【導(dǎo)讀】是該項(xiàng)工程的重要一環(huán)。如何科學(xué)、合理地制定施工方案并組織施工，是擺在我們工程技術(shù)。人員面前的一項(xiàng)嚴(yán)肅課題。突然放開(kāi)一端，將管道內(nèi)空氣快速放出。另一種方法是利用空氣儲(chǔ)罐或另一段管道作為容器，打入壓縮空氣，將壓縮空氣突然放入被吹掃的管道，使管道內(nèi)雜物被吹出。管徑較大、管道較長(zhǎng)的燃?xì)夤芫€。燃?xì)夤艿赖脑噳阂话悴捎每諝饣蛩鳛榻橘|(zhì)，高壓管道采。常用的管道內(nèi)部干燥法有：化學(xué)干燥法、壓燃?xì)夤艿朗┕ぶ胁扇⊥ㄇ驋呔€試壓法。×，設(shè)計(jì)最高工作壓力。其中45度彎管11個(gè)，全通徑球閥3個(gè)，等徑三通1個(gè)，通球掃線試壓的主要工作內(nèi)容是：整體通聚氨脂清管器兩遍；通鋼絲刷清管。鋼管全部連通和回填后，安裝收、發(fā)球裝置，確認(rèn)安全、技術(shù)措施到位。先注入3～5噸清。致，發(fā)球裝置設(shè)在趙家莊門(mén)站內(nèi)0-050處，收球裝置設(shè)在中原西路6+970處。管，18時(shí)30分通球結(jié)束。實(shí)際運(yùn)行時(shí)間為2小時(shí)18分，平均速度3052米/小時(shí)。

　　

【正文】 空氣隔離的置換方法稱為阻隔置換。 ① 分層現(xiàn)象 在氣體對(duì)氣體的置換過(guò)程中密度小的氣體 (如天然氣 )在密度大的氣體 (如空氣、氮?dú)?)的上方流動(dòng)，或者密度大的氣體在密度小的氣體下流動(dòng) 時(shí)，容易出現(xiàn)兩種氣體分層流動(dòng)的現(xiàn)象，稱之為分層現(xiàn)象 [2]。天然氣置換空氣或氮?dú)獾姆謱蝇F(xiàn)象見(jiàn)圖 1，空氣或氮?dú)庵脫Q天然氣的分層現(xiàn)象見(jiàn)圖 2。 在置換過(guò)程中，將天然氣緩慢輸入到新建管道內(nèi)，由于天然氣的密度小，相對(duì)密度一般為 左右，天然氣就會(huì)在管道的上部流動(dòng)，而位于管道下部的空氣或氮?dú)饩蜁?huì)滯留在管道內(nèi)。當(dāng)檢測(cè)人員從出口取樣檢測(cè)時(shí)，儀器會(huì)顯示體積分?jǐn)?shù)為 100%的天然氣，如果此時(shí)停止置換，滯留在管道內(nèi)的空氣將與天然氣混合，非?？赡苄纬杀ㄐ曰旌蠚怏w，在用戶使用時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)。這種情況會(huì)給安全運(yùn)行帶來(lái)極大的隱患。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，必須保持一定的置換流速才能杜絕置換中的分層現(xiàn)象。英國(guó)研究機(jī)構(gòu)對(duì)各種管 徑的燃?xì)夤艿肋M(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，測(cè)得了最小的可能發(fā)生分層現(xiàn)象的流速和流量，將數(shù)據(jù)列于表 1 中 [2]。為了避免分層現(xiàn)象的出現(xiàn)，實(shí)際置換流速必須大于表 1 中所列的最小置換流速。 表 1 不同管徑對(duì)應(yīng)的最小置換流速、流量 [2] 公稱管徑 /mm 最小置換流速/(ms1) 最小流量/(m3h1) 0～ 150 151～ 200 201～ 250 251～ 300 301～ 450 451～ 600 601～ 900 901～ 1200 ② 控制流速或流量，減少靜電積累 靜電防護(hù)是安全置換的要素，燃?xì)庠诠艿乐械牧魉僭娇?，靜電的積累就越大；管道的管徑越大，靜電的積累也越大。采用控制流速或流量的方法可以實(shí)現(xiàn)減少靜電積累的目的 [3]。 根據(jù)國(guó)外實(shí)驗(yàn)得出以下管道燃?xì)獍踩魉俟?[3]： 式中 v——管道內(nèi)氣體的平均流速， m/s d——管道的公稱管徑， m 再結(jié)合以下流量計(jì)算公式： q=3600Av (2) 式中 q——置換氣體的安全流量， m3/h A——管道截面積， m2 可得出安全流量計(jì)算式為： g= (3) 假如輸送管道管徑為 200mm，按照上述公式計(jì)算其安全流量約為 200m3/h。