燃气管道氮气置换施工
工法
Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
燃气管道氮气置换施工工法
江苏天力建设有限公司
1前言
燃气管道安装完成以后，应进行强度试验、严密性试验、清管和干燥。
对于没有立即投入运行的管道，为防止外界湿气重新进入管道，以保证管道处于良好的待用状态，应在管道内注入氮气，即用高纯度的氮气将管道内的空气置换掉，并且要求管道内的氮气压力为微正压。
氮气是一种无色无味气体，常温下无化学活性，不会与其它物质化合。
燃气管道在投运前用氮气置换空气，主要基于两个因素：1）直接用天然气置换空气危险性较大；2）管道内充满氮气，则管道不易氧化，即起到了保护管道的作用。
我公司依据多年来多项工程的氮气置换施工工艺，制订本施工工法。
2工法特点
确定氮气→清管球→空气的置换工艺。
确定氮气置换的工艺参数。
（需用氮气总量；注入氮气的温度、压力；氮气置换的速度；）
确定氮气置换的合格指标。
置换效果好。
可操作性强。
安全，无环境影响。
3适用范围
本工法适用于需用氮气置换的各类压力管道（GA类、GB类、GC类）和各种材质的管道（金属类、非金属类）。
4置换原理
利用带有压力的氮气推动海绵清管球，海绵清管球再推动管内空气，海绵清管球抵至被置换管道的末端，即置换基本完成。
5施工工艺流程及操作要点
氮气置换工艺流程
图1 氮气置换工艺流程图
氮气置换可以有两种方式：1）气推气；2）气推球，球推气。
我们认为，对于新建较长距离、具有收、发球装置、经过清管和干燥的燃气管道，适合采用第二种置换方式，即气推球，球推气。
其优点是高效、直观、节能，缺点是需用氮气压力较大。
氮气置换的工艺参数
5.2.1注入氮气的温度、压力
1）注入氮气的温度
注入氮气的温度不宜过低。
过低的温度一方面会影响管材的低温强度（低温脆性），另一方面易使阀门等设备的密封产生泄漏。
因此，进入管道的氮气温度不得低于5℃，宜控制在5～20℃。
2）注入氮气的压力
兼顾推动海绵清管球和管道内应保持微正压，该压力值取～（表压）。
5.2.2需用氮气总量：
1）氮气的比容（μ）
按照克拉伯龙方程式：P M=ρRT
即
式中：ρ表示密度
P表示 P=
M表示分子量，氮气的分子量为
R气体常数=帕·米 3 / 摩尔·k
T表示绝对温度=+5=
通常以充氮后的表压 MPa（温度以5℃）来计算，则此时的氮气密度为：
ρN2=PM/RT=150000×÷（×）= kg / m3
考虑到置换过程的气体混合、排放、体积误差等因素，取损耗系数为，则有：
1000 kg ÷（×）kg / m3≈ 400 m3
即：在此工况下的氮气比容μ=400 m3/吨液氮
2）需用液氮总量
Q = V/μ
式中：V为被置换管道的总容积；
Q为液氮的吨位。
例：靖江新建燃气管道，DN400，L：25km，置换需用氮气量计算：
Q = V/μ= ××25000÷400 = （吨液氮）≈8（吨液氮）
5.2.3氮气置换的速度及控制方法
置换速度不宜太快，太快则易导致液氮未完全汽化而使得氮气的温度
过低，（严重时可使汽化器至输氮连接管道全部结霜。
）通常以汽化器的
1/2散热盘管有结霜层为宜。
置换速度同时应与汽化器的功率匹配。
一般以～吨液氮/小时为宜。
其控制方法：调整V1开度以控制液氮汽化速度，调整V2开度以控制置换速度。
5.2.4氮气置换的合格指标
1）合格指标：末端排放口含氧量≤2%；
2）检测仪器：便携式含氧量测试仪（应在鉴定合格有效期内）；
3）检测频次和判别：连续3次、每次间隔5分钟，均低于2%为合格。
4）管内压力：为保证微正压，取P（N2） =
操作过程和操作要点（本节需补照片）
5.3.1 编制置换施工方案，报请业主和监理审批；
5.3.2 按图1接好置换管道和仪表，将海绵清管球放入发球装置，被置换管道上的阀门均置于开启状态，检查无误；
5.3.3 检查液氮槽车状况；
5.3.4 打开槽车泄放阀和阀门V1，观察汽化器的状况，用点温计测量汽化器出口及V2两端的温度大于5℃；
图红外线点温仪检测温度
5.3.5 打开阀门V2，开始注氮，观察发球装置温度计T1，不得小于5℃，以V1和V2的开度调整之；
图向管道内注入氮气
5.3.6 全线巡检；
5.3.7 待到预计置换时间，观察P1和P2具有压力，打开末端收球装置的排放口阀门V3，用便携式含氧量测试仪检测，直至达标：连续3次、每次间隔5min,含氧量≤2%；保证管内压力为微正压：P1、P2为；
图末端气体含氧量测定
5.3.8 关闭收球装置前主阀门，从收球装置中取出海绵清管球；
5.3.9 清场，拆除置换设施；
做好置换记录；
劳动力组织
6材料和设备
7质量控制
执行规范和标准
1）《输气管道工程设计规范》 GB 50251—2003
2）《油气长输管道工程施工及验收规范》 GB 50369—2006
3）《城镇燃气设施运行、维护和抢修安全技术规程》CJJ 51—2006
置换前管道应进行干燥工序，而且达到干燥的质量标准；
置换中必须控制注入的氮气温度不能小于5℃；
置换后必须保证合格指标：含氧量不能大于2%；
8安全措施
由于本工序的施工工况相对较平稳，压力较低（P = ），介质氮气为无毒无害，唯一需当心的是液氮至汽化器的管路为低温状态，严禁人体皮肤直接与其接触，以防冻伤；
《液氮槽车—汽化器—氮气注入管路—发球装置》作为警戒区，非作业人员不得进入；
置换期间加强全线巡检，如有意外情况及时报告；
9环保措施
尽量减少氮气和空气的混合；
控制排放和检测的时间，以减少排放量；
10效益分析
社会效益：管道氮气置换有效地保证了管道在天然气置换投运过程中的可靠性和安全性；
经济效益：本工法采用的“气推球，球推气”工艺比“气推气”工艺，很明显减少了氮气和空气的混合区间，也就是减少了氮气的消耗量。
虽然无法计算出具体的差值，但是可以肯定是少用氮气，既减少了施工成本，也为节能减排做出了贡献。
11应用实例
1）常州港华高压燃气管道一期工程 2006年
2）常州港华高压燃气管道二期工程 2010年
3）金坛港华高压燃气管道工程 2009年
4）江阴天力高压燃气管道工程 2009年
5）靖江天力高压燃气管道工程 2010年。