關于新建燃氣管道抽真空置換的研究

謝崇優

摘要：本文介紹傳統天然氣置換的局限性，提出抽真空置換的方法，并對抽真空置換的相關工藝進行研究，得出抽真空置換工藝的相關數據以供參考。

關鍵詞：抽真空置換；直接置換法；燃氣置換放散危險性

一、概述

天然氣管道置換作業因其有一定的危險性，燃氣經營單位向來較為重視。隨著城市綜合商業體不斷增多，特別是有地下室、半地下室的綜合商業，燃氣管道置換時幾乎很難找到一個適合直接放散的地方。而且現在的房地產燃氣工程，為了美觀和安全，許多燃氣公司優先選擇下環上行的盤管方式，直接置換難以把地上管網的空氣置換干凈。燃氣管道抽真空置換工藝的研究能有效地解決置換放散難、置換放散不干凈等問題。抽真空置換工藝將會在燃氣置換領域變得越來越重要。本文著重研究新建燃氣管道的置換作業。

二、目前行業的置換方法及其局限性

1.天然氣置換相關規范的要求

《城鎮燃氣設施運行、維護和搶修安全技術規程》CJJ51-2016中6.2置換與放散中規定：燃氣設施宜采用間接置換法進行置換，當置換作業條件受限時也可采用直接置換法進行置換。置換過程中每一個階段應連續3次檢測氧或燃氣的濃度，每次間隔不應少于5min，并應符合相關規定。新建燃氣管道的置換作業，行業內基本均采用直接置換法——燃氣置換空氣的方式。

2.置換放散空間的局限性

直接置換法因其置換快速而被人們所接受。直接置換法也有其局限性。直接置換法需要有一定的放散空間，放散位置應空曠、通風良好且易于圍蔽管理。現代城市的大多數商業綜合體、大型商業用戶，因為其引入管出地后直接調壓，放散口一般設置在調壓箱或引入閥前后。要在用氣點末端進行置換放散，實踐經驗顯示，工作人員幾乎很難找到一個室外的空間以便于直接放散。

3.燃氣管末段的置換局限性

直接放散法放散，部分新建燃氣管道置換難以符合置換要求。為了燃氣管道的安全美觀，現行的地上管網設置優先設計為下環上行，其次才是上環下行。在下環上行的盤立管設計中，每條立管末端均處于最高層。而房地產交樓之后，燃氣公司在置換作業時很難進入業主的房子進行置換。即使可以進入到業主戶內，因為需要每條立管末端進行放散，這需要耗費大量的人力物力。

4.直接置換放散的危險性

因為公共管道置換不干凈，在通氣點火過程中，工作人員必須進行戶內置換。戶內置換過程中，工作人員盡量會連接臨時放散管引出室外放散。但是現實操作中，不能夠通過引出室外進行放散情況也客觀存在。當戶內放散管不能引出室外，則工作人員會采用灶具進行放散。灶具放散可導致室內天然氣聚集，現場形成爆炸性混合氣體，存在較高的危險性。如果戶內通風不暢或未對用電設備進行有效切斷，放散混合的可燃氣體易造成閃爆事件。

三、管道抽真空置換試驗方法

1.抽真空置換的原理

根據科學實踐證明，管道的絕對真空是難以實現的。燃氣管道抽真空置換工藝研究的目的是，在滿足規范要求的前提下，高效率地完成置換作業。研究人員實踐發現，管道內即使存在少量的空氣，在置換時與燃氣充分混合依然能達到規范要求的置換濃度。關于管內殘留的空氣可依據下列公式計算：

（1）PV=nRT

（2）P1V1=P2V2

根據公式可知，如果管道內的真空度不變，隨著被抽真空管道的容積越大，其管內存留的空氣則越多。原則上，管道內真空度越高，后期燃氣置換時將會越干凈。但是考慮到抽真空時間的因素，為了避免耗費大量的時間在抽真空操作上，管道的真空度應根據管容適當調整，管容越大則真空值應越高。