為了盡可能減少靜電帶來(lái)的危險(xiǎn)，我們?cè)诠芫W(wǎng)的置換操作中，采用嚴(yán)格控制管網(wǎng)壓力，降低流速、流量的辦法，盡可能地減少靜電的積累。《城鎮(zhèn)燃 氣設(shè)施運(yùn)行、維護(hù)和搶修安全技術(shù)規(guī)程》 CJJ 51—2020 要求進(jìn)行燃?xì)庵苯又脫Q時(shí)，將壓力控制在 5kPa 以內(nèi)，實(shí)際上也是出于控制流速?gòu)亩_(dá)到減少靜電影響的考慮。 直接置換 直接置換操作過(guò)程以直接將天然氣緩慢通入管道替換空氣為例，過(guò)程中必須監(jiān)控置換情況和出口的天然氣體積分?jǐn)?shù)或氧氣體積分?jǐn)?shù)。從檢測(cè)管的采樣口取樣，用高精度燃?xì)鈾z測(cè)儀進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)分析，如果連續(xù) 2 次測(cè)得天然氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到 95%以上或取樣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)在 2%以下即為合格 [1](在英國(guó)的置換要求中，此數(shù)據(jù)為連續(xù) 2 次測(cè)得天然氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到 90%以 上或取樣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)在 4%以下即為合格 [2])，可以確定已達(dá)到預(yù)定的置換標(biāo)準(zhǔn)，置換工作完成。 天然氣直接置換方法的特點(diǎn)是比較簡(jiǎn)便也比較經(jīng)濟(jì)，但是具有一定的危險(xiǎn)性。因?yàn)樵谥脫Q過(guò)程中，管道里必然要產(chǎn)生天然氣與空氣的混合氣體，天然氣的前部氣體與空氣混合后，有一部分的混合氣在爆炸極限內(nèi)，很容易在某外界因素的誘發(fā)下 (如管道內(nèi)焊渣、金屬顆粒滾動(dòng)等 )產(chǎn)生爆炸，因此操作有嚴(yán)格的控制條件和要求，必須嚴(yán)格按規(guī)程實(shí)施，否則非?？赡馨l(fā)生事故。對(duì)于天然氣來(lái)講，它的爆炸極限為 5%～ 15%，再考慮到其混合的不均勻性，天然氣體積分?jǐn)?shù)在 45%以下均應(yīng)視為危險(xiǎn)區(qū) (見(jiàn)圖 3，圖中數(shù)據(jù)均為體積分?jǐn)?shù) )，遇火源就要發(fā)生爆炸。為此必須嚴(yán)格控制，采取各種安全措施，確保無(wú)火源。 由于天然氣管道是封閉的，管道建成后經(jīng)歷了吹掃、強(qiáng)度試驗(yàn)、嚴(yán)密性試驗(yàn)等工序，管道內(nèi)沒(méi)有活動(dòng)部件，不可能因運(yùn)動(dòng)、撞擊產(chǎn)生火花?？赡艹霈F(xiàn)的火源有以下兩種：一是高速氣流會(huì)因摩擦 產(chǎn)生靜電，所以置換時(shí)要對(duì)管道系統(tǒng)進(jìn)行接地 (見(jiàn)圖 4[4])，即便有靜電負(fù)荷產(chǎn)生，也會(huì)立即通過(guò)接地裝置導(dǎo)入大地，不會(huì)有電荷積聚導(dǎo)致高電位而產(chǎn)生放電火花。二是高速氣流吹動(dòng)管道中可能殘留下來(lái)的石塊、鐵屑、焊條頭等固體物質(zhì)，與管道內(nèi)壁碰撞產(chǎn)生火花。引起此類事故的根本原因是高速氣流，解決的關(guān)鍵是確保氣流的低速，這樣即便有石塊等雜物，也不會(huì)被吹動(dòng)，也就不可能產(chǎn)生火花。此外，為了避免將雜物帶進(jìn)管道，應(yīng)事先在進(jìn)氣管道上設(shè)置過(guò)濾器。