好。

本发明的天然气球罐置换装置在进行天然气置换时，通过出气管3和放散管4先将天然气球罐1内的压力逐步降压至与环境压力相同，再打开顶部入口13和底部入口11使天然气球罐1与外部环境形成空气对流，同时向天然气球罐1内喷射水雾，最终使天然气球罐1内的天然气浓度达到安全标准，完成天然气置换，该过程中通过向天然气球罐1内喷射水雾，一方面水雾起到冷却降温的作用，可以避免着火能量的积累；另一方面水雾还起到导流作用，气体分子携带的电荷通过细小水滴附着于天然气球罐1的内壁上，并通过接地导线接入大地，可以避免静电放电的可能；此外，水雾还可以洗涮天然气球罐1内的尘埃颗粒和其他杂质，避免气流导致尘埃颗粒碰撞而产生火花。这样，水雾的作用完全避免了着火源的产生，保证置换过程中的安全可靠性。相比于传统的置换装置及置换方式，该天然气球罐置换装置具有结构简单、操作简单、易于控制、经济实用、效率高等优点，并且经多次实践证明本发明在进行天然气置换时完全能够保证安全可靠性。

采用惰性气体置换法时，液氮按照密度为0.808吨/立方米来说，1吨液氮约合1.24立方米，以气化率为800计算，1吨液氮可转化成 992立方米氮气，3500方的天然气球罐1约需要20000方氮气，也即需要大约20.2吨的液氮，按每吨液氮1200元计算，其费用大约需要2.424万元，该费用还不包括汽化器、金属软管等费用；而采用本发明的置换方法进行置换时，仅需水约10吨左右，按水的价格为3元/吨计算，水费大约为30元左右，再加上电费，总费用不超过一百元，节省了大约2.4万元成本。由此可知，本发明的置换方法与传统的惰性气体置换法相比，其成本大大降低。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。