液化油氣田鐵路罐車充氮置換方案研究

液化油氣田鐵路罐車充氮置換方案研究

液化石油氣是一種可燃性氣體。與空氣相比，氣壓的比例為1.5.20，空氣爆炸的極限為2.2%9.5%。因此,在新制造(或檢修后)的液化石油氣儲(chǔ)罐、鐵路罐車和汽車罐車首次充裝液化石油氣之前,必須對(duì)罐內(nèi)空氣進(jìn)行置換,以防止發(fā)生爆燃事故。《液化氣體汽車罐車安全監(jiān)察規(guī)程》(94版,以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》)第50條第6款規(guī)定:“新制造的汽車罐車或檢修后首次充裝的汽車罐車,充裝易燃、易爆介質(zhì)前必須經(jīng)抽真空處理,或充氮置換處理,要求真空度不得低于650mmHg(86.6kPa),或罐內(nèi)氣體氧含量不得大于3%”;第50條第12款的規(guī)定:卸氣后的儲(chǔ)罐內(nèi)應(yīng)保持“余壓不低于0.1MPa”,防止空氣進(jìn)入儲(chǔ)罐內(nèi)。由于對(duì)大、中型液化石油氣儲(chǔ)罐、鐵路罐車和汽車罐車進(jìn)行抽真空需要排量較大的真空設(shè)備,一次性投資大,運(yùn)行費(fèi)用高。因此,在實(shí)際操作中,一般采用3種方式進(jìn)行罐內(nèi)空氣置換:1)先抽真空后充氮;2)不抽真空,直接充氮;3)不抽真空,邊充邊排。根據(jù)上述情況,本文以容積為62m3液化石油氣鐵路罐車為例,計(jì)算上述3種空氣置換的方式所需氮?dú)鈹?shù)量,得出該液化石油氣鐵路罐車最合適的空氣置換方式。1氮?dú)鈹?shù)量對(duì)充氮置換效果的影響國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定瓶裝工業(yè)用氮?dú)庵械难鹾俊?.5%。但《規(guī)程》規(guī)定,充氮置換后罐內(nèi)氣體的氧含量≤3%,與工業(yè)用氮?dú)庵械难鹾肯嗖畈淮?。所?工業(yè)用氮?dú)庵械难鹾繉?duì)充氮置換效果有很大影響,液化石油氣儲(chǔ)罐空氣置換計(jì)算時(shí)不可忽略瓶裝氮?dú)庵械难鯕?。?chǔ)罐充氮置換計(jì)算需要使用波義耳-馬略特定律。該定律揭示的是一定質(zhì)量的理想氣體絕對(duì)壓力p、容積V和熱力學(xué)溫度T之間的關(guān)系,即pV/T=常數(shù)。在空氣置換計(jì)算中,熱力學(xué)溫度對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大,可忽略不計(jì)。以下分別計(jì)算62m3鐵路罐車3種充氮置換方式所需要的氮?dú)鈹?shù)量。因氮?dú)馄颗c儲(chǔ)罐之間的壓力差很大,下列計(jì)算忽略了儲(chǔ)罐壓力對(duì)充氮置換的影響。1.1氮?dú)馄績(jī)?nèi)氧含量的計(jì)算先將罐內(nèi)抽真空至絕對(duì)壓力0.04MPa(真空度-0.06MPa、氧含量21%)后,再進(jìn)行充氮,使罐內(nèi)氣體氧含量≤3%,則式中:P1——充氮前罐內(nèi)空氣絕對(duì)壓力,MPa;V1——鐵路罐車容積,m3;O1——充氮前罐內(nèi)空氣中的氧含量,%;P2——氮?dú)馄績(jī)?nèi)氮?dú)饨^對(duì)壓力,MPa;V2——氮?dú)馄咳莘e,m3;02——氮?dú)馄績(jī)?nèi)氮?dú)庵械难鹾?%;N——充氮置換所需氮?dú)馄繑?shù),瓶。解得N>61.48瓶,取N=62瓶。充氮后,罐內(nèi)表壓力為:1.2充氮前罐內(nèi)空氣/氮?dú)馄績(jī)?nèi)氮?dú)庵械难鹾咳绻麤]有真空設(shè)備,就不能抽真空,只能直接充氮置換。充氮之前,罐內(nèi)絕對(duì)壓力0.1MPa,氧含量21%;充氮后,罐內(nèi)氣體氧含量≤3.0%,則式中:P1——充氮前罐內(nèi)空氣絕對(duì)壓力,0.1MPa;V1——鐵路罐車容積,62m3;O1——充氮前罐內(nèi)空氣中的氧含量,21%;P2——氮?dú)馄績(jī)?nèi)氮?dú)饨^對(duì)壓力,12.1MPa;02——氮?dú)馄績(jī)?nèi)氮?dú)庵械难鹾?21%;解得N≥153.7瓶,取N=154瓶。充氮后,罐內(nèi)表壓力為:從上述計(jì)算可知,不抽真空、直接充氮置換要耗費(fèi)大量氮?dú)狻?.3安排罐內(nèi)氮?dú)庾罴褎┝康拇_定“不抽真空,邊充邊排”的過程為:向罐內(nèi)充氮一排氣至常壓一再向罐內(nèi)充氮一再排氣至常壓……,直至罐內(nèi)氣體氧含量≤3%。如果每次向罐內(nèi)充1瓶氮?dú)?則所需要的氮?dú)饬孔钌?但氮?dú)獬溲b次數(shù)最多,工作量大。如果每次向罐內(nèi)充多瓶氮?dú)?則氮?dú)獬溲b次數(shù)減少,工作量小,但所需要的氮?dú)饬吭龆?。通過計(jì)算,可以得出最佳每次充裝瓶數(shù),使得充裝次數(shù)和總瓶數(shù)均可接受。雖然上述計(jì)算過程比較簡(jiǎn)單,但計(jì)算量非常大,人工難以完成。筆者根據(jù)“邊充邊排”空氣置換過程,用VisualFoxPro編制了一個(gè)任意容積罐車最佳每次充裝瓶數(shù)計(jì)算程序,如圖1所示。62m3罐車“邊充邊排”空氣置換所需氮?dú)鈹?shù)量計(jì)算結(jié)果如圖2所示。圖2計(jì)算結(jié)果顯示,如果每次充裝5瓶氮?dú)?則充裝次數(shù)為8次,所需氮?dú)鈹?shù)量為40瓶,可以達(dá)到既省力又經(jīng)濟(jì)的目的。2進(jìn)行充氮置換綜上所述,如果沒有真空設(shè)備,可采用“邊充邊排”的方法對(duì)新制造(或檢修后)的液化石油氣儲(chǔ)罐、鐵路罐車和汽車罐車進(jìn)行充氮置換處理,使罐內(nèi)氣體氧含量不大于3%。在實(shí)際操作中,由于受氮?dú)馄康牡獨(dú)鈮毫?、氮?dú)庵械难鹾康纫蛩氐挠绊?儲(chǔ)罐充氮置換實(shí)際所需氮?dú)鈹?shù)量與