摘要：随着人们对天然气的使用量逐渐增多，为确保安全，城市天然气管道投入使用以前一般都选用氮气置换。氮气置换虽然安全性方面比较好，但是操作复杂且成本高，有些城市在确保安全可控的情况下采用天然气直接置换，本文就天然气管道工程置换实践方法展开探讨。
关键词：天然气管道置换；燃气浓度；置换方法
引言
天然气在日常的使用过程中，存在着一系列的安全风险，如果使用不当，就会对人们的生活造成较大的影响。为了确保天然气的安全使用，需要对天然气的组成成分和使用方法进行明确。为确保安全，城市天然气管道投入使用以前一般都选用氮气置换。氮气置换虽然安全性方面比较好，但是运用氮气进行置换存在着操作方法复杂和成本高的情况。为了确保天然气的使用安全，本文对天然气的置换方法进行了深入的分析。
1置换前的准备工作
已运行的天然气管道施工是一项非常危险的工作，若施工前的置换不当或操作失误，可能发生燃气爆炸、火灾等恶性事故，给人民群众的生命和财产造成损失。因此，天然气管道置换的安全问题是在置换过程中首先要解决的问题，置换工作开始前必须符合下述要求才允许实施置换工作。（1）所有工作人员穿上合适的个人劳动防护用品。（2）选好控制阀门，确保阀门能够正常开关。（3）至少准备四具灭火器，并放置于合适的位置。（4）管道内空气的置换应在强度试验、严密性试验、吹扫清管、干燥合格后进行。（5）置换前对所需气体量进行预算，准备好置换的气体——惰性气体或空气瓶。（6）现场必须设置施工围挡并挂有“禁止火源、禁止吸烟”等安全警示标牌。（7）置换进气端处必须安装压力表，随时监测压力。（8）对管道内的天然气进行放散时，放散口必须高出地面2.5m以上。（9）置换过程中，有专职安全员对现场进行监护。（10）火源必须距离放散口的上风向5m以外。（11）放散口上方无障碍物。（12）放散隔离区域内不允许有烟火和静电火花产生。（13）置换管道末端应配备气体含量检测设备，天然气或氧气气体含量达到相关标准即可认为置换合格。
2置换的种类及方法
2.1天然气直接置换
（1）置换过程。当打开天然气总阀开始送气时，通过可燃气体报警器检测放散处可燃气体浓度以确定是否达到预定的置换标准，燃气浓度达到置换标准时关闭放散阀置换宣告结束。（2）置换分析。此方法的特点是比较简便和经济但是具有一定的危险性，因为在置换过程中管道里必然要产生燃气与空气的混合气体，这种混合气体中天然气与空气的混合比例是不可控的，必然会在置换过程中存在爆炸极限范围内的混合气体。对于纯天然气来讲它的爆炸极限为5％～15％，再考虑到其混合的不均匀性，天然气含量45％以下均应视为危险区，遇火源就可能发生爆炸。为了防止发生爆炸，必须严格控制置换过程中管道内无火源，才能安全地渡过其“危险期”。要确保置换过程中没有任何火源以引爆混合气。所说火源有3种：即明火、高速气流会因“摩擦”产生静电火花和高速气流吹动管道中可能残留下来的石块、铁屑、焊条头等固体物品因碰撞产生火花。为此在新建管网投入使用前必须进行管道吹扫，清理净管网内的石子、焊渣等固体物；在置换时必须严格控制明火火种靠近置换现场，确保放散口距离明火30ｍ以上；在置换过程中必须严格控制置换气体流速，杜绝高速气流而确保低速，即便有石块等“杂物”也不会被吹动，也就不可能产生火花了。根据国外实验得出以下管道燃气安全流速的计算公式为
