输气管道气体置换的中间注氮方法

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，管道氮气置换，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，管道 氮气置换，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

***管道氮气置换

2.3 单/双端注氮工艺优化“转换相图”

通过分别研究破损口当量直径和破损口位置对总

注氮时间的影响可知，单/双端注氮方式的选择存在临

界破损口当量直径和破损口位置。以临界点对应的破

损口当量直径与管径的比值为纵坐标，以破损口离注

氮阀室的距离与两端阀室距离的比值为横坐标，可得

如图 8 所示的单/双端注氮工艺“转换相图”。由“转

换相图”可知，存在一条临界“转变”线，破损口特

征位于“转变”线以上区域(A区域)时，选择双端注

氮工艺；损口特征位于“转变”线以下区域(B区域)

时，则选择单端注氮工艺。在B区域内，还存在一

个C区域，破损口当量直径与管径比(破损口孔径比)

小于 9.9%的区域，在该区域内，无论破损口位于何

处，破损口综合特征均处于“转变线”以下，即破损

口孔径比小于 9.9%时，需选择单端注氮工艺。在A区

域内，存在一个D区域，破损口孔径比大于 13.8%的

区域，在该区域内，燃气管道氮气置换方案，无论破损口位于何处，破损口综

合特征均处于“转变线”以上，即破损口孔径比大于

13.8%需选择双端注氮工艺。

通过该“转变相图”，工程技术人员可根据破损口

综合特征(破损口距注氮阀室距离、破损口孔径比)查

找相应管道的经验相图选择注氮工艺，有助于工

程技术人员在管道事故应急抢修时快速优选氮气置换

方案，提高氮气置换环节的运行质量。

管道事故应急抢修的氮气置换中，单/双端

注氮工艺优化的目标是总注氮时间。通过SPS防

真，各注氮工艺的总注氮时间可以通过测量氮气开始

注入时间与模拟管道内完全被氮气取代时间的

差值获得。

2.1 单端注氮工艺远/近端注氮时间规律及工艺优化

单端注氮工艺的关键问题是选择注氮口位置，即

采用远端注氮或近端注氮。通过单端注氮SPS模型，

对单端注氮过程进行了，固定破损口当量直径，

改变破损口位置距注氮口的距离。以此来研究破损口

位置与注氮口距离对总注氮时间的影响，结果如图 5

所示。

在相同的破损口当量直径下，全管段完成氮气置

换的总注氮时间随破损口与注氮阀室距离的增加而减

少，因此，单端注氮时应采取远端注氮工艺。

但值得注意的是，管道氮气置换方案，氮气与界面到达破损口

所需时间随破损口与注氮阀室距离的减小而减少。如

果能利用通过破损口一段距离后的氮气隔离管内天燃

气，选择近端注氮的时间更短，且所消耗氮气量也将

大幅度减小。但选用该方案必须确保隔离段氮气长度

足够保证施工期安全，具体隔离段长度的要求需要进

一步的研究确定，暂不在本中讨论。

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