天然气管道氮气置换技术研究

徐盼(陕西省天然气股份有限公司，陕西 西安 710016)

近年来，随着我国环境压力的逐渐增大和城市化步伐的不断加快，我国迫切需要扩大天然气市场。因此，我国目前在不断的新建和检修天然气管道。新建的天然气管道内部存在空气，如果直接使用天然气置换的话会非常危险，极有可能引起爆炸等危害。为了确保安全，在新建和检修后的天然气管道必须要进行管道氮气置换操作。该操作非常重要，如果置换操作失败的话，同样会造成重大的安全事故，引发大量的人员伤亡和财产损失。所以，本文在这里就该技术进行一些研究。

1 天然气管道氮气置换方法

天然气管道的氮气置换方法主要有两种：全线置换和隔离置换。

全线置换又可分为整体置换和分段置换。整体置换适合距离较短的管道线路。从该天然气管道的入口处放入发送筒，并且安装清管设备和隔离器，在隔离器后端通过采用制氮车将产生的高纯度氮气通过发送筒压力表的接口进行注入。此时打开出站阀门，同时打开末站阀门，用氮气推动隔离器沿着管道前进，隔离器推着空气前进，这样管内的空气就会不断的通过末端出口排出，进入大气中。当隔离器到达末端后，在末端口对气体进行取样分析，从而达到天然气管道氮气置换的效果。而分段置换适用于较长距离的天然气管道。该方法以阀室为连接点进行分段，在管道的起点进行高纯度氮气注入，当氮气出入量等于每一分段的容积时，在本段的末端的放气口进行放气取样和检验，如果本段管道的置换操作合格，则进入下一段，如此循环下去，直到最后一段管道置换合格，则整个天然气管道全线置换合格。

隔离置换分为加隔离器置换和不加隔离器置换。加隔离器置换是以天然气为动力推动隔离器，进而推动空气，将空气沿着管道排出，从而达到管内空气置换的效果。但是管道沿线要进行监测点检测，对隔离器的到达时间以及气体置换效果进行检测。而不加隔离器置换则指的是在管道首站就注入一定量的高纯度氮气，通过阀门的开、关直接注入天然气，这样则实现氮气置换空气、天然气置换氮气的操作。同时，与加隔离器置换一样，也是需要在管道沿线的特定地点进行取样分析。

2 天然气管道氮气置换方法的使用范围

2.1 全线置换：适用于天然气管道线路较短，投产使用时间不确定，管道闲置时间长以及居民区使用的管道。

2.2 隔离置换：使用投产时间明确、氮气纯度不纯或氮气气源不足的管道。其中加隔离器置换与不加隔离器置换还稍有区别。加隔离器置换适用于地势平坦地形简单的管道，因为复杂的地段会引起隔离器停滞的状况，平坦的地形可以充分发挥隔离器的功效，提高清除管道内部污物的效果。而不加隔离器置换是通过气体之间的接触进行置换，所以适用于地形复杂、地势高低不平的管道，而且安全可靠，操作方便。

3 天然气管道氮气置换技术工作参数的确定

天然气管道氮气置换技术的工作参数主要包括注氮温度、注氮压力、注氮点和注氮量。

3.1 注氮温度:通常的氮气置换都采用注氮车进行注氮，该车内部装有液氮，温度低，所以需要对其进行加热。如果温度过低无法完成氮气置换，如果注氮温度过高则会造成浪费，所以注氮温度一定要依据当地环境而定，一般为5到15度即可，这样可以保证管道材质不受损害。

3.2 注氮压力：天然气管道内部提前注入的氮气压力不能过高，否则就会引起氮气置换正式开始时的氮气自身扩散，这样会使氮气空气混合气提前到达各个检测点、阀室，造成时间偏差。所以注入氮气的压力要和注入天然气的压力保持一致，而且在注氮结束后要立即注入天然气，从而减少混气段，减少氮气的损失。

3.3 注氮点。从天然气管道的检测效果和氮气置换操作的经济角度上考虑，应该在不影响氮气置换效果的前提下，尽可能多的减少注氮点的数量。同时还要考虑实际的操作进度，对未建设完成的天然气管道进行单独置换，而且因为站场的用氮量较少，可以利用氮气瓶或管道内部置换出的氮气取代制氮车进行氮气置换。

3.4 注氮量。在天然气管道内部的氮气注氮量主要包括每个注氮点的注氮混气量和氮气段通过管道时的混气量、管道沿线场站和阀室进行氮气置换的氮气量、氮气到达下一站的剩余量以及另外的保险富裕量这四部分组成。其中注氮时和氮气置换时的混气量要占到注氮量的五分之一到四分之一。而且因为注氮期间的氮气混气量和氮气段通过管道的氮气总量计算方法还没有成熟，因此我们要加入一定的氮气作为富裕量来提高氮气置换的成功率。

4 结语

以往我国建成的天然气管道在投入使用前所使用的置换工艺仅仅是天然气与空气之间的置换，这样的置换技术简单易操作，在一定的范围内是允许的，但当可燃气体与助燃气体直接混合以后，空气中的天然气达到一定的浓度，此时混合气体就有可能发生爆炸。所以，在当下，要想天然气管道可以安全可靠的运输天然气，在管道投入使用前必须要经过置换操作步骤，普遍采用的是氮气置换技术。因为氮气作为置换气体，它安全可靠，同时具有很高的吸水性，可以起到干燥的效果，非常适合水压试验后的干燥管道，对天然气管道的安全使用也有着非常大的影响。

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