2.抽真空設備工藝流程

為了解決直接置換法的局限性，研究人員進行管道抽真空置換的試驗。在抽真空試驗前，我們抽真空設備作了如下工藝流程設計：螺紋球閥→止回閥→Y型過濾器→真空泵→油水分離器→油水分離器→排氣消音器

抽真空設備的器材包括：止回閥、Y型過濾器、真空泵、油水分離器、排氣消音器、真空表（2個）、發電機、二級電箱、管道連接管（膠管或不銹鋼波紋管）。真空泵一般會自帶一個真空表。如果沒有，則分別在新建管道前后適當的位置分別安裝一個真空表，以觀察抽真空過程中管道內的真空度。

3.抽真空的操作方法及試驗參數

新建管道抽真空試驗前，應先對已驗收合格的管道進行掛壓測試，以檢驗被置換管道的氣密性是否合格。管道氣密性檢測合格后，先將新建管道內氣體排放完畢，并用氣體檢測儀（PM4）檢測管道內是否含有燃氣。因為目前市場上的真空泵均不防爆，為了抽真空作業的安全，原則上不得在管道內有燃氣時安排抽真空作業。氣體檢測合格，按工藝流程圖在調壓箱出口閥門后的放散口位置連接抽真空設備。

研究人員經過反復的試驗發現，當管內真空度達到-0.06～-0.08MPa時，進行置換作業管道內的燃氣濃度基本能符合規范要求。

管內真空度達到設定值后，作業人員進行開閥操作。這里需要十分注意，由于管內真空度較高，相對壓差會變大，開閥門時應該盡可能緩慢，開閥宜控制在5～10分鐘，具體因視被置換管道管容量調整，可通過壓力表或氣流通過閥門的聲音來判斷壓差情況。

當壓力平衡后，在管道末端（無法在管道最末端則找最靠近管道末端的放散口）進行氣體檢測，檢測氣體的天然氣濃度和加臭劑含量是否符合規范要求。即燃氣濃度測定值大于90%，加臭劑含量大于15g/L。在試驗操作期間，當管道內真空度達到0.06～0.08MPa，置換平衡后，有部分管道需在管道末端排放20秒左右才能達到置換的要求。之所以會出現這種情況，一則是因為抽真空后管道內遺留的少量空氣，二則是因為在抽真空完成后開閥過程過于快速，使得管道內空氣全都擠壓管道末端。

4.管道抽真空置換的不足之處

首先，按目前市場上銷售的真空泵來看，真空泵均未有防爆設置。如果管道內有燃氣，特別是在閥門內漏的情況下，使用真空泵進行抽真空作業就可能存在著閃爆或者燃氣爆炸的危險。所以在使用真空泵抽真前，應檢查管道內是否存留燃氣。在抽真空作業過程中，也應該安排人員用氣體檢測儀檢查抽出的氣體，以確保現場作業安全。

其次，真空泵功率和抽氣速率對抽真空工藝的時間影響大，但目前市場上的真空泵功率較低。試驗采用真空泵的功率為750W，抽氣速率為14.4m3/h。因為管容的不同，抽真空時間也不一樣。為了節省作業時間，研究人員在管道前后兩端用兩組設備進行抽真空作業以加快抽真空的速率。

四、結論

（1）本文提供了新建燃氣管道抽真空設備工藝流程圖，介紹了抽真空置換原理。抽真空置換的方法能解決現有置換方法的弊端，且操作簡單、安全，易于在城鎮燃氣企業中推廣使用。

（2）研究人員經過反復的試驗，當新建燃氣管道內的真空度達到-0.06MPa～-0.08MPa時進行燃氣置換，燃氣管內天然氣濃度基本滿足置換要求.

參考文獻：

[1]中國城市燃氣協會.《城鎮燃氣設施運行、維護和搶修安全技術規程》CJJ51-2016.中國建筑工業出版社

[2]沈維道、童鈞耕.《工程熱力學》第4版.高等教育出版社