Перед подачей технологического газа крайне важно удалить атмосферный воздух из всех участков трубопроводной системы подачи газа высокой чистоты. Это справедливо и для природного газа, используемого в качестве топлива в котельных и парогенераторах.
Это необходимо по двум причинам:
1. Любой остаточный воздух снижает чистоту технологического газа. Это справедливо для любого технологического газа, независимо от того, является ли он опасным или нет.
2. Воздух содержит кислород и водяной пар; некоторые специальные газы реагируют с кислородом, и образующиеся продукты реакции могут вызывать загрязнение технологического процесса и выход из строя компонентов коллектора. Другие газы при контакте с водяным паром образуют высококоррозионные продукты, вызывая повреждение трубопроводной системы. Коррозия оборудования также может загрязнять технологический процесс.
Также необходимо удалять природный и технологический газ из любой части трубопроводной системы перед его контактом с атмосферой, например, при замене газовых баллонов или проведении технического обслуживания системы. Это необходимо по трем причинам:
1. Многие специальные газы являются высокотоксичными и представляют серьезную опасность для здоровья персонала.
2. Некоторые газы легковоспламеняемы или даже пирофорны и представляют опасность пожара или взрыва.
3. Другие газы становятся очень коррозионными при контакте с водяным паром, присутствующим в воздухе, и могут повредить оборудование и сооружения.
Методология
Удаление нежелательного газа, будь то природный газ или технологический газ, называется продувкой. Продувка осуществляется либо путем откачки нежелательного газа, либо путем замены его инертным газом высокой чистоты, либо путем комбинации обоих методов.
Откачка — это удаление всех газов из трубопроводной системы путем создания высокого вакуума в системе. Хотя это может показаться более простым из двух методов, у него есть четыре недостатка:
1. Невозможно достичь идеального вакуума, поэтому часть газа останется в системе.
2. Для достижения даже умеренного вакуума во всех частях системы требуется значительное количество времени.
3. Из-за проводимости трубопровода трудно удалить газ из участков системы, наиболее удаленных от вакуумного насоса.
4. Высоковакуумные насосы дороги, и воздействие технологического газа может привести к высоким затратам на техническое обслуживание.
По этим причинам откачка обычно используется только в сочетании с заменой. Наиболее распространенный метод продувки — замена нежелательного газа инертным газом высокой чистоты либо природным газом (продувочным газом), который не вступает в реакцию ни с воздухом, ни с технологическим газом и не представляет никакой другой из упомянутых ранее опасностей.
Азот является наиболее распространенным продувочным газом, но в некоторых областях применения используются аргон и некоторые другие. Замена осуществляется либо путем вытеснения, либо путем разбавления.
Вытеснение — это замена нежелательного газа продувочным газом без смешивания их. Теоретически, вытеснение было бы простым и быстрым способом продувки, но на практике невозможно ввести газ в трубопроводную систему без смешивания с газом, уже находящимся в системе. Разбавление — это снижение концентрации нежелательного газа путем добавления продувочного газа.
Количество нежелательного газа не изменяется, но по мере добавления большего количества продувочного газа концентрация нежелательного газа (в процентах от общего количества присутствующего газа) уменьшается. Вытеснение и разбавление — это несколько идеализированные понятия; на практике методы продувки обычно используют комбинацию этих двух процессов. Обычно применяются два метода: продувка непрерывным потоком и циклическая продувка.
Продувка непрерывным потоком — это непрерывное подача продувочного газа на одном конце трубопроводной системы с непрерывным удалением смеси двух газов с дальнего конца трубопроводной системы. В простых системах, таких как трубопроводы, эффект вытеснения значителен, и большая часть нежелательного газа быстро вытесняется на выходе из трубопровода.
В сложных системах, содержащих ответвления и тупиковые полости (типичные для многих систем подачи), ситуация значительно отличается. В ответвлениях и тупиковых полостях практически отсутствует вытеснение газа, а разбавление газа в этих участках системы происходит очень медленно. По этой причине непрерывная продувка потоком не является эффективным методом продувки для большинства систем подачи газа высокой чистоты.
Циклическая продувка представляет собой попеременное введение продувочного газа в систему (повышение давления) и выпуск смеси продувочного газа и нежелательного газа из системы (вентиляция). Разбавление достигается путем введения продувочного газа, а количество нежелательного газа уменьшается путем вентиляции смеси, в результате чего в системе остается меньшее количество разбавленной смеси. Этот процесс повторяется с увеличением разбавления после каждого цикла повышения давления/вентиляции.