【论文精选】城镇天然气管道直接置换探讨
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2024-12-14 17:01
天津
作者：韩双
第一作者单位：贵州燃气热力设计有限责任公司
摘自《煤气与热力》2023年12月刊
韩双. 城镇天然气管道直接置换探讨［J］. 煤气与热力，2023，43（12）：B43-B46.
1 概述
天然气管道在新建投产或检修时需要进行管内气体置换，常用方法有间接置换和直接置换。间接置换是采用惰性气体或水置换燃气设施中的空气或燃气后，再用燃气或空气置换燃气设施中的惰性气体或水的过程，具有安全性好但操作复杂、置换时间长、成本高的特点［1］。直接置换是采用燃气置换燃气设施中的空气或采用空气置换燃气设施中的燃气的过程，具有操作过程简单、置换时间短、成本低但安全性较差的特点［1］。随着置换技术的提升及操作流程越来越规范，城镇次高压、中压燃气管道越来越多采用直接置换法。贵阳市城镇天然气管道置换以直接置换法为主，间接置换法为辅。天然气管道直接置换过程中，管内一定存在空气与天然气混合气，易发生燃烧甚至爆炸，造成严重社会影响和经济损失。因此，天然气置换的安全问题是置换过程中的重中之重，合理的置换参数及规范操作是置换安全的保障。2 直接置换参数的确定
当采用直接置换法时，应在置换管段末端连续3次检测天然气的体积分数，相邻2次检测时间间隔不应少于5 min，每次检测的测定值符合下列要求即可判断为置换合格［2］：采用天然气置换空气时，天然气体积分数测定值应大于90%；采用空气置换天然气时，天然气体积分数测定值不应大于其爆炸下限的20%。虽然相关规范对天然气直接置换的压力无要求，但实践经验证明压力控制在5 kPa以内能确保直接置换的安全性。北京市燃气集团有限责任公司在天然气管道直接置换时将置换压力设置在5 kPa以内［3］。目前，贵州燃气集团股份有限公司在天然气管道直接置换过程中也是将置换压力设置在5 kPa以内，并且要求压力变化不宜过快。![]()
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在直接置换的过程中，一方面需要减少摩擦而减少静电荷的产生，另一方面需要保证静电荷流畅地导入大地，因此，置换天然气管道应有良好的接地，且接地电阻不大于100 Ω。在置换过程中，为了保证置换能顺利进行且全段置换合格，合理地选取放散点是关键之一。放散点应选在人员稀疏、通风良好、远离高压输电架空线、地势平坦、操作方便的区域。因此，每次置换作业前，应现场踏勘、熟悉地形、掌握置换内容，根据管道类型、管径、管长等因素选择最佳的放散点和设计合理的置换方案。常见需置换的城镇天然气管道包括干线管道（无支管）、环状管网及枝状管网，分别见图1~3。对干线管道（无支管）、环状管网及枝状管网分别进行天然气置换空气。![]()
邢小旗等［6］建议，当需要置换的天然气管道管径较大或长度较长（管道长度大于5 km）时，应实施分段置换。GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》（2020年版）规定，在次高压、中压燃气干管上，应设置分段阀门，并应在阀门两侧设置放散管。置换时，当自然环境允许时，可利用放散管放散。图1中，点B、C、D均为放散点，相应位置设置放散阀，开始放散阀均处于关闭状态。首先打开点B放散阀进行管段AB置换，在点B使用取样袋每10 min进行1次取样试烧，火焰长而黄、呈扩散式燃烧即为试烧合格。试烧合格后，使用CH4全量程检测仪在点B检测甲烷的体积分数，连续检测3次，相邻2次检测时间间隔为5 min，每次检测得到的甲烷体积分数大于90%视为置换合格。当点B检测合格后，关闭点B放散阀的同时打开点C放散阀进行管段BC的置换，重复管段AB的置换流程。