摘 要   在天然氣長輸管道工程竣工的運營過程中，為了防止空氣和天然氣在管道內的混合，以確保管道內的混合氣體不會發(fā)生爆炸，空氣置換此時就顯得非常需要。置換是在管道的運行過程中一個非常重要的環(huán)節(jié)，本文比較了常用的幾種管干燥技術，對注氮技術方案和氮氣置換技術進行了分析，取得了良好的可用于工程實際的結論。 
       關鍵詞    干燥；天然氣；管道；注氮技術；氮氣置換 
       中圖分類號   TE88
       文獻標識碼   A      
       文章編號    1671—7597（2013）042-149-01 

    1 天然氣管道工程置換的目的 
       天然氣是一種容易爆炸的氣體。在以下兩種情況中，天然氣是不會燃燒的。其一，在空氣中的濃度小于某一臨界值并且熱損失大于氧化產(chǎn)生的熱量；其二，其濃度雖然超過一定值，但是沒有氧氣。點火的限制也被稱為爆炸的極限。 
防止管道內天然氣與空氣的混合是置換的唯一目的，如果天然氣的含量超出了管道的爆炸極限，遇到火花則會爆炸。因此，在新的管道運行過程中進行置換就顯的很有必要性，以避免爆炸，增加天然氣管道的安全保障。 
    2 天然氣管道置換過程中需要研究的問題 
 1）置換指的是使管道氣體保持穩(wěn)定，主要是指空氣中的氧氣。置換的順序是：干燥的空氣更換潮濕的空氣、氮氣置換干燥的空氣、天然氣置換氮氣，使管道內充滿充滿可使用的天然氣。在置換的過程中，最重要的一點是要保證管道中的空氣、天然氣、氮氣三者混合氣體中的氧氣含量低于某一個數(shù)值，但是這樣就會這就產(chǎn)生一個問題，即在什么情況下氣體混合，其研究實質是研究擴散理論和流動模式。 
 2）如何控制充氣參數(shù)及充氣速度，無論是在對流動和擴散影響的入口技術參數(shù)，如何影響和替代效應，這需要研究。 
 3）置換采用不能參與燃燒且具有很強穩(wěn)定性的氣體，但也考慮在這上面的開銷。一般而言，使用惰性氣體的費用相對較高，但惰性氣體的效果比其它的氣體也好。但氮穩(wěn)定氣成本相對較低。因此，調試置換使用氮氣代替其他氣體的天然氣管道。 
    3 對存在問題的分析 
       首先，由于置換涉及到要置換管道中的濕空氣，到目前為止，管道干燥技術主要有以下幾種方法。 
 3.1 干空氣干燥法 
       干燥方法主要從干空氣中水蒸氣的水蒸氣壓力和管道內壁壓力的差值?？諝獾奈账俣仍娇?，表明兩者的差值越大。在實際應用中有兩種不同的工藝方法，一種是只有干燥的空氣壓力清洗；二是在采用干空氣吹掃時，每隔一段時間投入清管器輔助干燥。 
       在20世紀80年代，干空氣干燥法已被采用，各種天然氣管道周圍是用干空氣干燥法。之所以被廣泛的應用，因為它具有以下優(yōu)點：空氣排放可以是任意的，無味，不燃，無毒性，無爆炸，無安全隱患；氣體來源不受地域的限制；不僅適用于陸地管道，也適用于海底的管道；干燥費用低；投入時間短；便于水壓力測試連接和管道建設；露點可達-25℃。 
 3.2 真空干燥法 
       真空干燥法是指使用一個真空泵從密封的容器中抽取氣體，當密閉的容器中的壓力降到環(huán)境溫度所對應的飽和蒸汽壓時，此時，液體水在室溫下開始蒸發(fā)，形成的水蒸汽就會被真空泵所抽走，進而減少了容器內氣體的含水量。 
 3.3 惰性氣體氮氣干燥法 
       這種方法類似于干空氣干燥，低露點空氣干燥過程的輸氣管道直接使用。該方法操作起來簡單而且性能又具有很高的可靠性，干燥所需要的時間短，具有很高的效率，天然氣可以直接進入，缺點是費用較高，更適合于小直徑、短距離管道。 
       天然氣管道的干燥方法有很多種，而且每種干燥方法均具有各自的缺點和優(yōu)點，需要從各個方面綜合比較各種方法的優(yōu)點及缺點，并結合實際情況，選取符合實際情況的干燥方法。在實際工程中，可根據(jù)以上分析，采取相對應的干燥方法。一般來說，天然氣管道工程采用干空氣干燥。 
       其次，置換技術研究主要解決的兩個問題：1）是否采用清管器隔離置換的問題。2）是否需要采用氮氣置換隔離的問題。從這兩個問題出發(fā)，可以組合出四種不同的置換方案，如下所示： 
       第一種，天然氣→氮氣→空氣方案（無清管器）；第二種，天然氣→清管器→空氣方案（有清管器）；第三種，天然氣→清管器→氮氣→清管器→空氣方案（有清管器）；第四種，天然氣→空氣方案（無清管器）。 
       從上面四種方案中，可以看出，更換的實現(xiàn)是通過使用氮氣將空氣和天然氣進行分離，再使用天然將氮氣排除，最后通過氮氣將空氣排除。用清管器在氣體混合清洗固體分離介質以防止氣體間的混合。 
       在實際工程實踐中，采用注氮置換有著下面幾個優(yōu)點： 
 1）從安全的角度來說，置換具有很高的安全性。 
 2）從性能的角度來說，一般能夠提高，或至少會保持管道的干燥程度。液氮的純度可達到99.95%，被液化注入管道中， 液氮中的水含量相當?shù)?，因而具有可增加或保持管道干燥程度的性能?nbsp;
但是其也有著缺點，主要表現(xiàn)在以下幾點： 
 1）從經(jīng)濟的觀點考慮，投入的費用較高。 
 2）在置換的過程中，氮氣有可能置換的不夠徹底，造成的后果就是，若一旦進入到燃氣用戶，必然會影響用戶的正常的燃燒和用戶的點火。 
       從上面的分析中可以得出，置換方案最終確定采用無隔離清管器的氮氣置換技術方案。其置換的具體流程為：天然氣→氮氣→空氣。 
    4 結果分析 
       由前面的分析可知，氮氣置換具有很高的安全性，在儲運工程施工過程中能夠發(fā)揮非常重要的作用，到目前為止，在管道工程中也已經(jīng)取得了一些很好的實踐，值得被推廣。氮氣置換使用液態(tài)氮氣置換，時間短，效果良好。 
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