输气管线氮气置换分析

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1、输气管线氮气置换分析■黄金洲方亮中国石化集团江汉油建公司湖北潜江433123摘要以重庆市西彭至永川天然气输气管线三标段工程全程氮气置换为例，对从如何选择置换方式、氮气置换设备的选择、置换对氮气的要求及氮气量的计算、氮气置换过程等几个方面进行分析，对输气管线如何进行氮气置换进行分析总结。关键词天然气管道氮气置换文献标识码B中图分类号TU741文章编号1672-9323（2010）03-0073-031概述近几年我国天然气行业迅猛发展，各种输气管道建设力度也在加强，同时由于天然气本身性质的特殊性（天然气在空气中浓度为5～15%的范围时，遇明火、高温等情况即可发生爆炸，这个浓度范围为

2、天然气的爆炸极限），所以确保天然气管道安全投产运行十分重要。对于新建、需检修、以及要废弃的管道或设备，在投运、检修或废弃以前必须进行氮气置换工作，即先将氮气注入管线，用氮气作为天然气与空气间的隔离介质（投产时氮气推动空气或检修时用氮气推动天然气进行管道线路置换，从而使天然气管道达到顺利投产条件或检修时能达到动火施工的要求）。重庆市西彭至永川天然气输气管线工程三标段工程是重庆市为满足永川、壁山、江津和西彭等地区经济发展的需要而建设的重点项目。施工前期因清管站材料未按时到位，导致清管站建设滞后。为了保证管线能按施工节点通气，采取了用临时管线连接的方法将清管站隔离（清管站建在三标管线

3、中间位置），以达到能临时通气的条件；清管站建成具备投产运营条件后，再将清管站接入到线路中来。由于管线只是在两端（相距约25.4km）各有一个放空点，因距离较远且管线顺着山势起伏，管道内的天然气无法顺利排出只能采用气体置换的方式将天然气含量降到安全线以下时进行动火施工。2置换方式的选择2.1管线气体置换法主要分直接置换法和间接置换法两大类2.1.1直接置换法直接置换法（用空气作为介质进行置换）的混合段是天然气与空气的混合气体，这是极易发生事故的一段，而该混合段的存在是必然的、不可避免的。在混合段中，只要有明火、或者是碰撞产生静电火花、或者是获得一定的能量，就会发生燃烧或爆炸。在置

4、换过程中，管道内不会有明火，同时环境温度或管道温度都不会很高，不会提供足够的能量，唯一不安全的因素就是碰撞及静电火花。一般来说，当含有水分和杂质的高压气体在管道中高速流动时，易发生摩擦和碰撞，特别是当它们从开口部位喷出时，与管口壁发生摩擦产生静电。气体静电包括气体本身带电和相关装置带电。由于天然气管道在设计施工中，做了涂层防腐，其接地电阻很大，几乎是绝缘的。在天然气在管道中高速流动的情况下，由于摩擦和冲撞产生的静电不易及时导出，静电积聚可能产生高达数千伏的电压，产生管道带电现象，尤以高分子材料的管道表面电位升高最显著。当其泄放的能量达到一定程度时，则可能导致天然气与空气混合物的

5、燃烧和爆炸。由于可天然气体的最小着火能量是很小的，积聚起来的静电能量很容易达到该值。因此，我们在直接置换的过程中，一定要掌握好天然气的置换压力和天然气的流速，防止静电产生，杜绝事故发生。直接置换法的特点是：置换方法及过程简单，置换技术操作要求较高，安全性较差；但是置换时间相应地短，置换费用较低。2.1.2间接置换法间接置换法中混合段是中性介质（在置换过程中，选择的中间介质是不可燃烧的，同时也是不可助燃的N2、烟气或水蒸气，从实用性和经济性方面考虑，一般选择的是N2）和天然气混合气体，是比较安全的。间接置换法（在本章论述的就是氮气置换法）特点是：置换方法及过程复杂．置换时的技术操

6、作要求不太高，安全性较高；但置换时间较长，置换费用较高。从以上分析可以看出直接置换法适用于管径较小(DN<200mm)，管道长度较短的天燃气管线，而西永管线本次需置换的管段为φ406×7.9管线8.1km、φ323.9×6.4管线15.5km（中间用大小头过渡），因此从安全方面考虑，本次置换采用间接置换法即氮气置换法。2.2天然气管道氮气置换的方法73石油化工建设10.03工程技术E＆CTechnology天然气管道氮气置换的方法也分为2种，氮气全线置换方式和隔离置换方式（内加分隔器）。2.2.1全线置换方式一般适用于管线投产时间不确定、管线空置时间较长或地形复杂，地势高低交错

7、，且弯头较多的天然气长输管道；2.2.2隔离置换（内加分隔器）方式适用于地形简单，地势平坦，且弯头较少的天然气管道。从两种氮气置换方式适用的范围及西永管线本次置换工作的实际情况，本次氮气置换采用全线置换方式。3氮气置换设备的选择目前氮气置换设备常采用的是液氮罐车：通过对液氮加热汽化进行氮气的置换工作；另外还有车载氮气生产设备，设备在现场直接将生产的氮气注入管道。西永管道工程考虑到置换工艺的简单、方便及经济性，选择了液氮罐车，氮气罐车最大输出氮气能力为600m3／h。4置换对氮气的要求及氮气量