根據(jù)英國(guó)相關(guān)資料及國(guó)內(nèi)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，我們將置換管道用天然氣的氣流速度控制在最小置換流速以上，一般最大 流速控制在 3m/s 以下。在置換過(guò)程中采用流速計(jì)或 U 型壓力表觀察管道升壓速度的辦法來(lái)測(cè)量其充氣流速，用閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制流速 (混氣過(guò)程中控制閥前的壓力要保持穩(wěn)定 )。 間接置換 以天然氣置換空氣為例，用惰性氣體先置換管道里的空氣，再用天然氣置換管道里的惰性氣體，即把惰性氣體作為置換的中間介 質(zhì)，這里所說(shuō)的惰性氣體是指既不可燃又不助燃的無(wú)毒氣體，如氮?dú)?、二氧化碳等? 間接置換方法具體操作過(guò)程是先將惰性氣體注入管道，在管道末端放散，使用惰性氣體置換出空氣，直至放散管取樣口惰性氣體的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到預(yù)定的置換標(biāo)準(zhǔn)為止。在實(shí)際操作過(guò)程中一般用氧氣體積分?jǐn)?shù)來(lái)衡量，如果連續(xù) 2次取樣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到 2%以下即為合格 [1](在英國(guó)的置換要求中，此數(shù)據(jù)為連續(xù) 2 次測(cè)得取樣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到 4%以下即為合格 [2])，停止通入惰性氣體。然后再將天然氣通入管道，同樣操作，在檢測(cè)管的取樣口取樣，用高精度燃?xì)鈾z測(cè) 儀進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)分析，如果連續(xù) 2次測(cè)得天然氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到95%以上即為合格 [1](在英國(guó)的置換要求中，此數(shù)據(jù)為連續(xù) 2次測(cè)得天然氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到 90%以上即為合格 [2])，置換完成。此法操作復(fù)雜、繁瑣，進(jìn)行 2 次換氣，不僅耗用大量惰性氣體還耗用大量的燃?xì)?，費(fèi)用較高，并且換氣時(shí)間長(zhǎng)，工作量大。但是，它可以確保進(jìn)入管道內(nèi)的燃?xì)獠粫?huì)與管道內(nèi)空氣接觸，不會(huì)形成具有爆炸性的混合氣體。因此，此法可靠性好，安全系數(shù)高，成功率也高。主干管網(wǎng)天然氣間接置換見(jiàn)圖 5[4]。 阻隔置換 阻隔置換方法是近幾年在我國(guó)逐步推廣使用的，簡(jiǎn)便易行、安全可靠。本文主要說(shuō)明使用惰性氣體做中間介質(zhì)的置換方法，氮?dú)饨橘|(zhì)阻隔置換見(jiàn)圖 6。 阻隔置換的方法比完全使用間接置換更經(jīng)濟(jì)，也比間接置換技術(shù)要求高，操作難度大，但是如果管道距離長(zhǎng)，此方法的安全性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)明顯。此方法可以用于長(zhǎng)度大于 250m的管道，但局限于公稱管徑小于等于 600mm 的管道。惰性氣體阻隔體的體積必須不小于管道體積的 10%。充入管道的惰性氣體的體積不能小于表 2 的數(shù)據(jù) [2]。 