关于新建燃气管道抽真空置换的研究

谢崇优

摘要：本文介绍传统天然气置换的局限性，提出抽真空置换的方法，并对抽真空置换的相关工艺进行研究，得出抽真空置换工艺的相关数据以供参考。

关键词：抽真空置换；直接置换法；燃气置换放散危险性

一、概述

天然气管道置换作业因其有一定的危险性，燃气经营单位向来较为重视。随着城市综合商业体不断增多，特别是有地下室、半地下室的综合商业，燃气管道置换时几乎很难找到一个适合直接放散的地方。而且现在的房地产燃气工程，为了美观和安全，许多燃气公司优先选择下环上行的盘管方式，直接置换难以把地上管网的空气置换干净。燃气管道抽真空置换工艺的研究能有效地解决置换放散难、置换放散不干净等问题。抽真空置换工艺将会在燃气置换领域变得越来越重要。本文着重研究新建燃气管道的置换作业。

二、目前行业的置换方法及其局限性

1.天然气置换相关规范的要求

《城镇燃气设施运行、维护和抢修安全技术规程》CJJ51-2016中6.2置换与放散中规定：燃气设施宜采用间接置换法进行置换，当置换作业条件受限时也可采用直接置换法进行置换。置换过程中每一个阶段应连续3次检测氧或燃气的浓度，每次间隔不应少于5min，并应符合相关规定。新建燃气管道的置换作业，行业内基本均采用直接置换法——燃气置换空气的方式。

2.置换放散空间的局限性

直接置换法因其置换快速而被人们所接受。直接置换法也有其局限性。直接置换法需要有一定的放散空间，放散位置应空旷、通风良好且易于围蔽管理。现代城市的大多数商业综合体、大型商业用户，因为其引入管出地后直接调压，放散口一般设置在调压箱或引入阀前后。要在用气点末端进行置换放散，实践经验显示，工作人员几乎很难找到一个室外的空间以便于直接放散。

3.燃气管末段的置换局限性

直接放散法放散，部分新建燃气管道置换难以符合置换要求。为了燃气管道的安全美观，现行的地上管网设置优先设计为下环上行，其次才是上环下行。在下环上行的盘立管设计中，每条立管末端均处于最高层。而房地产交楼之后，燃气公司在置换作业时很难进入业主的房子进行置换。即使可以进入到业主户内，因为需要每条立管末端进行放散，这需要耗费大量的人力物力。

4.直接置换放散的危险性

因为公共管道置换不干净，在通气点火过程中，工作人员必须进行户内置换。户内置换过程中，工作人员尽量会连接临时放散管引出室外放散。但是现实操作中，不能够通过引出室外进行放散情况也客观存在。当户内放散管不能引出室外，则工作人员会采用灶具进行放散。灶具放散可导致室内天然气聚集，现场形成爆炸性混合气体，存在较高的危险性。如果户内通风不畅或未对用电设备进行有效切断，放散混合的可燃气体易造成闪爆事件。

三、管道抽真空置换试验方法

1.抽真空置换的原理

根据科学实践证明，管道的绝对真空是难以实现的。燃气管道抽真空置换工艺研究的目的是，在满足规范要求的前提下，高效率地完成置换作业。研究人员实践发现，管道内即使存在少量的空气，在置换时与燃气充分混合依然能达到规范要求的置换浓度。关于管内残留的空气可依据下列公式计算：

（1）PV=nRT

（2）P1V1=P2V2

根据公式可知，如果管道内的真空度不变，随着被抽真空管道的容积越大，其管内存留的空气则越多。原则上，管道内真空度越高，后期燃气置换时将会越干净。但是考虑到抽真空时间的因素，为了避免耗费大量的时间在抽真空操作上，管道的真空度应根据管容适当调整，管容越大则真空值应越高。

2.抽真空设备工艺流程

为了解决直接置换法的局限性，研究人员进行管道抽真空置换的试验。在抽真空试验前，我们抽真空设备作了如下工艺流程设计：螺纹球阀→止回阀→Y型过滤器→真空泵→油水分离器→油水分离器→排气消音器

抽真空设备的器材包括：止回阀、Y型过滤器、真空泵、油水分离器、排气消音器、真空表（2个）、发电机、二级电箱、管道连接管（胶管或不锈钢波纹管）。真空泵一般会自带一个真空表。如果没有，则分别在新建管道前后适当的位置分别安装一个真空表，以观察抽真空过程中管道内的真空度。

3.抽真空的操作方法及试验参数

新建管道抽真空试验前，应先对已验收合格的管道进行挂压测试，以检验被置换管道的气密性是否合格。管道气密性检测合格后，先将新建管道内气体排放完毕，并用气体检测仪（PM4）检测管道内是否含有燃气。因为目前市场上的真空泵均不防爆，为了抽真空作业的安全，原则上不得在管道内有燃气时安排抽真空作业。气体检测合格，按工艺流程图在调压箱出口阀门后的放散口位置连接抽真空设备。

研究人员经过反复的试验发现，当管内真空度达到-0.06～-0.08MPa时，进行置换作业管道内的燃气浓度基本能符合规范要求。

管内真空度达到设定值后，作业人员進行开阀操作。这里需要十分注意，由于管内真空度较高，相对压差会变大，开阀门时应该尽可能缓慢，开阀宜控制在5～10分钟，具体因视被置换管道管容量调整，可通过压力表或气流通过阀门的声音来判断压差情况。

当压力平衡后，在管道末端（无法在管道最末端则找最靠近管道末端的放散口）进行气体检测，检测气体的天然气浓度和加臭剂含量是否符合规范要求。即燃气浓度测定值大于90%，加臭剂含量大于15g/L。在试验操作期间，当管道内真空度达到0.06～0.08MPa，置换平衡后，有部分管道需在管道末端排放20秒左右才能达到置换的要求。之所以会出现这种情况，一则是因为抽真空后管道内遗留的少量空气，二则是因为在抽真空完成后开阀过程过于快速，使得管道内空气全都挤压管道末端。

4.管道抽真空置换的不足之处

首先，按目前市场上销售的真空泵来看，真空泵均未有防爆设置。如果管道内有燃气，特别是在阀门内漏的情况下，使用真空泵进行抽真空作业就可能存在着闪爆或者燃气爆炸的危险。所以在使用真空泵抽真前，应检查管道内是否存留燃气。在抽真空作业过程中，也应该安排人员用气体检测仪检查抽出的气体，以确保现场作业安全。

其次，真空泵功率和抽气速率对抽真空工艺的时间影响大，但目前市场上的真空泵功率较低。试验采用真空泵的功率为750W，抽气速率为14.4m3/h。因为管容的不同，抽真空时间也不一样。为了节省作业时间，研究人员在管道前后两端用两组设备进行抽真空作业以加快抽真空的速率。

四、结论

（1）本文提供了新建燃气管道抽真空设备工艺流程图，介绍了抽真空置换原理。抽真空置换的方法能解决现有置换方法的弊端，且操作简单、安全，易于在城镇燃气企业中推广使用。

（2）研究人员经过反复的试验，当新建燃气管道内的真空度达到-0.06MPa～-0.08MPa时进行燃气置换，燃气管内天然气浓度基本满足置换要求.

参考文献：

[1]中国城市燃气协会.《城镇燃气设施运行、维护和抢修安全技术规程》CJJ51-2016.中国建筑工业出版社

[2]沈维道、童钧耕.《工程热力学》第4版.高等教育出版社