天然氣管道氮氣置換技術研究

徐盼(陜西省天然氣股份有限公司，陜西 西安 710016)

近年來，隨著我國環境壓力的逐漸增大和城市化步伐的不斷加快，我國迫切需要擴大天然氣市場。因此，我國目前在不斷的新建和檢修天然氣管道。新建的天然氣管道內部存在空氣，如果直接使用天然氣置換的話會非常危險，極有可能引起爆炸等危害。為了確保安全，在新建和檢修后的天然氣管道必須要進行管道氮氣置換操作。該操作非常重要，如果置換操作失敗的話，同樣會造成重大的安全事故，引發大量的人員傷亡和財產損失。所以，本文在這里就該技術進行一些研究。

1 天然氣管道氮氣置換方法

天然氣管道的氮氣置換方法主要有兩種：全線置換和隔離置換。

全線置換又可分為整體置換和分段置換。整體置換適合距離較短的管道線路。從該天然氣管道的入口處放入發送筒，并且安裝清管設備和隔離器，在隔離器后端通過采用制氮車將產生的高純度氮氣通過發送筒壓力表的接口進行注入。此時打開出站閥門，同時打開末站閥門，用氮氣推動隔離器沿著管道前進，隔離器推著空氣前進，這樣管內的空氣就會不斷的通過末端出口排出，進入大氣中。當隔離器到達末端后，在末端口對氣體進行取樣分析，從而達到天然氣管道氮氣置換的效果。而分段置換適用于較長距離的天然氣管道。該方法以閥室為連接點進行分段，在管道的起點進行高純度氮氣注入，當氮氣出入量等于每一分段的容積時，在本段的末端的放氣口進行放氣取樣和檢驗，如果本段管道的置換操作合格，則進入下一段，如此循環下去，直到最后一段管道置換合格，則整個天然氣管道全線置換合格。

隔離置換分為加隔離器置換和不加隔離器置換。加隔離器置換是以天然氣為動力推動隔離器，進而推動空氣，將空氣沿著管道排出，從而達到管內空氣置換的效果。但是管道沿線要進行監測點檢測，對隔離器的到達時間以及氣體置換效果進行檢測。而不加隔離器置換則指的是在管道首站就注入一定量的高純度氮氣，通過閥門的開、關直接注入天然氣，這樣則實現氮氣置換空氣、天然氣置換氮氣的操作。同時，與加隔離器置換一樣，也是需要在管道沿線的特定地點進行取樣分析。

2 天然氣管道氮氣置換方法的使用范圍

2.1 全線置換：適用于天然氣管道線路較短，投產使用時間不確定，管道閑置時間長以及居民區使用的管道。

2.2 隔離置換：使用投產時間明確、氮氣純度不純或氮氣氣源不足的管道。其中加隔離器置換與不加隔離器置換還稍有區別。加隔離器置換適用于地勢平坦地形簡單的管道，因為復雜的地段會引起隔離器停滯的狀況，平坦的地形可以充分發揮隔離器的功效，提高清除管道內部污物的效果。而不加隔離器置換是通過氣體之間的接觸進行置換，所以適用于地形復雜、地勢高低不平的管道，而且安全可靠，操作方便。

3 天然氣管道氮氣置換技術工作參數的確定

天然氣管道氮氣置換技術的工作參數主要包括注氮溫度、注氮壓力、注氮點和注氮量。

3.1 注氮溫度:通常的氮氣置換都采用注氮車進行注氮，該車內部裝有液氮，溫度低，所以需要對其進行加熱。如果溫度過低無法完成氮氣置換，如果注氮溫度過高則會造成浪費，所以注氮溫度一定要依據當地環境而定，一般為5到15度即可，這樣可以保證管道材質不受損害。

3.2 注氮壓力：天然氣管道內部提前注入的氮氣壓力不能過高，否則就會引起氮氣置換正式開始時的氮氣自身擴散，這樣會使氮氣空氣混合氣提前到達各個檢測點、閥室，造成時間偏差。所以注入氮氣的壓力要和注入天然氣的壓力保持一致，而且在注氮結束后要立即注入天然氣，從而減少混氣段，減少氮氣的損失。

3.3 注氮點。從天然氣管道的檢測效果和氮氣置換操作的經濟角度上考慮，應該在不影響氮氣置換效果的前提下，盡可能多的減少注氮點的數量。同時還要考慮實際的操作進度，對未建設完成的天然氣管道進行單獨置換，而且因為站場的用氮量較少，可以利用氮氣瓶或管道內部置換出的氮氣取代制氮車進行氮氣置換。

3.4 注氮量。在天然氣管道內部的氮氣注氮量主要包括每個注氮點的注氮混氣量和氮氣段通過管道時的混氣量、管道沿線場站和閥室進行氮氣置換的氮氣量、氮氣到達下一站的剩余量以及另外的保險富裕量這四部分組成。其中注氮時和氮氣置換時的混氣量要占到注氮量的五分之一到四分之一。而且因為注氮期間的氮氣混氣量和氮氣段通過管道的氮氣總量計算方法還沒有成熟，因此我們要加入一定的氮氣作為富裕量來提高氮氣置換的成功率。

4 結語

以往我國建成的天然氣管道在投入使用前所使用的置換工藝僅僅是天然氣與空氣之間的置換，這樣的置換技術簡單易操作，在一定的范圍內是允許的，但當可燃氣體與助燃氣體直接混合以后，空氣中的天然氣達到一定的濃度，此時混合氣體就有可能發生爆炸。所以，在當下，要想天然氣管道可以安全可靠的運輸天然氣，在管道投入使用前必須要經過置換操作步驟，普遍采用的是氮氣置換技術。因為氮氣作為置換氣體，它安全可靠，同時具有很高的吸水性，可以起到干燥的效果，非常適合水壓試驗后的干燥管道，對天然氣管道的安全使用也有著非常大的影響。

[1]黃義忠.天然氣管輸運行前的氮氣置換技術[J].中外能源,2008(05).

[2]沈良.天然氣管道投產時氮氣置換量的確定[J].城市公用事業,2012(06).

[3]白忠濤,王福文,董文章.長輸天然氣管道氮氣置換技術[J].油氣田地面工程,2008(08).