表 2 惰性氣體阻隔體體積 [2] m 公稱管徑/mm 管道長(zhǎng)度 /m 250～500 500 ～1000 1000 ～1500 1500 ～2020 2500 ～5000 5000 ～10000 100 1 1 2 2 4 8 150 1 2 3 7 9 18 200 2 4 5 8 16 32 250 3 5 8 13 25 50 300 4 8 11 18 36 72 400 7 13 19 32 64 128 450 8 16 24 40 80 160 600 15 30 45 75 150 300 使用惰性氣體作中間介質(zhì)的阻隔置換方法與使用清管器為隔離設(shè)備的方法相比有如下優(yōu)勢(shì)： ① 大多數(shù)的天然氣管道有較大的高程變化，清管器在管道中的運(yùn)行速度難以精確控 制，清管器速度的變化加快混氣的形成，造成較大的混氣段。 ② 由于天然氣管道內(nèi)沒(méi)有潤(rùn)滑劑，僅靠清管器與管道的干摩擦，清管器皮碗磨損嚴(yán)重，且前后壓差較大，因此會(huì)產(chǎn)生較大的混氣量。 ③ 清管器在管道彎頭處易產(chǎn)生混氣量。 ④ 采用清管器隔離增加了工藝操作難度。 2 置換方法應(yīng)用 在城市燃?xì)夤艿捞烊粴馀c空氣置換過(guò)程中，多數(shù)管道都存在分支，除了管網(wǎng)末端很少有無(wú)支管的管道系統(tǒng) (見(jiàn)圖 7[5])。必須針對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)選擇置換方法，以保證置換安全順利完成。一般情況下采用兩種方式：同時(shí)置換和順序置換， 下文將介紹管網(wǎng)系統(tǒng)置換和用戶管道系統(tǒng)的置換。表 3 為管網(wǎng)壓力為 的旁通管、放散管公稱管徑速查表 [5]。 表 3 旁通管、放散管公稱管徑速查表 [5] 公稱管徑 /mm 旁通管和放散管的公稱管徑/mm 0～ 150 32 151～ 200 32 201～ 250 32 251～ 300 32 301～ 450 63 451～ 600 63 601～ 900 63 901～ 1200 125 管網(wǎng)系統(tǒng)置換 ① 順序置換 順序置換就是按照管道管徑大小順序，先大管徑后小管徑，依次置換每個(gè)支管 。在置換時(shí)一般的選擇方法是從最大管徑的管道開(kāi)始置換，選擇最遠(yuǎn)端放散，然后再依次置換其他支管。置換支管也是按大管徑優(yōu)先的原則進(jìn)行。例如在圖 7 中，管道綜合考慮按照放散口 1→ 放散口 3→ 放散口 4→ 放散口 2 的順序進(jìn)行。順序置換的方法簡(jiǎn)單易行，在置換時(shí)，需要的操作人員少，容易控制。適用于人力有限或者同時(shí)置換時(shí)管道內(nèi)氣體流速不能達(dá)到最小的置換流速時(shí)，可以依次置換。 ② 同時(shí)置換 同時(shí)置換就是一個(gè)進(jìn)氣口通入天然氣，所有支管上的放散口同時(shí)放散。這種方法要求較高，需要進(jìn)行計(jì)算，必須保證所有支管的天然氣流速大于最小置換流速。而且此方法需要操作人員較多，控制復(fù)雜。此方法優(yōu)點(diǎn)是置換時(shí)間短，效率高，對(duì)周邊影響小。當(dāng)所有支管的放散口取樣檢測(cè)的氧氣體積分?jǐn)?shù)低于 2%時(shí)，置換完成。注意，在置換過(guò)程中至少保持一個(gè)放散口始終打開(kāi)，理論上要求最遠(yuǎn)端的放散口在置換完成前一直打開(kāi)。 用戶管道系統(tǒng)置換 用戶管道系統(tǒng)置換中，需要完成從 用戶支閥到建筑物外低壓管網(wǎng)控制閥的天然氣置換。一般這類置換管道長(zhǎng)度較短，管道總?cè)莘e較小，可以采用管道最遠(yuǎn)端置換的方法 [ 7]。用戶室內(nèi)管道置換見(jiàn)圖 8[5]。具體操作是將連接隔焰器的軟管連接于頂層用戶支閥，打開(kāi)單元總閥進(jìn)行置換，置換過(guò)程中持續(xù)取樣監(jiān)測(cè)，直至連續(xù) 2 次測(cè)得天然氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到 95%以上或取樣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)在 2%以下即為合格 [1](在英國(guó)的置換要求中，此數(shù)據(jù)為連續(xù) 2 次測(cè)得天然氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到 90%以上或取樣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)在 4%以下即為合格 [2])，停止放散，置換完成。 