第1页：§7.6置换过程燃气浓度控制
7.6 在置换过程中的燃气浓度控制技术：在城市燃气工程中，许多预防爆炸的安全技术已被大量采用。燃气管道开始使用时，或者是利用储气罐进行储气时，会遇到管内或罐内空气与将要存储的燃气的安全置换问题；而在储气罐进行检修时也会遇到罐内燃气与环境空气的安全置换问题。这一问题的提出是由于在空气与燃气的置换过程中，储罐内或管内会形成爆炸性混合物，即会出现爆炸的基本条件，所以燃气的安全置换问题非常重要。解决这一问题的主要方法是燃气的成分控制，在此基础上进行安全置换。
第2页：控制混合物不在爆炸范围
7.6.1 含有惰性气体的爆炸范围：尽管在燃气—空气的置换过程中形成了燃气爆炸的浓度条件，但点燃的条件并不明显存在；如果点燃的条件绝对不存在，爆炸是不会发生的。困难的是在储气罐的置换过程中燃气与空气的混合过程是在管内进行的，是一个不容易监测和控制的环境，特别是对于燃气介质为液化石油气的场合，点燃的条件更是防不胜防。因此控制罐内的燃气—空气混合物不在爆炸范围内便成为一项预防爆炸的可靠措施。
第3页：注入惰性气体的方法
在储罐或管道进行置换之前，先给其中注入一定量的惰性气体（如 N₂、CO₂ 等），使装置内形成不具备爆炸性的混合气体。也就是说，在具有一定量惰性气体的燃气或空气中，即使再充入空气或燃气，也永远达不到燃气的爆炸极限范围，这一点可以用三角形线图来加以表示。
第4页：三角形线图读法页
本页为含有惰性气体的爆炸范围三角形线图，展示甲烷—氧气—氮气三组分中注入惰性气体后爆炸范围的变化。源文件未提取到图中标注文字，建议对照原课件图片补充。
第5页：三角形线图的三个特点
1）该线图的特点有以下几点：
- 等边三角形的三个顶点分别表示甲烷、氧气和氮气的最大体积浓度；
- 三角形线图中的3条边分别代表当另一顶点所示气体浓度为零的两种气体的成分之比；引申此特点还可以得出：与底边平行的平行线均代表所对顶点的一个固定浓度，例如底边代表所对顶点的浓度均为0；
- 在由某一单一成分相对应的顶点所引的直线上，能表示其他两种成分的固定比值，故图中所示为空气组分线。
第6页：组分点的移动趋势
- 根据此特点引申为：在三角形线图内的任何一点所表示的是构成三角形线图的三种混合气体的组成，在添加其中任何一种组成的时候该点会在图中移动，这意味着其混合气体组成的变化。如初始组分是 M₁，若添加甲烷 CH₄，则 M₁ 点沿 M₁ 与 C 点之连线移至 M₂；若添加物为 O₂，则其组分位于连接 M₁ 和 O₂ 顶点的直线上 M₃。
- 图中标明了这2种组分增减时 M₁ 点的位移趋势，而且可判断其位移是否通过爆炸浓度区域，进而说明寻找一种不通过爆炸区域的混气过程是完全可能的。
第7页：三角形内的平行线读法
4．处于三角形内的任何一点，以该点可作3条平行线，这一平行线与另两条边的交点则表示其相对顶点所表示之组分的浓度（在此强调其相对顶点，是指平行线所对的顶点）。当平行线交于三角形中一条边，则此边对面顶点的组分浓度为0（根据第2条），则此交点为此边所代表的一个气体浓度，即平行线相对顶点的组分浓度。
第8页：临界氧气浓度线
2）其中还有两条重要的线：
- 1．临界氧气浓度线
- 连接顶点为 CH₄ 与 N₂ 的一边，是 (O₂) 为0的线。根据第2条的推论，与这条边平行的直线表示在该直线上的混合物中的 (O₂) 为一定值；在 (O₂) 为定值的许多条直线上，重要的是通过爆炸上限末端的线，称为临界氧气浓度线，用 (O₂)min 表示。如能添加惰性气体使可燃气体的氧浓度在临界值以下，即使其他组分的浓度发生任意变化也不会进入爆炸浓度范围。
第9页：可燃气体与惰性气体临界比
- 2．另一条重要的线
