天然气管道施工的投产置换

王 辉

(中石化胜利油建工程有限公司,山东 东营 257000)

天然气管道施工的投产置换

王 辉

(中石化胜利油建工程有限公司,山东 东营 257000)

针对天然气管道施工的投产置换，介绍了几种置换方法，阐述了它们的工作原理，分析了它们的优缺点。

天然气；管道；置换

0 引言

天然气管道在使用之前不仅需要检修，为了避免管道内的空气与天然气混合而发生爆炸事件，还应该采用惰性气体将输气站和管道内的空气进行置换。在置换惰性气体时利用的化学元素是氮气，而管道置换合格的标志则是惰性气体中的空气含量小于气体含量的1/5。

一般而言，天然气管道置换主要有简介置换和直接置换两种方法，其中间接置换法包括整体惰性气体置换和隔离惰性气体置换两种，而隔离惰性气体置换则包括隔离器置换和不加隔离器置换两种。

1 直接置换法

直接置换法是用天然气输入新建管道内直接置换管内空气。操作方便、迅速，在新建管道与原有天然气管道连通后，利用天然气的工作压力直接排放管内空气，当管道内天然气含量达到合格标准后，即可正式使用。天然气置换过程中，由于清管器本身的磨损，仍然会有些许天然气泄漏到空气中的现象，如果空气中的天然气含量较高，就可能出现危险状况，例如，若空气中含有5%-15%的天然气，则可能出现爆炸现象。因此，使用该方法置换空气还存在一定的危险性。

2 间接置换法

间接置换法是用惰性气体（常用氮气）先将管内空气置换，然后再输入天然气置换。优点是安全可靠，缺点是费用高昂，故一般很少采用整体氮气置换。

2.1 加隔离器隔离氮气置换

2.1.1 工作原理

具体操作流程是：在首站发送2个中间夹带高纯度氮气隔离段的清管器置换管道段内的空气，在传送中利用监听器监听清管器的到达时间，然后对气体到达清管站和分输站的时间以及管道内的气体浓度进行监测，最后将这些监测内容记录下来，确保置换效果达到标准要求。见示意图1。

图1 加隔离器隔离氮气置换示意图

2.1.2 置换步骤

（1）为了装入首个清管器，应放空首站的发球筒；

（2）将高纯氮气注射到首站，使清管器向前推进；

（3）一般来说，如果氮气到达管内的距离达到5-6千米时，便可以在发球筒中安放第二个清管器；

（4）在收球筒准备接收首个清管器时，则应关闭收球筒的前阀，在停止供气的情况即可对清管器进行接收。

（5）做好第二个清管器的接收准备，接收完成之后便可以将流程倒成正式的投产流程，进行正式生产，若不投产，则应关闭管线梁端的阀门。

2.2 不加隔离器隔离氮气置换

2.2.1 工作原理

不加隔离器的置换工艺，应首先将一定量的氮气射入到管道的下游，然后再开启和关闭阀门的帮助下向管道内直接射入天然气。见示意图2。

2.2.2 置换步骤

（1）将出站阀开启，再把下站的放空口打开；

图2 不加隔离器隔离氮气置换示意图

（2）用液氮车（或其他氮气发生装置）将高纯度氮气（≥99%）从首站注入管线内（正常情况下，氮气进入管线的压力一般为0.02Mpa）；

（3）一般而言，如果氮气到达管内的距离达到5-6千米时，再向首站（起点）发球筒内注入天然气推着氮气前进；

3 隔离惰性气体置换方法的优缺点分析

3.1 加隔离器

优点：（1）利用清管器可以将管道中的污渍清楚；（2）可以将空气、氮气和天然气利用拥有收发球功能的战场进行再次隔离，从而确保管道运行的安全性。

缺点：（1）氮气和天然气容易出现泄漏的现象，并且因清管器容易遭受磨损，使得清管器在阻隔工作中起不到良好的作用；（2）在气体置换时难以有效控制。由于在气体置换中清管器运行速度不稳定，容易造成清管器的磨损，从而产生较多的安全隐患；（3）在置换过程中需要大量的氮气，一方面是因为置换时可能出现较严重的泄漏，另一方面是为了避免清管器在管道内发生碰撞，所以必须将隔离时间设置的相对较长；（4）如果在相对复杂的地形中利用这种置换方法，则可能出现清管器停滞的问题，由此还会加大置换的难度；（5）若在天然气已经进入管道内，而清管器出现卡住问题，那么将会耗费巨大的人力和物力解决此问题，并且解决起来具有较大的难度。

3.2 不加隔离器

优点：（1）各混气段长度都比较稳定，而且都保持在4.0km以内；（2）由于置换过程运行相对稳定，控制起来则非常容易；（3）不易受到地形和管道安装等因素的影响。

注意的问题：（1）在置换之前，尽量保证管道和清管器的干净；（2）在置换准备工作中注重实际置换中天然气的供气压力，尽量将管道内的气体流速控制在3～5米每秒；（3）置换时要注意检测氮气及天然气到达的位置，计算管道内纯氮气段的大小，保持天然气与空气之间的距离，以确保投产安全；（4）最后，在置换之前还需要对氮气量进行估计，防止实际置换中出现不必要的浪费。如果管道段较长，则可以利用分段置换的方法。

因此，在地形复杂和地势高低交错且弯头较多的天然气长输管道置换中，应采用不加隔离器置换方式，为了降低推动清管器前进的压力、减少清管器的磨损情况以及避免清管器前后气体之间发生串气现象，应通过气体之间的直接接触实现置换。

4 结论

（1）从实际情况出发，根椐不同的情况选择最佳的置换方法；

（2）置换时合理控制管道内气体流速；

（3）置换前粗略确定所需氮气量，以免浪费或出现氮气不足的情况。

[1] SY/T6233—1996天然气管道试运投产规范[S].

[2] 姚光镇.输气管道设计与管理[M].山东：石油大学出版社，1991.