王绍宇 郭江辉

    (中核第四研究设计工程有限公司，河北 石家庄 050021)

    氮气置换系统设计计算

    王绍宇 郭江辉

    (中核第四研究设计工程有限公司，河北 石家庄 050021)

    对安全设施设计中常压氮气置换、减压氮气置换和加压氮气置换三种操作工况进行了分析，提出了氮气用量和置换时间的计算公式，并通过示例对三种置换操作进行了比较，提出了针对不同工况下适用情况的建议。

    安全设施；常压氮气置换；减压氮气置换；加压氮气置换

    氮气置换系统在医药化工企业生产中被广泛应用，是预防危险生产装置发生爆炸、火灾事故的重要安全设施。《石油化工企业设计防火规范》(GB 50160—2008)第7.2.9条规定：“甲、乙A类设备和管道应有惰性气体置换设施。”[1]，但是在设计过程中，选择何种氮气置换方式、氮气用量、操作时间、置换效率等如何计算，相关设计手册中没有介绍，网络上资料也以介绍试验性的数据为主，参考性和借鉴意义有限。本文通过对氮气置换系统的过程进行分析，提出了相应的计算公式，以期对设计工作有一定的指导意义。

    常用的氮气置换系统有常压置换、减压置换和加压置换三种，下面分别对三种置换系统进行分析。

    1 常压置换系统

    常压氮气置换系统的操作方式为：氮气自设备一侧连续加入，从另一侧连续排出，设备保持常压。置换过程中设备内氮气浓度逐步增高，当达到要求后置换过程结束，置换流程详见图1。

    图1 常压置换系统流程Fig.1 Flow chart of the common replacement system

    假设通入的氮气非常缓慢，在设备内充分扩散、混合，即设备内各处的氮气浓度均一，对上述过程的氮气进行物料衡算，在dt (t为时间，min，时间单位下同)时间内有：

    式中 c0——置换用氮气的浓度，体积分数，下同；

    S——氮气流量，Nm3/min；

    V——设备容积，m3；

    c——某一时刻设备内氮气的浓度。

    对式(1)积分： ......