天然气管制换方法

　　控制流速或流量，减少静电积累

　　静电防护是安全置换的要素，燃气在管道中的流速越快，静电的积累就越大;管道的管径越大，静电的积累也越大。采用控制流速或流量的方法可以实现减少静电积累的目的。

　　根据实验得出以下管道燃气安全流速公式：

　　(1)

　　式中v——管道内气体的平均流速，m/s

　　d——管道的公称管径，m

　　再结合以下流量计算公式：

　　q=3600Av (2)

　　式中q——置换气体的安全流量，m3/h

　　A——管道截面积，m2

　　可得出安全流量计算式为：

　　g=720πd1.5 (3)

　　假如输送管道管径为200mm，按照上述公式计算其安全流量约为200m3/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。《城镇燃气设施运行、维护和抢修安全技术规程》(CJJ 51-2006)要求进行燃气直接置换时，将压力控制在5kPa以内，实际上也是出于控制流速从而达到减少静电影响的考虑。

　　三种置换方法的比较

　　直接置换

　　直接置换操作过程以直接将天然气缓慢通入管道替换空气为例，过程中必须监控置换情况和出口的天然气体积分数或氧气体积分数。从检测管的采样口取样，用高精度燃气检测仪进行实时的监测分析，如果连续2次测得天然气体积分数达到95%以上或取样中的氧气体积分数在2%以下即为合格，可以确定已达到预定的置换标准，置换工作完成。

　　天然气直接置换方法的特点是比较简便也比较经济，但是具有一定的危险性。因为在置换过程中，管道里必然要产生天然气与空气的混合气体，天然气的前部气体与空气混合后，有一部分的混合气在爆炸极限内，很容易在某外界因素的诱发下(如管道内焊渣、金属颗粒滚动等)产生爆炸，因此操作有严格的控制条件和要求，必须严格按规程实施，否则非常可能发生事故。对于天然气来讲，它的爆炸极限为5%～15%，再考虑到其混合的不均匀性，天然气体积分数在45%以下均应视为危险区(见图3，图中数据均为体积分数)，遇火源就要发生爆炸。为此必须严格控制，采取各种安全措施，确保无火源。

　　由于天然气管道是封闭的，管道建成后经历了吹扫、强度试验、严密性试验等工序，管道内没有活动部件，不可能因运动、撞击产生火花。可能出现的火源有以下两种：一是高速气流会因摩擦产生静电，所以置换时要对管道系统进行接地，即便有静电负荷产生，也会立即通过接地装置导入大地，不会有电荷积聚导致高电位而产生放电火花。二是高速气流吹动管道中可能残留下来的石块、铁屑、焊条头等固体物质，与管道内壁碰撞产生火花。引起此类事故的根本原因是高速气流，解决的关键是确保气流的低速，这样即便有石块等杂物，也不会被吹动，也就不可能产生火花。此外，为了避免将杂物带进管道，应事先在进气管道上设置过滤器。根据国内应用经验，将置换管道用天然气的气流速度控制在最小置换流速以上，一般最大流速控制在3m/s以下。在置换过程中采用流速计或U型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(混气过程中控制阀前的压力要保持稳定)。

　　间接置换

　　以天然气置换空气为例，用惰性气体先置换管道里的空气，再用天然气置换管道里的惰性气体，即把惰性气体作为置换的中间介质，这里所说的惰性气体是指既不可燃又不助燃的无毒气体，如氮气、二氧化碳等。

　　间接置换方法的具体操作过程是先将惰性气体注入管道，在管道末端放散，使用惰性气体置换出空气，直至放散管取样口惰性气体的体积分数达到预定的置换标准为止。在实际操作过程中一般用氧气体积分数来衡量，如果连续2次取样中的氧气体积分数达到2%以下即为合格，停止通入惰性气体。然后再将天然气通入管道，同样操作，在检测管的取样口取样，用高精度燃气检测仪进行实时的监测分析，如果连续2次测得天然气体积分数达到95%以上即为合格，置换完成。此法操作复杂、繁琐，进行2次换气，不仅耗用大量惰性气体，还耗用大量的燃气，费用较高，并且换气时间长，工作量大。但是，它可以确保进入管道内的燃气不会与管道内空气接触，不会形成具有爆炸性的混合气体。因此，此法可靠性好，安全系数高，成功率也高。

　　阻隔置换

　　阻隔置换方法是近几年在我国逐步推广使用的，简便易行、安全可靠。国内多使用惰性气体做中间介质的置换方法。

　　阻隔置换的方法比完全使用间接置换更经济，也比间接置换技术要求高，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大于250m的管道，但局限于公称管径小于等于600mm的管道。惰性气体阻隔体的体积必须不小于管道体积的10%。充入管道的惰性气体的体积不能小于表2的数据。

　　使用惰性气体做中间介质的阻隔置换方法与使用清管器为隔离设备的方法相比有如下优势：

　　◆大多数的天然气管道有较大的高程变化，清管器在管道中的运行速度难以精确控制，清管器速度的变化加快混气的形成，造成较大的混气段。

　　◆由于天然气管道内没有润滑剂，仅靠清管器与管道的干摩擦，清管器皮碗磨损严重，且前后压差较大，因此会产生较大的混气量。

　　◆清管器在管道弯头处易产生混气量。

　　◆采用清管器隔离增加了工艺操作难度。

　　天然气置换工作危险性高，在操作时要尤其注意管网运行安全问题。同时，由于在城市燃气管道天然气与空气置换过程中，多数管道都存在分支，除了管网末端很少有无支管的管道系统。在置换时还必须根据管网系统的特性选择置换方法，以保证置换安全顺利完成。