天然氣管道施工的投產置換

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，為了避免管道內的空氣與天然氣混合而發生爆炸事件，還應該采用惰性氣體將輸氣站和管道內的空氣進行置換。在置換惰性氣體時利用的化學元素是氮氣，而管道置換合格的標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直接置換管內空氣。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空氣，當管道內天然氣含量達到合格標準后，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象，如果空氣中的天然氣含量較高，就可能出現危險狀況，例如，若空氣中含有5%-15%的天然氣，則可能出現爆炸現象。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）先將管內空氣置換，然后再輸入天然氣置換。優點是安全可靠，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的空氣，在傳送中利用監聽器監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的氣體濃度進行監測，最后將這些監測內容記錄下來，確保置換效果達到標準要求。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，應放空首站的發球筒；

（2）將高純氮氣注射到首站，使清管器向前推進；

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

（4）在收球筒準備接收首個清管器時，則應關閉收球筒的前閥，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備，接收完成之后便可以將流程倒成正式的投產流程，進行正式生產，若不投產，則應關閉管線梁端的閥門。

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，應首先將一定量的氮氣射入到管道的下游，然后再開啟和關閉閥門的幫助下向管道內直接射入天然氣。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（或其他氮氣發生裝置）將高純度氮氣（≥99%）從首站注入管線內（正常情況下，氮氣進入管線的壓力一般為0.02Mpa）；

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

3 隔離惰性氣體置換方法的優缺點分析

3.1 加隔離器

優點：（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球功能的戰場進行再次隔離，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泄漏的現象，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定，容易造成清管器的磨損，從而產生較多的安全隱患；（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較嚴重的泄漏，另一方面是為了避免清管器在管道內發生碰撞，所以必須將隔離時間設置的相對較長；（4）如果在相對復雜的地形中利用這種置換方法，則可能出現清管器停滯的問題，由此還會加大置換的難度；（5）若在天然氣已經進入管道內，而清管器出現卡住問題，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

優點：（1）各混氣段長度都比較穩定，而且都保持在4.0km以內；（2）由于置換過程運行相對穩定，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生串氣現象，應通過氣體之間的直接接觸實現置換。

4 結論

（1）從實際情況出發，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氣體流速；

（3）置換前粗略確定所需氮氣量，以免浪費或出現氮氣不足的情況。

[1] SY/T6233—1996天然氣管道試運投產規范[S].

[2] 姚光鎮.輸氣管道設計與管理[M].山東：石油大學出版社，1991.