- 是从 O₂ 线的顶点对下限线所作的切线，它表示可燃气体与惰性气体的临界比。如果在可燃气体中加入惰性气体使其浓度比在临界比以下，那么无论怎样加大 (O₂) 也不会使其处于爆炸范围之内。在采用添加惰性气体方法防止下临界线附近组分气体爆炸时，一定要考虑临界比，使惰性气体的浓度在临界比之上。
第10页：添加惰性气体的爆炸范围图
特别值得注意的是，在往空气中添加惰性气体以防止可燃气体混合物的燃烧、爆炸时，很多情况下要用到可燃气体—空气—惰性气体混合物的爆炸范围图。本页给出往空气中加入惰性气体时 CH₄ 的爆炸范围图，从图中看出如果添加卤化物，防止爆炸的效果是非常明显的。
第11页：甲烷爆炸范围图
本页源文件仅提取到页码标识，页面主体为甲烷—空气—惰性气体爆炸范围图，位于「添加惰性气体的爆炸范围图」与「储罐内空气置换成燃气」两节之间，建议对照原课件图片补充本页要点。
第12页：储罐内空气置换成燃气
7.6.2 储罐内的空气置换成燃气：假如储气罐内的初始气体为空气、最终应在其中充装甲烷，如果不添加惰性气体直接充装，储气罐内的气体组成将沿空气组分线与 O—N 边的交点向上移动（气体的初始点在 A 处），显然这将穿过爆炸浓度范围。
但是，如在罐内的空气中先注入一定量的惰性气体 N₂，储气罐内的气体成分初始点将移至 A₁ 点，而 A₁ 与 C 之连线完全可能离开爆炸区域；是否不再穿过爆炸区域则以 A₁ 与 C 之连线与爆炸范围线相切为标志，其切点便为临界氧浓度。
第13页：置换过程线图
本页为储罐内空气置换成燃气的三角形线图，图中标出 A、A₁ 等置换路径点的位置。源文件未提取到图中数值，建议对照原图补充。
第14页：临界氧浓度的安全性
也就是说，当甲烷、氧气、氮气组成的混合气体中氧浓度低于临界氧浓度时，则在其中充装甲烷是绝对安全的。不同燃气采用不同惰性气体置换时，都有相应的临界氧浓度（见下表）。
第15页：临界氧气体积分数表
各种气体的临界氧气的体积分数（常温常压）：本页为表格，列出不同燃气采用不同惰性气体置换时的临界氧浓度。源文件未提取到表中数值，建议对照原课件图片补全该表数据。
第16页：升压置换与等压置换
置换的两种实施方法：
- 1.升压置换的方法
- 在储罐中充入一定数量的惰性气体，使其储罐内混合气体中的氧浓度在临界氧含量以下，然后再充入可燃气体，这时储罐内的压力是升高的。
- 2.等压置换的方法
- 该方法是在充入惰性气体的同时排放出惰性气体与空气的混合物，直到储罐中的氧气含量低于临界氧含量为止。
第17页：§7.6.3燃气置换为空气
7.6.3 储罐内的燃气置换为空气：本节介绍将储罐内的燃气置换为空气的方法及其在三角形线图上的路径。
第18页：等压法与升压法优缺点
升压或等压置换方法的优缺点：
- 1.等压法
- 优点：用的氮气量少。缺点：较大容积储气罐的置换容易形成死角；由于混合气体连续地从罐顶排放，对于可燃气体来说其安全性远不如升压置换方式；控制阀门很不方便也不安全，特别是在可燃气体的浓度较大时给检测工作带来不便。
- 2.升压法
- 优点：所受现场条件的限制较少、容易实现；通过气体的扰动和扩散达到两种气体的混合，使被置换的气体得到稀释。缺点：所用氮气相对较多。
第19页：空气置换燃气的两种方法
若以空气置换燃气储罐，其置换方法同样有两种：
- 一种方法是在燃气中充入氮气，使其达到从 A 点向爆炸范围曲线所引的切线与 C—N 边的交点 X₃ 所示的浓度，然后再充入空气（此方法适用于可燃气体爆炸上限高的情况）；
- 另一种方法，由于甲烷的爆炸上限不高，故在储气罐内存在相当数量的空气都是安全的，为此可利用三角形线图详细制作其置换过程。
第20页：置换路径的作图步骤
- 储罐内气体成分的起点在 C 点，向内注入空气后其成分将沿空气成分线移动，直到 U₂ 之前都应该是安全的；