其中，ｖ为管道内气体的平均流速（m／s）；ｄ为管道的公称管径（ｍ）。假如输送管道管径为3000mm，按照（1）式计算其安全流速为1.46m／h，对应的安全流量根据计算为370m3／h。为了尽可能减少静电带来的危险，在管网的置换操作中，采用严格控制管网压力，降低流速、流量的办法，尽可能地减少静电的积累。一般在置换过程中采用压力表观察管道升压速度的办法来测量其充气流速，用阀门的开度来控制流速。天然气直接置换的安全流速较低，易产生层流现象，导致置换时间较长。为此建议在天然气直接置换后期改用如下方法置换：首先开启天然气入口阀，关闭放散阀，在安全流速范围内缓缓的向管道内注入天然气，加压到管道设计压力后，关闭天然气进口阀，打开放散阀，在安全流速范围内放散管道内的气体，当压力接近常压后，关闭放散阀。重复多次，直到置换合格。这种方法一般是用于置换不规则容器时，避免容器内置换盲区无法置换时使用的一种方法，也可以用于天然气直接置换方法中。
2.2氮气直接置换
（1）置换过程。在进行氮气直接置换的过程中，需要将氮气充入管网，置换空气。在末端对氮气的浓度进行检测，当检测的结果符合氮气置换标准后，在管网中通入天然气，用天然气置换氮气，在末端对天然气的浓度进行检测，当检测的结果要求时，完成置换程序。（2）置换分析。这种置换方法，需要进行两次换气，还要分别对氮气和天然气的浓度进行实时监测分析，存在着操作复杂的特点。在置换的过程中，会消耗大量的氮气，置换的成本相对较高，操作的时间较长。但是该项操作安全性相对较高，可以确保天然气不会与管网中空气接触，能够有效的防止危险事件的产生，能够确保置换工作的安全性，是当前天然气置换中一种常见的置换方法。
2.3氮气隔离置换
置换分析：该置换的方法比完全使用氮气直接置换更经济，技术要求高，操作难度大，但是如果管道距离长，此方法的安全性和经济性优势明显。此方法可以用于长度较长的管道，但局限于公称管径小于等于600mm的管道。氮气柱的体积必须不小于管道体积的10％，一般为管道体积的20％。充入管道的氮气的体积不能小于表１所列数据。
表１氮气柱的体积 ｍ3
3置换过程控制
（1）在对天燃气管道进行置换前，需要通过开会的形式，向全体的技术人员介绍置换工作的具体情况，需要对《置换方案》进行分析和讨论。所规定的置换方案内容主要包括：安全措施、人员组织、置换参数、工程简洁和置换流程等，技术人员需要按照要求上的内容开展置换工作，并在要求上附有放散点位置示意图和放散管示意图等内容，并确保人手一份要求和图纸，要求技术人员需要对图纸上的要求进行掌握，以便促进天然气置换工作的有效开展。（2）在进行天然气置换前，需要对天燃气的供气压力进行周密计算，加强对管道内气体流速的合理控制，对减少氮气混气头长度具有重要作用，需要按照“天然气-氮气-天然气”天然气置换方法进行置换，需要将置换的平均推进速度控制在2~5m/s。（3）需要确保氮气的压力和天然气的压力保持一致，在氮气注入结束之后，需要快速的进行天然气注入，减少混气段的产生，对氮气造成的损失。（4）在天然气置换时，需要对氮气、天然气和混气的位置进行明确，计算管道内纯氮气段的大小。置换界面检测方法建议如下（以下检测要求每5min一次，需要3次数值相同方可确认。
结语
城市天然气管道置换是一项涉及城市燃气安全的系统工程，天然气置换实施过程中要制定完善的置换方案，确定各项置换参数，明确置换工作流程，加强过程控制和安全管理，在实施过程中坚持理论联系实际，不断总结、修改和完善，大胆创新，使天然气置换工作得以顺利完成。
参考文献：
[1]陈 莉，寇振夺．天然气管道安全置换方法的探讨［J］．城市燃气，2015.
[2]陈莉，寇振夺.天然气管道安全置换方法的探讨[J].城市燃气，2015，30（11）：B17~B21.
论文作者:毕艳龙
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/13
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