***管道应急抢修中氮气置换工艺优化研究

随着我国管道建设的迅速发展，管

道事故也逐渐增多[1]。管道事故的应急抢修是

针对管道事故的特征采取相应的技术方案，对

事故进行控制并***生产的重要环节，越来越受到天

燃气输运企业的重视。

管道事故的应急抢修一方面要求迅速控制

事故现场，快速***管道正常运行；另一方面

又要求在应急抢修过程中保证施工安全，避免引发次

生事故[2]。因此，在目前的技术手段下，为了提高天

燃气管道事故应急抢修过程的安全性，对于停输换管

等抢修方案，在放空后进行全管段氮气置换成

为一个重要的抢修流程，在川气东送、西气东输等管

道的部分应急抢修方案中得到应用[3-4]。

目前，对氮气置换工艺的研究主要集中在投产阶

段的氮气置换[5-7]，对应急抢修过程中的氮气置换流程

则主要依据施工经验进行选择。但是一方面，管道事

故应急抢修中的氮气置换工艺不同于投产过程，有其

独有的规律与特征：(1)应急抢修对施工时间有特殊要

求，因此氮气置换过程***关注总置换时间；(2)应急

抢修中存在破损点，氮气置换过程有 2 个出口，置换

规律受破损口位置、大小等影响[5]。另一方面，施工

经验依据的是管道稳态输运状态下的静态估算结果，

而吴长春的研究结果[8]表明，燃气管道氮气置换氧含量，管道气体输送的静态估

算结果与动态模拟过程存在一定的偏差。

因此，本文基于SPS建立了有破损口的长输管道

模型，管道置换氮气，通过动态模拟不同工艺条件、不同事故条件下

的氮气置换过程，研究应急抢修过程中的氮气置换时

间规律，对应急抢修过程中的氮气置换工艺进行优选。

长输管道氮气置换
3．1 回油前准备工作 回油 前 需要 掌握 的管道 资 料包 括 ：管 道 高程 、里 程、埋深、承压能力、穿跨越情况、结蜡、腐蚀、变形、动 火 改造及 维抢修 资料等 。需要确 定 的内容包括 ：回油 方 式 (正 向推 球或反 向推球 )、氮气 源类 型、氮气用 量、 氮气注入压 力、清管器推进 速度及 置换的回收等。 由于置 换 回油 过程为特 殊操作 ，管道 氮气置换，需要制定 详细 的作业 计划与应急预案 。 作业 前需要完 成施工 作业坑 的开挖 、氮 气设备 的 运输 、注氮 装置 的安装 、发射 机与跟器 的试 验 ，以及 截断阀门的内漏测试与维护***等。为了防止作业时 因刮风、跟踪仪受干扰误报 、回油监测 点的管道埋深大 于的接收范围等因素影响跟球效果，而无法及 时准 确判断清管器位置，采用在关键跟点 (如埋深过 深 、穿越河流 位置、管 体存 在变形 位置)管道上 方开挖 作业 坑 ，直至 露 出管 道，安排 人员在坑 内跟 的方式， 确保停球位置 的准 确性。对于管道 内检测报告 中提及 的重 点腐蚀 区域和管 体变形较 严重 的管段，可 能影 响 清管器 的正常通过 ，应在这些 区域设置***监测点。 若 管道结蜡 严重 ，还 需发送钢刷 清管器 对管 内壁 杂质和蜡进行清管作业，防止杂质影响隔离用清管器 的密封情况 。 在实施 过程 中，管道 的停输操作 是一个 关键性 因 素，管道氮气置换，当清 管器到达 需要停球 位置前 需立 即执 行停输操 作 ，一旦停输滞后或过早 ，会造成清管器越过停球 点或 剩余 回油量增加 ，影 响后 续改造动火 作业 。为 确保该 信 息反馈 的畅通 ，在 作业前 对可能发 生 的移 动手机信 号中断、控制室座机掉线等各种因素进行预想和沟通 演 练 。在停 输前通 过座机 、手机及 星 电话 3种 通讯 方 式同时联络 ，确保信 息的可靠传输 。

近几年，随着社会经济和地方建设的快速发展，每年为了避让各类建设项目需改

线的作业多达 10 余次，在进行新旧管道动火碰口作业

时，一般采用停输带气微正压、停输置换不带气及不停

输带压封堵 3 种碰口作业方法[1]。由于停输带气微正

压作业安全风险大，不停输作业施工***复杂[2]，加之

费用高，在计划性停输碰口情况下，优先选用高纯度氮

气（≥99％）将管内置换合格进行不带气动火施

工。采用传统氮气置换方法，因线路截断阀一般与输

气管道埋地全焊接连接，若存在内漏现象，无法实现加

盲板隔离置换彻底，动火碰口点存在带实施的

安全风险。陕西省股份有限公司在不断总结置

换工艺的基础上，采用中间注氮置换方法，有效规避了

线路截断阀内漏带来的作业风险。

1　中间注氮方法与传统方法的对比

1.1　传统注氮置换方法

1.1.1　工作原理

关闭作业段管道两端的线路截断阀，对碰口作业

段管道内进行点火排放，当管内压力达到微正

压（285～1 177 Pa) 范围时，停止放空，将液氮罐车、低

温液体泵、汽化器通过高压软管与站场（阀室）预留注

氮阀门连接好，打开阀门注入氮气，在另一站场（阀室）

打开放空阀排放，并在压力表接口处和碰口点打孔用

可燃气体分析仪持续检测管内含量，当浓度小

于下限的 25％时认为置换合格，才能动火

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