- 为保证充装 N₂ 过程的安全性，作一条从 N 点引向 C—O 边 U₁ 点的直线交空气组分线于 X₁，当空气充装至 X₁ 点所表示的浓度时停止注入空气、改注入氮气，其储罐内气体的成分将沿 X₁—N 线移动；
- 此时在三角形线图上再作一条从空气成分点 A 引向 C—N 边的直线与爆炸范围相切并交 C—N 边于 X₃ 点。
第21页：置换过程的完成
- 充氮过程至 X₁—N 与 A—X₃ 之交点 X₂ 结束，然后又改充空气，罐内的气体成分则沿 X₃—A 线从 X₂ 到达 A，置换过程结束；
- 储罐内燃气—空气的相互置换最终是否安全，取决于其中的氧浓度；
- 对于不同的置换方法和储罐内原始气体的种类不同，储罐内的氧含量在置换过程中的变化是不同的。
第22页：储罐接管示意图
本页为储罐接管与控制阀门示意图：图中 1 为检查入孔上盖、2 为安全放散、3 为压力表、4 为气管控制球阀、5 为检查入孔下盖、6 为排污管控制球阀、7 为排空管控制球阀（也可作为取样点）。
第23页：燃气安全置换工艺
7.6.4 燃气安全置换工艺：许多气体置换工程中经常利用添加惰性气体的方法来防止发生爆炸。值得注意的是，在置换工艺的安排时除了考虑气体的爆炸特性外，还应综合考虑以下因素：
- 1.工艺参数必须选择合理：压缩阶段的气体处在过热蒸气区，不能在压缩过程液化；每级压缩出口温度不能过高，丙烷最终的压缩排气压力和温度绝对不能超过临界压力4.2MPa 和温度96.7℃，通常排气温度最大为90℃，正常值应在60～70℃。
- (2)工艺设备按操作参数及最不利因素都能满足要求进行设计；在实际运行中由于环境及季节的变化使得设备的运行参数有所偏离，这就要依靠仪表的监视和自动调节来增强设备的适应能力。
第24页：置换工艺的死角问题
- 3.根据工艺原理利用现代科技成果，结合工艺过程、设备特点分析问题和解决问题，以更好地掌握液化石油气低温储存技术，由此可以合理地安排置换工艺、减少置换气体的用量，达到经济、安全的置换效果。
- 防止置换的过程中在被置换的管道或容器空间出现难以置换的死角是很重要的。如液化石油气储气罐在检修之前的置换，若其中有的死角未进行彻底置换，便会出现置换结束一段时间后又出现爆炸性气体的可能，这是因为滞留部位的残液或附着污垢再次蒸发而成为可燃气体的缘故。
第25页：通风量的计算
7.6.5 抽风、排风和送风：利用有效的抽气或通风，对于燃气压缩机室、液化石油气的罐瓶间之类的场所是一条重要的防止爆炸的措施，因为这样做可以把燃气的浓度限制在爆炸范围之外。利用下列公式可以计算所需要的最小通风量。
式中：VL——最大溢出或蒸发的液体体积流量，m³/h；Q——所需的最小通风量，m³/h；L下——气体—空气（蒸汽）—空气混合物的爆炸下限，用体积分数表示；F——质量因数，小于1，表示防护范围内通风的好坏；K——安全系数，小于1表示浓度低于爆炸下限的倍数。
第26页：通风系统的监视要求
- 式中的 F 值是比较关键的：假如在不靠近可燃气体的地方抽风，那么为了使所有地方的浓度都处于安全爆炸浓度之下，则 F 的值应该取得最小；
- 为了发现通风机的运转故障和排风管发生阻塞的故障，应该利用流体监测器监视通风设备、保证正常工作；
- 可以把需要通风的多个装置或抽气点接到一个通风机上，但需要对每个通风位置进行监视，否则是不安全的，特别是串接的情形；
- 另外，为了保证适宜的通风同时控制可能发生的爆炸，通风空间应该小些并尽量避免死角。
第27页：进风与防爆电器要求
- 在设备或工作间必须保证足够的进风量，当排风量大时鼓风机是不可缺少的；进风和排风应该和场所的情况相适应，并用气体分析仪进行多次检查；
- 对于工作间与相邻空间的通风，在选择总的进风机和排风机时应该考虑通风能力和相互间的风压；如果对部分封闭的设备或房间进行通风，则应保证其对于周围的环境有小的正压；
- 另外，所有通风设施所使用的电器设备都应该是防爆的。
