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桶罐容器密闭抽料密闭灌料与氮气吹扫和氮气置换

密闭抽料接头、密闭灌料接头的引入,其各自所固有的氮气单向进口、排气单向出口,以及其脱离对接时的自闭功能,使得对铁桶、塑桶、吨桶等危化品容器在密闭灌装、密闭抽料过程及前后进行氮气吹扫、氮气置换等惰性化操作成为可行。

密闭操作、氮封惰化,最大限度地降低和隔绝空气与易燃易爆物料接触,降低形成爆炸性混合物的风险,从根本上消除了此前易燃易爆物料桶罐容器敞口操作的安全隐患,对燃爆灾害形成的危险三角起到了釜底抽薪的作用。


此外,在实际操作中,由于密闭抽料接头、密闭灌料接头脱离对接时的自闭功能,用户有时也需要对自闭于接头软管及管路中的物料进行氮气吹扫。


然而,压力,甚或微压,操作,特别是对于危化品,也是风险叠加的。错误的操作工艺或步骤隐藏了叠加放大的风险。切不可盲人瞎马、夜半临池。因而,特别有必要对氮气吹扫进行介绍,并探讨应用于密闭抽料、密闭灌料等微型操作上的具体参数和步骤。


氮气吹扫可广泛而简便地应用于各类工艺装置。吹扫方式需根据待吹扫设备的类型、外形,以及吹扫进出口的位置进行选用。


1 置换吹扫法

该方法适用于管道等截面结构简易的设备。所需氮气用量与管道实际容积相当。在硬质固定管道作业中,常会置入橡胶清管活塞(也称清管器,pig),借助氮气压力推动其在管道内行进,从而完成管道清洁。

截面结构简易设备的吹扫氮气需求量,可通过以下公式计算得出:V=V0 x P    

V    氮气总需求量Nm3        

V0   管道几何容积Nm       

P     吹扫氮气(绝压bar)


2. 加压吹扫法

该方法适用于工况条件不允许氮气在容器内进行吹扫置换流动的场合。对容器反复进行充压,使内部气体与氮气充分混合,随后将混合气体排空。


加压吹扫原理:充氮→混合→放空→重复

每次加压放空,容器内杂质浓度按指数衰减。


氮气总用量取决于将污染物浓度降至合格水平所需的加压吹扫次数,可通过以下公式计算:

核心公式(经典等温理想气体)  C0/Cn=(P1/P0)n      

C0   初始杂质浓度(%ppm)

Cn   目标合格残余浓度(%ppm)

P0    放空后常压(绝压, bar psia绝压)

P1    每次氮气加压到的绝压(绝压, bar psia绝压)

N    加压吹扫次数


公式变形(求吹扫次数 n)    两边取对数:                  n=ln(C0/Cn) / ln(P1/P0)

示例

已知:

初始氧含量 C0   =21%

目标合格 Cn                 =0.5%

常压 P0        =1bar

每次加压到 P1  =3bar

 

求次数 n

C0/Cn                   =21/0.5  =42

P1/P0                    =3/1              =3

N                  =ln42 / ln3    3.73

向上取整:需要吹扫 4 次


每次所需氮气体积公式

单次标况氮气体积:

V=V0 x (P0 x P1−P0)

总氮气 = 单次气量 x 吹扫次数 n


3. 减压吹扫法

该方法适用于工况条件不允许氮气在容器内进行吹扫置换流动的场合。对容器反复进行抽压-充压(充氮),使内部气体排空、稀释,不断循环降低至期望的浓度。

减压吹扫原理:抽压→充氮→稀释→重复

每次抽压充氮,容器内杂质浓度按指数衰减。

氮气总用量取决于将污染物浓度降至合格水平所需的抽压充氮吹扫次数,计算公式同2 – 从对数特性可知,减压吹扫法所需的次数会少于加压吹扫法。

 

4. 稀释吹扫法

本方法适用于精馏塔、窑炉、反应器等异形截面设备。氮气与待排出的工艺气体进行部分混合,随后混合气从尽量远离进气口的排气口排出。将污染物浓度降至目标合格水平所需的氮气用量,可查阅下图确定;氮气总消耗量可由下述公式计算得出:    V = nV0

V    氮气总需求量Nm3

V0   设备几何容积Nm3

        


容器耗氮量理论值图 (上右图)按吹扫方式 (压力单位 psia 磅/平方英寸)

1 置换吹扫法
2 稀释吹扫法 Pf = Pi = 14.7
3 稀释吹扫法 Pi = 14.7; Pf = 29.4
4 加压吹扫法 Pi = 19.7; Pf = 24.7
5 加压吹扫法 Pi = 19.7; Pf = 34.7

(pf - 终末压力; pi - 初始压力)
   





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