王 輝

(中石化勝利油建工程有限公司,山東 東營 257000)

天然氣管道施工的投產(chǎn)置換

王 輝

(中石化勝利油建工程有限公司,山東 東營 257000)

針對天然氣管道施工的投產(chǎn)置換，介紹了幾種置換方法，闡述了它們的工作原理，分析了它們的優(yōu)缺點。

天然氣；管道；置換

0 引言

天然氣管道在使用之前不僅需要檢修，為了避免管道內(nèi)的空氣與天然氣混合而發(fā)生爆炸事件，還應(yīng)該采用惰性氣體將輸氣站和管道內(nèi)的空氣進行置換。在置換惰性氣體時利用的化學(xué)元素是氮氣，而管道置換合格的標(biāo)志則是惰性氣體中的空氣含量小于氣體含量的1/5。

一般而言，天然氣管道置換主要有簡介置換和直接置換兩種方法，其中間接置換法包括整體惰性氣體置換和隔離惰性氣體置換兩種，而隔離惰性氣體置換則包括隔離器置換和不加隔離器置換兩種。

1 直接置換法

直接置換法是用天然氣輸入新建管道內(nèi)直接置換管內(nèi)空氣。操作方便、迅速，在新建管道與原有天然氣管道連通后，利用天然氣的工作壓力直接排放管內(nèi)空氣，當(dāng)管道內(nèi)天然氣含量達到合格標(biāo)準(zhǔn)后，即可正式使用。天然氣置換過程中，由于清管器本身的磨損，仍然會有些許天然氣泄漏到空氣中的現(xiàn)象，如果空氣中的天然氣含量較高，就可能出現(xiàn)危險狀況，例如，若空氣中含有5%-15%的天然氣，則可能出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象。因此，使用該方法置換空氣還存在一定的危險性。

2 間接置換法

間接置換法是用惰性氣體（常用氮氣）先將管內(nèi)空氣置換，然后再輸入天然氣置換。優(yōu)點是安全可靠，缺點是費用高昂，故一般很少采用整體氮氣置換。

2.1 加隔離器隔離氮氣置換

2.1.1 工作原理

具體操作流程是：在首站發(fā)送2個中間夾帶高純度氮氣隔離段的清管器置換管道段內(nèi)的空氣，在傳送中利用監(jiān)聽器監(jiān)聽清管器的到達時間，然后對氣體到達清管站和分輸站的時間以及管道內(nèi)的氣體濃度進行監(jiān)測，最后將這些監(jiān)測內(nèi)容記錄下來，確保置換效果達到標(biāo)準(zhǔn)要求。見示意圖1。

圖1 加隔離器隔離氮氣置換示意圖

2.1.2 置換步驟

（1）為了裝入首個清管器，應(yīng)放空首站的發(fā)球筒；

（2）將高純氮氣注射到首站，使清管器向前推進；

（3）一般來說，如果氮氣到達管內(nèi)的距離達到5-6千米時，便可以在發(fā)球筒中安放第二個清管器；

（4）在收球筒準(zhǔn)備接收首個清管器時，則應(yīng)關(guān)閉收球筒的前閥，在停止供氣的情況即可對清管器進行接收。

（5）做好第二個清管器的接收準(zhǔn)備，接收完成之后便可以將流程倒成正式的投產(chǎn)流程，進行正式生產(chǎn)，若不投產(chǎn)，則應(yīng)關(guān)閉管線梁端的閥門。

2.2 不加隔離器隔離氮氣置換

2.2.1 工作原理

不加隔離器的置換工藝，應(yīng)首先將一定量的氮氣射入到管道的下游，然后再開啟和關(guān)閉閥門的幫助下向管道內(nèi)直接射入天然氣。見示意圖2。

2.2.2 置換步驟

（1）將出站閥開啟，再把下站的放空口打開；

圖2 不加隔離器隔離氮氣置換示意圖

（2）用液氮車（或其他氮氣發(fā)生裝置）將高純度氮氣（≥99%）從首站注入管線內(nèi)（正常情況下，氮氣進入管線的壓力一般為0.02Mpa）；

（3）一般而言，如果氮氣到達管內(nèi)的距離達到5-6千米時，再向首站（起點）發(fā)球筒內(nèi)注入天然氣推著氮氣前進；

3 隔離惰性氣體置換方法的優(yōu)缺點分析

3.1 加隔離器

優(yōu)點：（1）利用清管器可以將管道中的污漬清楚；（2）可以將空氣、氮氣和天然氣利用擁有收發(fā)球功能的戰(zhàn)場進行再次隔離，從而確保管道運行的安全性。

缺點：（1）氮氣和天然氣容易出現(xiàn)泄漏的現(xiàn)象，并且因清管器容易遭受磨損，使得清管器在阻隔工作中起不到良好的作用；（2）在氣體置換時難以有效控制。由于在氣體置換中清管器運行速度不穩(wěn)定，容易造成清管器的磨損，從而產(chǎn)生較多的安全隱患；（3）在置換過程中需要大量的氮氣，一方面是因為置換時可能出現(xiàn)較嚴(yán)重的泄漏，另一方面是為了避免清管器在管道內(nèi)發(fā)生碰撞，所以必須將隔離時間設(shè)置的相對較長；（4）如果在相對復(fù)雜的地形中利用這種置換方法，則可能出現(xiàn)清管器停滯的問題，由此還會加大置換的難度；（5）若在天然氣已經(jīng)進入管道內(nèi)，而清管器出現(xiàn)卡住問題，那么將會耗費巨大的人力和物力解決此問題，并且解決起來具有較大的難度。

3.2 不加隔離器

優(yōu)點：（1）各混氣段長度都比較穩(wěn)定，而且都保持在4.0km以內(nèi)；（2）由于置換過程運行相對穩(wěn)定，控制起來則非常容易；（3）不易受到地形和管道安裝等因素的影響。

注意的問題：（1）在置換之前，盡量保證管道和清管器的干凈；（2）在置換準(zhǔn)備工作中注重實際置換中天然氣的供氣壓力，盡量將管道內(nèi)的氣體流速控制在3～5米每秒；（3）置換時要注意檢測氮氣及天然氣到達的位置，計算管道內(nèi)純氮氣段的大小，保持天然氣與空氣之間的距離，以確保投產(chǎn)安全；（4）最后，在置換之前還需要對氮氣量進行估計，防止實際置換中出現(xiàn)不必要的浪費。如果管道段較長，則可以利用分段置換的方法。

因此，在地形復(fù)雜和地勢高低交錯且彎頭較多的天然氣長輸管道置換中，應(yīng)采用不加隔離器置換方式，為了降低推動清管器前進的壓力、減少清管器的磨損情況以及避免清管器前后氣體之間發(fā)生串氣現(xiàn)象，應(yīng)通過氣體之間的直接接觸實現(xiàn)置換。

4 結(jié)論

（1）從實際情況出發(fā)，根椐不同的情況選擇最佳的置換方法；

（2）置換時合理控制管道內(nèi)氣體流速；

（3）置換前粗略確定所需氮氣量，以免浪費或出現(xiàn)氮氣不足的情況。

[1] SY/T6233—1996天然氣管道試運投產(chǎn)規(guī)范[S].

[2] 姚光鎮(zhèn).輸氣管道設(shè)計與管理[M].山東：石油大學(xué)出版社，1991.