“气推气” 置换在城市天然气中压管网中的应用

摘 要：目前在城市天然气工程的论文中，对天然气“置换”有两种论点：一是指在城市天然气管道投产时，对管道内空气置换的方法。二是指将以前用的煤制气、液化气掺空气、液化气管道供气等城市燃气置换为天然气。本文是指城市天然气管道在投产时的天然气置换方式。通过对天然气中压管网的两种置换方案介绍、分析和对比，说明城市天然气中压管网、居民入户，可采用天然气直接“置换”的方法。针对投运前天然气管道的置换，采用惰性气体法与“气推气”法优缺点进行比较分析，从理论与实践角度阐述“气推气”方案的可靠性。

关键词：天然气 置换 管网 气推气

随着城市燃气事业的迅速发展，新建城市燃气项目和不同气质通气前的维修，都需要置换。置换首先要确保设施的自身安全；其次是确保供出的燃气能满足用户的使用要求。天然气置换是一项危险性的工作，若置换方案选择不当或操作失误，均可能发生恶性事故，造成惨重损失。为此，天然气置换的安全问题显得特别重要；其次，置换还应考虑经济问题，若方案不当将造成置换工作量大，费用高。用什么安全、经济的方法将中压管网、居民户内管道的空气置换为天然气，是一个值得认真探讨的问题。对此发表一些看法和意见，作为我公司尉犁县天然气入户点火的实施方案。

根据目前同行业的成功经验，城市中压管网、居民户内的置换一般有如下两种方法可以采纳。

1． 惰性气体置换法

用惰性气体（氮气）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中间介质，这里所说的“惰性气体”是指既不可燃又不可助燃的无毒气体。如氮气（N2或液氮）、二氧化碳（CO2）、烟气等，均可以采用。

具体操作过程是先将惰性气体充满管网，加压到一定程度置换出空气，直至管网惰性气体的浓度达到预定的置换标准为止；然后再以燃气充满管网，同样加压到一定程度置换出惰性气体，从而完成置换程序。此法操作复杂、烦琐。反复进行两次换气，不仅耗用大量惰性气体还耗用大量的燃气，发生费用较高，其换气时间长，工作量大，既不经济又费事。但是它可以确保可燃气体不会与管网中空气接触，不会形成具有爆炸的混合气体。因此此法可靠性好，安全系数高，成功性大。是燃气行业以前普遍采用的传统的置换方法。

2．燃气直接置换法

燃气直接置换法也称“气推气”置换法。此办法是直接将燃气缓慢地进入管网替换出空气，从而达到置换目的。

当打开天然气总阀开始送气时，可通过可燃气体报警器检测放散处可燃气体浓度，以确定是否达到预定的置换标准。燃气达到一定浓度时，报警器即报警，关闭放散阀，置换宣告结束。

此方法的特点是比较简便和经济，但是具有一定的危险性。因为在置换过程中，管道里必然要产生燃气与空气的混合气体，并且要经历爆炸极限范围。对于纯天然气来讲，它的爆炸极限为5～15％，再考虑到其混合的不均匀性，天然气含量45％以下均应视为危险区，遇火源，就要发生爆炸。为此必须严格控制火种和可燃气体的流速，并采取各种安全措施，确保无火种，才能安全地渡过其“危险期”。

要确保置换过程中没有任何火源，以引爆或产生火花引爆这极具危险的混合气。为此进行如下分析：一是确保在吹扫时清理净管网内的石子，以防止其在高速流动的气体推动下产生火花。二是全线阀门必须关闭，然后在最远端打开一处阀门，在排完空气的情况下，缓慢开启天然气阀门。并逐一使用同一方法进行全面置换。三是必须严格控制明火火种靠近置换现场。我们所说火种有三种：一是明火。二是高速气流会因“摩擦”产生静电。但是，由于我公司使用的是PE管道系统，不会有电荷集聚导致高电位，而产生放电火花。三是高速气流吹动管道中可能残留下来的石块、铁屑、焊条头等固体物品因碰撞产生火花。这种可能性是存在的，是主要危险源。其根源是高速气流，解决它的关键是坚决杜绝高速气流而确保低速；即便有石块等“杂物”，也不会被吹动，也就不可能产生火花了。根据天然气管道实际吹扫经验，我们确定将置换天然气流动速度控制在3米/秒以下。用阀门的开启度来控制流速。

经上述分析，说明天然气管网可用天然气直接“置换”；即慢速充入天然气置换后再投入运行。该法必须注意排除其危险性，方法较简单，经济合理。

3． 燃气直接置换步骤

试压合格后随即进行置换。下面以尉犁县天然气工程中压管网置换为例，步骤操作如下：

（1）试压、置换前的准备工作

①成立管网检查（试压、置换）工作领导小组，明确具体的分工，各负其责。

②经过多方研究讨论，确定试压、置换方案，并制定实施细则和具体措施，打印成文，以便遵照实施。

③对管道和设备进行试压。对阀门、法兰、焊缝等各种设备和联接处进行认真细致的检查，对有泄漏之处进行处理。

④联接好试压、置换工作所需用的临时管道和设备。如加气管、排气管、空压机等；并做好其它一切有关的安全防范物质准备工作。

（2）试压及置换工艺流程

①在一个调压箱放散阀处联接打压胶管，与空压机相连。

②关闭所有调压箱前阀门，以最远端调压箱前放散阀作为空气的放空管。

（3）试压、置换的操作步骤

①为了便于指挥、控制，不致操作失误，在试压、置换前，首先关闭全部调压箱前阀门(可在阀门后加装盲板)，使整个系统成为密闭状态。

②启动空压机，打开加气管的控制阀门，向管网充空气，使压力先缓慢升压至运行压力，保压8小时，如无卸压现象，即可在未端放散处（或在门站放散管处，充分利用压缩空气进行最后一次的吹扫）放去空气。

③试压合格后进行置换。在末端放散处放去空气，直止无压力状态下（与大气相平衡为止）。慢速打开城市中压管网总阀。

④在慢速打开城市中压管网总阀后，用可燃气体报警器监视放散阀处的气体浓度，报警器发出报警，即关闭放散阀，中压管网置换完毕。

⑤打开调压箱出口阀，打开一栋楼的楼栋阀（关闭其余楼栋阀），打开楼栋最远端一个表箱阀（我公司采用户外装表。关闭其余表箱阀），拆除楼栋最远端一个表的表前接头（关闭其余表前阀）。打开表箱阀、表前阀放散。用可燃气体报警器监视放散处的气体浓度，报警器发出报警，即关闭表箱阀、表前阀，恢复表接头，表前阀管线置换完毕。

⑥一个人进入居民家中，打开灶前阀，一个人打开表前阀，在灶前阀处连接胶皮软管向室外放散。用可燃气体报警器监视（灶前阀）放散处的气体浓度，报警器发出报警，即关闭灶前阀，灶前管线置换完毕。

⑦连接灶前阀至燃气灶（器具），打开阀门停留片刻，待胶管内空气置换完，点火。整个置换过程完成。

经过对天然气中压管网置换的两种方案比较，拟采用“气推气”的置换方案。论点也充分证明了以天然气直接置换较为方便、经济，虽然存在不安全因素，但是可以通过控制进气速度，以及采取各种安全措施协调配合，完全可以安全地渡过混合气体爆炸极限范围，是天然气管网置换行之有效的，可以广泛采用的方法。