摘要：參考英國技術標準與燃氣公司成熟經驗，分析了3種城市天然氣管道置換技術(直接置換、間接置換、阻隔置換)，對天然氣管道置換工藝參數的確定及控制方法進行了探討，分析了置換方法在城鎮(zhèn)管網和用戶管道系統(tǒng)的應用。

關鍵詞：城鎮(zhèn)燃氣管道；直接置換；間接置換；阻隔置換；置換技術

??? 為確保安全，在長輸管道和廠站的投產過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，但是操作復雜且成本高，在低壓管道置換過程中一般采用天然氣直接置換。本文結合英國燃氣行業(yè)標準和國內實際工作，詳細探討城市天然氣管網的置換安全及置換方法。

???天然氣置換是一項非常危險的工作，若置換方案不當或操作失誤，可能發(fā)生惡性事故，給人民群眾的生命和財產造成損失。天然氣置換的安全問題是在置換過程中首先要解決的問題，必須符合下述要求才允許實施置換工作。

???(1) 置換前必須進行風險評估。

???(2) 戴上適合的個人防護裝置。

???(3) 準備呼吸器并能正常使用。

???(4) 準備滅火器并置于適當的位置。

?? (5) 管道內空氣的置換應在強度試驗、嚴密性試驗、吹掃清管、干燥合格后進行。

???(6) 間接置換應采用氮氣或其他無腐蝕、無毒的惰性氣體為置換介質。

?? (7) 現場必須設置“禁止火源”、“禁止吸煙”等安全警示標牌。

???(8) 置換進氣端處必須安裝壓力表，監(jiān)測壓力。

???(9) 放散口高出地面2.5m以上。

???(10) 要求管道在置換中接地，特別是連接PE管道時必須接地。

???(11) 火源必須距離放散口的上風向5m以外。

???(12) 確保氣體能暢通無阻地排到大氣中。

???(13) 置換過程中放空系統(tǒng)的混合氣體應徹底放

???(14) 采用阻隔置換法置換空氣時，氮氣或惰性氣體的隔離長度應保證到達置換管道末端空氣與天然氣不混合。

???(15) 放空隔離區(qū)內不允許有煙火和靜電火花產生。

???(16) 置換管道末端應配備氣體含量檢測設備，當置換管道末端放空管口氣體含氧量體積分數不大于2%或可燃氣體體積分數大于95%時即可認為置換合格^[1]。

??? 按照采用的置換方式不同，將置換方法分為3類：直接置換、間接置換和阻隔置換。直接置換：將天然氣直接通入管道中，天然氣與待投產管道中的空氣直接接觸，直至天然氣完全取代空氣；或用空氣直接通入管道中，空氣與待拆除管道中的天然氣直接接觸，直至空氣完全取代天然氣的置換方法稱為直接置換。間接置換：將惰性氣體通入管道內，直至管道內的空氣(或天然氣)完全被取代，然后再將天然氣(或空氣)通入管道直至惰性氣體完全被取代，這種用惰性氣體作為中間介質置換的方法稱為間接置換。阻隔置換：在間接置換條件下，使用隔離設備(如阻氣球、清管球、專用隔離裝置等)或惰性氣體將天然氣與空氣隔離的置換方法稱為阻隔置換。

???① 分層現象

???在氣體對氣體的置換過程中密度小的氣體(如天然氣)在密度大的氣體(如空氣、氮氣)的上方流動，或者密度大的氣體在密度小的氣體下流動時，容易出現兩種氣體分層流動的現象，稱之為分層現象^[2]。天然氣置換空氣或氮氣的分層現象見圖1，空氣或氮氣置換天然氣的分層現象見圖2。

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???在置換過程中，將天然氣緩慢輸入到新建管道內，由于天然氣的密度小，相對密度一般為0.6左右，天然氣就會在管道的上部流動，而位于管道下部的空氣或氮氣就會滯留在管道內。當檢測人員從出口取樣檢測時，儀器會顯示體積分數為100%的天然氣，如果此時停止置換，滯留在管道內的空氣將與天然氣混合，非?？赡苄纬杀ㄐ曰旌蠚怏w，在用戶使用時發(fā)生危險。這種情況會給安全運行帶來極大的隱患。

??? 通過實驗研究發(fā)現，必須保持一定的置換流速才能杜絕置換中的分層現象。英國研究機構對各種管徑的燃氣管道進行了實驗，測得了最小的可能發(fā)生分層現象的流速和流量，將數據列于表1中^[2]。為了避免分層現象的出現，實際置換流速必須大于表1中所列的最小置換流速。