天然气管道安全置换方法

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1、天然气管道安全置换方法的探讨2010-12-31陈莉寇振夺摘要：参考英国技术标准与燃气公司成熟经验，分析了3种城市天然气管道置换技术(直接置换、间接置换、阻隔置换)，对天然气管道置换工艺参数的确定及控制方法进行了探讨，分析了置换方法在城镇管网和用户管道系统的应用。关键词：城镇燃气管道；直接置换；间接置换；阻隔置换；置换技术1天然气置换方法   为确保安全，在长输管道和厂站的投产过程中一般都选用惰性气体置换。惰性气体置换虽然安全性方面比较好，但是操作复杂且成本高，在低压管道置换过程中一般采用天然气直接置换。本文

2、结合英国燃气行业标准和国内实际工作，详细探讨城市天然气管网的置换安全及置换方法。1.1置换安全   天然气置换是一项非常危险的工作，若置换方案不当或操作失误，可能发生恶性事故，给人民群众的生命和财产造成损失。天然气置换的安全问题是在置换过程中首先要解决的问题，必须符合下述要求才允许实施置换工作。   (1)置换前必须进行风险评估。   (2)戴上适合的个人防护装置。   (3)准备呼吸器并能正常使用。   (4)准备灭火器并置于适当的位置。  (5)管道内空气的置换应在强度试验、严密性试验、吹扫清管、干燥合格

3、后进行。   (6)间接置换应采用氮气或其他无腐蚀、无毒的惰性气体为置换介质。  (7)现场必须设置“禁止火源”、“禁止吸烟”等安全警示标牌。   (8)置换进气端处必须安装压力表，监测压力。   (9)放散口高出地面2.5m以上。   (10)要求管道在置换中接地，特别是连接PE管道时必须接地。   (11)火源必须距离放散口的上风向5m以外。   (12)确保气体能畅通无阻地排到大气中。   (13)置换过程中放空系统的混合气体应彻底放   (14)采用阻隔置换法置换空气时，氮气或惰性气体的隔离长度应保证

4、到达置换管道末端空气与天然气不混合。   (15)放空隔离区内不允许有烟火和静电火花产生。   (16)置换管道末端应配备气体含量检测设备，当置换管道末端放空管口气体含氧量体积分数不大于2%或可燃气体体积分数大于95%时即可认为置换合格[1]。1.2置换方法   按照采用的置换方式不同，将置换方法分为3类：直接置换、间接置换和阻隔置换。直接置换：将天然气直接通入管道中，天然气与待投产管道中的空气直接接触，直至天然气完全取代空气；或用空气直接通入管道中，空气与待拆除管道中的天然气直接接触，直至空气完全取代天然气

5、的置换方法称为直接置换。间接置换：将惰性气体通入管道内，直至管道内的空气(或天然气)完全被取代，然后再将天然气(或空气)通入管道直至惰性气体完全被取代，这种用惰性气体作为中间介质置换的方法称为间接置换。阻隔置换：在间接置换条件下，使用隔离设备(如阻气球、清管球、专用隔离装置等)或惰性气体将天然气与空气隔离的置换方法称为阻隔置换。   ①分层现象   在气体对气体的置换过程中密度小的气体(如天然气)在密度大的气体(如空气、氮气)的上方流动，或者密度大的气体在密度小的气体下流动时，容易出现两种气体分层流动的现象，

6、称之为分层现象[2]。天然气置换空气或氮气的分层现象见图1，空气或氮气置换天然气的分层现象见图2。    在置换过程中，将天然气缓慢输入到新建管道内，由于天然气的密度小，相对密度一般为0.6左右，天然气就会在管道的上部流动，而位于管道下部的空气或氮气就会滞留在管道内。当检测人员从出口取样检测时，仪器会显示体积分数为100%的天然气，如果此时停止置换，滞留在管道内的空气将与天然气混合，非常可能形成爆炸性混合气体，在用户使用时发生危险。这种情况会给安全运行带来极大的隐患。   通过实验研究发现，必须保持一定的置换

7、流速才能杜绝置换中的分层现象。英国研究机构对各种管径的燃气管道进行了实验，测得了最小的可能发生分层现象的流速和流量，将数据列于表1中[2]。为了避免分层现象的出现，实际置换流速必须大于表1中所列的最小置换流速。表1不同管径对应的最小置换流速、流量[2]公称管径/mm最小置换流速/(m·s-1)最小流量/(m3·h-1)0～1500.60.7151～2000.71.4201～2500.82.4251～3000.93.9301～4501.09.6451～6001.220.4601～9001.560.0901～12

8、001.7120.0   ②控制流速或流量，减少静电积累   静电防护是安全置换的要素，燃气在管道中的流速越快，静电的积累就越大；管道的管径越大，静电的积累也越大。采用控制流速或流量的方法可以实现减少静电积累的目的[3]。根据国外实验得出以下管道燃气安全流速公式[3]： 式中v——管道内气体的平均流速，m/s   d——管道的公称管径，m   再结合以下流量计算公式：   q=3600Av   (2