天然气管道氮气置换难点

天然气管道氮气置换难点

李忠岳

李忠岳

南宁中燃城市燃气发展有限公司

摘要：为了确保天然气管道试运投产过程中的安全，采用氮气置换的方式对天然气管道进行试运投产，即先将氮气注入管线，用氮气作为天然气与空气间的隔离介质，投产时天然气推动氮气、氮气推动空气进行管道置换，从而使天然气管道达到顺利投产条件。本文比较系统的介绍了天然气管道氮气置换的难点与技术要点，对相关人员的现场施工具有一定的参考价值。

关键词：天然气；管道；注氮；置换

引言

众所周知，我国的天然气资源主要分布在西部地区的盆地。然而，我国的天然气消费市场大都集中在经济相对发达的东部地区，所以要想充分利用西部的天然气，必须通过管道运输，这就促成了西气东输工程的形成。由于天然气具有很强的易燃易爆性，它在输送过程中很可能发生安全事故而对周围人员造成不必要的伤亡。为了确保天然气在输送过程中的安全性，必须对天然气输送管道进行科学有效地管理，加强对燃气管道的维护保养，保证管道的清洁，这样才能保证天然气管道的安全长久运行[1-3]。

1氮气置换的难点

天然气管道较长，并且沿线不可能设置很多的测试点，为了保证管道通球后能够正常使用，就需要进行氮气置换操作。而在该步工作中如何确保在比较短的时间内向管道内冲入合格并足够的氮气，同时在冲入氮气后如何能够很快测量出氮气的浓度，进而判断冲人氮气是否合格，这是该操作过程中的难点。除此之外，氮气置换工作的完成质量还和施工周期的长短密切相关，如果氮气置换工作能够在较短时间内高效完成，这将对缩短整个工程的周期有着很大的帮助。

2氮气置换方式以及设备的选择

天然气管道投产前对管道的前段约20km左右采用气推气的方式进行氮气置换，即向管道内直接注人氮气，用氮气推空气的方法对管道内的空气进行氮气置换。在天然气将投产时，仍是采用气推气的方式，既天然气推动氮气、氮气推动空气的方法对管道进行全线置换。

目前氮气置换设备常采用的是液氮罐车，通过对液氮加热汽化进行氮气的置换工作。另外还有车载氮气生产设备，设备在现场直接将生产的氮气注人管道。

3置换对于氮气量的要求

（1）对氮气的要求。长输天然气管道置换对氮气的要求：氮气出口温度必须高于；注到管道里氮气中的含氧量要低于。

（2）氮气量的计算。庆哈管道对双合首站及双合首站至阀室的15.866km管道进行氮气置换，根据氰气置换管路容积计算氮气用量。置换完成后压力达到0.04MPa，共需用氮气量约为。

若采用液氮时，1t液氮转化为1个标准大气压、状态下的氮气体积为。

4氮气置换的过程

（1）注氮地点的选择。全线只选择一个注氮口，地点选择在首站，氮气顺气流方向进行置换。

（2）计算氮气与空气混气头到达阀室时间。根据氮气的流速，计算出氮气至空气混气段气头到达阀室的预计时间，方便操作人员按时在阀室进行气体检测等操作。

（3）氮气置换操作方法。将注氮车连接首站管道，注氮过程中，在下游阀室进行引气放空。首站先置换主管道，当在出站的管道上检测到纯氮气后，分别对放空和排污管线进行置换，方法是将DN50以上阀门打开30%后立即关闭、DN50及以下阀门全开然后关闭。根据测算氮气与空气混气头到达阀室的时间提前在阀室用便携式含氧量分析仪在管道上压，力变送器或压力表的取样口检测氮气和空气混合段气体的含氧量，当检测到氧气含量从21%开始下降时，证明氮气和空气混气头已到检测点，再继续检测，当检测到氧气含量降至2%时，既可认为管路内是纯氮气，然后停止放空直至管路压力升至0.04MPa时氮气置换工作完成。

5天然气置换投产

（1）计算天然气与氮气混气头到达各阀室、场站时间。根据天然气的流速，计算出氮气与空气混气头和天然气与氮气混气段气头到达各阀室及末站的预计时间，方便操作人员按时在场站、阀室进行气体检测等操作。