參考文獻(xiàn)： [1] SY/T5922—2020，天然氣管道運(yùn)行規(guī)范 [S]. [2] IGE/SR/22，英國(guó)氣體工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) ——燃?xì)庠趥鬏敺峙浜唾A存過(guò)程中的置換操作 [S]. [3] 劉曉濤，汪海波 .淺析環(huán)路燃?xì)夤艿腊踩脫Q [J].城市燃?xì)猓?2020， (5)： 1518. [4] IGE/TD/1，英國(guó)氣體工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) ——配 氣主管 [S]. [5] IGE/TD/4，英國(guó)氣體工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) ——燃?xì)庵Ч?[S]. [6] 林銘榮 .天然氣置換的探討 [J].煤氣與熱力， 2020， 25(6)： 4952. [7] 耿景堂 .煤氣輸配系統(tǒng)投產(chǎn)前的氣體置換 [J].煤氣與熱力， 1997， 17(4)： 2626. (本文作者：陳莉 1 寇振奪 2 山東濰坊 261061； 北京 100026) 天然氣管道安全置換方法的探討 摘要：參考英國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與燃?xì)夤境墒旖?jīng)驗(yàn)，分析了 3 種城 市天然氣管道置換技術(shù) (直接置換、間接置換、阻隔置換 )，對(duì)天然氣管道置換工藝參數(shù)的確定及控制方法進(jìn)行了探討，分析了置換方法在城鎮(zhèn)管網(wǎng)和用戶管道系統(tǒng)的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿?；直接置換；間接置換；阻隔置換；置換技術(shù) 1 天然氣置換方法 為確保安全，在長(zhǎng)輸管道和廠站的投產(chǎn)過(guò)程中一般都選用惰性氣體置換。惰性氣體置換雖然安全性方面比較好，但是操作復(fù)雜且成本高，在低壓管道置換過(guò)程中一般采用天然氣直接置換。本文結(jié)合英國(guó)燃?xì)庑袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)實(shí)際工作，詳細(xì)探討城市天然氣管網(wǎng)的置換安全及置換方法。 置換安全 天然氣置換是一項(xiàng)非常危險(xiǎn)的工作，若置換方案不當(dāng)或操作失誤，可能發(fā)生惡性事故，給人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)造成損失。天然氣置換的安全問(wèn)題是在置換過(guò)程中首先要解決的問(wèn)題，必須符合下述要求才允許實(shí)施置換工作。 (1) 置換前必須進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。 (2) 戴上適合的個(gè)人防護(hù)裝置。 (3) 準(zhǔn)備呼吸器并能正常使用。 (4) 準(zhǔn)備滅火器并置于適當(dāng)?shù)奈恢谩? (5) 管道內(nèi)空氣的置換應(yīng)在強(qiáng)度試驗(yàn)、嚴(yán)密性試驗(yàn)、吹掃清管、干燥合格后進(jìn)行。 (6) 間接置換應(yīng)采用氮?dú)饣蚱渌麩o(wú)腐蝕、無(wú)毒的惰性氣體 為置換介質(zhì)。 (7) 現(xiàn)場(chǎng)必須設(shè)置 “禁止火源 ”、 “禁止吸煙 ”等安全警示標(biāo)牌。 (8) 置換進(jìn)氣端處必須安裝壓力表，監(jiān)測(cè)壓力。 (9) 放散口高出地面 以上。 (10) 要求管道在置換中接地，特別是連接 PE 管道時(shí)必須接地。 (11) 火源必須距離放散口的上風(fēng)向 5m 以外。