当点C检测合格后，关闭点C放散阀的同时打开点D放散阀进行管段CD的置换，重复管段AB的置换流程，点D检测合格，证明该干线管道全线置换合格。环状管网放散点的选取应有利于天然气流向各管段，不存在置换死角。图2中，点B、C、D、E、F均为放散点，相应位置设置放散阀，开始放散阀均处于关闭状态。首先同时打开点B、C放散阀，置换管段AB、AC，目的是为了置换管段AB、AC的同时，将天然气引流至环路。当放散点B、C检测合格后，关闭点B、C放散阀的同时打开点D、E放散阀，进行管段BD、CE的置换。当放散点D、E检测合格后，关闭点D、E放散阀的同时打开点F放散阀进行管段DF、EF的置换。点F检测合格，证明该环状管网全线置换合格。各段的置换流程与天然气干线管道（无支管）的置换流程一致。若管段BD、CE过长，应进行分段置换。枝状管网放散点的选取应有利于天然气流向各管段，不存在置换死角，宜按管道长、管径大优先的原则依次进行。实际管网中，枝状管网形状各异，支管数量各异、长短各异。图3中，点B、C、D、E、F均为放散点，相应位置设置放散阀，开始放散阀均处于关闭状态。管段AF为最不利管道，点B、C所在管段为短支管，点D、E所在管段为长支管。应首先打开点F放散阀置换最不利管道。当点F检测合格后，关闭点F放散阀的同时分别打开点D、E放散阀，依次置换长支管。当点D、E检测合格后，关闭点D、E放散阀的同时分别打开点B、C放散阀，依次置换短支管。点B、C检测合格，证明该枝状管网全线置换合格。各管段的置换流程与天然气干线管道（无支管）的置换流程一致。为确保直接置换过程的安全，除确定合理的置换参数外，还应营造安全的置换环境。在管道施工时应规范施工，管内不残留较大的杂质。直接置换前，应严格执行吹扫、强度试验、严密性试验等程序，各项均合格后才能进入置换过程。直接置换过程中，应严格按操作流程进行，操作规范，保护措施执行到位。直接置换完成后，应做好各项收尾工作，将资料整理归档。对城镇天然气管道直接置换过程的安全注意事项总结如下。①在置换的前一天，置换人员进行现场踏勘、熟悉地形、掌握置换流程和内容，对作业现场进行风险评估，采取适当风险控制措施，最大限度降低作业风险。②置换人员必须按规定穿戴和使用个人劳动防护用品、用具，应穿戴防止静电产生的衣服和鞋，涉及车行道作业必须穿反光背心。③置换人员在出发前确认检测仪、放散工器具等能正常使用。④安全监护人员对置换过程进行实时监控，并对置换现场的安全措施进行监督。⑤以各放散点为中心，周围5 m范围内设置警示带，并在警示带外设置安全警示牌或安全警示标志。⑥置换时必须控制压力在5 kPa以内，如发现压力过高或压力变化过快，立即向指挥员报告，根据指挥员指令调整阀门开度控制压力。⑦放散点安全范围内，禁止烟火，不得拨打手机；放散点不得选在通风不良的地方，不得选在有密闭空间的地方；各放散点必须配置有效的灭火器。⑧被置换的天然气管道应有效接地，且接地电阻不大于100 Ω；放散管必须连接牢固并搭接地线。［1］陈莉，寇振夺. 天然气管道安全置换方法的探讨［J］. 煤气与热力，2010（11）：B17-B21.［2］中国城市燃气协会. 城镇燃气设施运行、维护和抢修安全技术规程：CJJ 51—2016［S］. 北京：中国建筑工业出版社，2016：29.［4］刘晓涛，汪海波. 浅析环路燃气管道安全置换［J］. 城市燃气，2006（5）：15-18.［5］邱青原. 天然气长输管道气体置换分析（硕士学位论文）［D］. 西安：西安石油大学，2015：15.［6］邢小旗，吕瑾红，贾兆公，等. 燃气管线置换及反置换的安全性及经济性分析［J］. 煤气与热力，2002（4）：352-353，356.维普免费下载《煤气与热力》论文（现刊和过刊均可）
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