（2）投产置换方法。天然气置换投产采用气推气的置换方式。即天然气推动氮气、氮气推动空气的置换方式。先引气放空，先置换主管线，再置换阀室和场站放空和排污等管线。投产期间用上游供气阀门调节天然气流量，天然气推动提前注入的氮气段开始进行线路、阀室和场站的置换，全线置换期间，分别在下游阀室和场站进行引气放空，并对沿线阀室、场

站各检则点的检测情况及时进行沿线阀室、场站放空和排污等管线的氮气、天然气置换[4-8]。

根据上游供气能力、管径及天然气流速，测算出每小时的供气量。投产时控制天然气流量，保证管道中天然气流速不大于5m/s。

根据测算的混气头到达各阀室和场站的时间，提前在下游的阀室和场站进行气体检测，先用便携式含氧量分析仪在主管道上检测氮气含量，当检测到纯氮气时，立即对放空和排污管线进行氮气置换。然后再接着采用量程为的便携式可燃气体检测仪对氮气与天然气混气段进行检测，当氮气与天然气混气段通过检测地点时，混气段的天然气含量将从0逐渐上升，当天然气含量高于99%时，即可视为管道内气体已为纯天然气，接着对放空和排污等管线进行天然气置换，直到全线阀室、场站主管线和放空及排污等管线各检测点都检测到纯天然气为止。待全线平均压力升至约为0.2MPa时，天然气置换工作全部结束。

（3）升压检漏及试运行。当天然气置换完成后，开始全线升压，当全线平均压力约为1.0MPa时，首站停止进气24h，进行全线稳压检漏，经检查无异常后再继续升压至工作压力4.0MPa，开始72h试运行，试运行正常后，置换投产工作全部结束。

（4）温度及压力的确定：液氮在进行气化过程中会吸收大量的热量，一般情况下管道内温能达到0°C以下，为防低温损伤管道，施工时通过锅炉车对气化装置进行热水加热，确保温度控制在5~15°C之间，保证施工的需要。注氮压力不宜过高，太高容易导致氮气和空气混合气体到达阀室和场站的时间出现偏差，置换完毕后保持氮气一定压力，一般为0.2MPa以下。

结论

加强对天然气输送管道进行科学有效地管理，加强对燃气管道的维护保养，保证管道的清洁，应做到以下

（1）氮气置换过程中气源主要通过主线输送，在进行支线氮气置换时，需将主线路截断阀门关闭，待支线检测合格后再进行主线路氮气置换，以保证每条线路氮气置换均检测合格。

（2）注氮施工最重要的是要控制氮气出口的温度，施工一定要严格按照审批后的施工方案进行，安装温度计和红外线测温仪，控制出口的温度在规范允许范围内，杜绝温度过低的氮气进入管道[9]。

参考文献：

[1]金朝文.输气管道清管球速度控制[J].天然气与石油，2009，27（1）：31-35.

[2]张科.天然气长输管道清管作业收球工艺优化[J].油气储运，2015，34（10）：1103-1106.

[3]孙旭，陈欣，刘爱侠.清管器类型与应用[J].清洗世界，2010，26（6）：36-41.

[4]蒲红字，刘仕鳌，蒋洪天然气管道清管作业风险分析及应对措施[J].油气储运，2012，31（6）：461-462.

[5]郭东升，闫青松，周道川，等.天然气管道在线清管作业风险识别及控制[J].油气储运，2013，32（10）：1048-1053.

[6]吴锦江.山地长输管道的清管扫线与试压[J].石油工程建设，2015，41（6）：66-68.

[7]SY/T5922-2012，天然气管道运行规范[S].

[8]谭力文，敬加强，戴志向，等.天然气管道氮气置换技术研究[J].管道技术与设备，2007（3）：25-28.[12]AQ2012-2007，石油天然气安全规程[S].

[9]陈传胜，敖锐，姚琳，等.大口径、高压力长输天然气管道的投产技术[J].油气储运，2013，32（5）：469-473.