收稿日期:2006-10-03收修改稿日期:2006-12-07天然气管道氮气置换技术研究谭力文1, 敬加强1, 戴志向2, 吕郑3, 邵红梅4(1. 西南石油大学油气藏地质及开发国家重点实验室, 四川成都610500; 2. 中国石油西南油气田分公司蜀南气矿地面建设工程项目部, 四川泸州646001; 3. 中国石油西南油气田分公司川东北气矿地面建设工程项目部, 四川达州,635000; 4. 西南石油大学储运系, 四川成都610500摘要:针对新建或需要检修的天然气管道, , 施步骤, 对比分析了它们的优缺点, , 、注氮压力、注氮点、注氮量、, 础。
, 关键词:天然气; 管道; 中图分类号:1004-9614(2007 03-0025-04Study of G as Pipeline R eplacement Technology by Nitrogen G asT AN Li 2wen 1,J I NGJia 2qiang 1,DAI Zhi 2xiang 2,LV Zheng 3,SH AO H ong 2mei 4(1. State K ey Laboratory for G eology and Development E ngineering of Oil and G as R eservoirs , Southw est Petroleum U niversity , Chengdu 610500, China ;2. Construction Project Dep artment Southw est Field Filiale ShuN an Field CPNC , Luzhou 646001, China ;3. Construction Project Dep artment Southw est Field Filiale N ortheast in Sichu an Field CPNC , Dazhou 635000, China ;4. Oil and G as Storage and T ransportation Dep artment , Southw est Petroleum U niversity , Chengdu 610500, China Abstract :The paper introduced principles and operation steps for different replacement methods used to fulfill the replacement of new or repaired natural gas pipelines by nitrogen gas. and als o present their different applicable occasions by analyzing their merits and defects , and discuss methods for determination of the temperature , pressure , place , am ount for injecting nitrogen gas and the advance velocity of natural gas inpipeline and then make corresponding conclusions. G as pipeline put into production is based upon all the above C onditions. And the thoughts and opinions about optimization methods for determining replacement technology and operation parameters were given in the end.K ey w ords :natural gas ;pipeline ;nitrogen gas ;replacement ;method ;parameters for injecting nitrogen gas 0引言目前, 国家政府与石油部门在生产中着重强调的就是安全问题。
为了确保安全, 新建或检修后的天然气管道投用前采用惰性气体置换输气站及管道内的空气。
置换用惰性气体一般采用氮气, 当惰性气体中的空气含量低于2%时, 管道置换为合格[1]。
天然气管道置换的操作失误, 将会导致严重的安全事故, 造成巨大损失。
在投产之前, 新建输气管道内存有空气, 直接用天然气置换非常危险[1-2]。
即使中间用清管器隔离, 但由于清管器本身的磨损、弯头、高程以及推动的压力、速度等影响, 部分天然气泄漏到清管器前与空气混合, 空气中的天然气含量达到5%～15%时, 混合气体就会处在爆炸范围[3], 所以直接用天然气置换空气的方法存在极大的安全隐患。
利用氮气作为置换气体显得安全可靠[4], 它同时是极佳的干燥气体, 具有很高的吸水性, 也适用于水压试验后的管道干燥。
天然气管道氮气置换的方法有2种:氮气全线置换方式和隔离置换方式。
氮气全线置换方式又可分为分段置换方式和整体置换方式; 而隔离置换又可分为加隔离器置换和不加隔离器置换。
1全线氮气置换111分段氮气置换11111工作原理实行天然气管道分段置换, 起点为首站(发球筒 , 经管线各个截止阀门至末站内收球筒。
一般每段长度为5～20km , 并以阀间为界。
从第一段、第二段、第三段管线……依次置换, 直到最后一段管道置换完成。
管道内混合气体中的氮气体积百分比大于98%(即氧气体积含量小于2% , 并且连续3次(间隔为5min 对放气口取样都低于此值时, 置换合格。
11112置换步骤(1 确认管线第一段(首站发球筒至某个截止阀门末的阀门处于关闭状态;(2 打开放球筒后的阀门, 将高纯度氮气(≥99% 从首站发球筒注入管线内, 当氮气注入量等于该段管子容积时, 在放气口处进行检测, 直至置换合格, 并作好记录, 确认第一段置换2007年第3期管道技术与设备Pipeline T echnique and Equipment 2007N o 13结束;(3 确认管线第二段末(第一个截止阀至第二个截止阀的阀门处于关闭状态;(4 打开第一个截止阀阀门, 用制氮车将高纯度氮气(≥99% 从首站经第一段管道注入第二段管线内, 当氮气注入量等于该段管子容积时, 在放气口处进行检测直至置换合格, 确认第二段置换结束;(5 管线第3段、第4段……(第3个至第4个阀门……依次重复上次过程, 直到最后一段置换完成。
(6 管线全线氮气置换合格后,持正压状态。
为此, 99% 站注入管线内, 气, 然后静置6h , 测得管线2%, 管线全线氮气置换合格。
112整体氮气置换11211工作原理从管线首站(起点开始, 放空首站发球筒, 装入清管器, 打开出站阀门, 开启末(站端放空口, 将高纯度氮气(≥99% 从首站注入管线内, 用氮气推动清管器前进, 同时清管器推动空气前进以达到置换空气的效果, 在接收清管器后, 从收球筒取样口取样分析, 若排出的气体中体积含氧量小于2%, 并且连续3次(间隔为5min , 检验达到此值, 即氮气置换合格, 如图1所示。
图1整体氮气置换原理图11212置换步骤(1 放空首站发球筒, 装入清管器,打开出站阀门, 开启末站放空阀;(2 开始往首站注入高纯度氮气, 推动清管器前进; (3 当清管器到达收球筒后, 关闭收球筒前的阀门, 并停止充氮气, 接收清管器;(4 在接收清管器后, 从收球筒取样口取样分析, 若排出的气体含氧量小于2%, 并且连续3次(间隔为5min 检验达到此值, 即置换合格;(5 管线全线氮气置换合格后, 使管线内氮气的压力保持正压力, 同11112中步骤(6 。
2隔离氮气置换211加隔离器置换21111工作原理该置换工艺是以天然气为动力、以氮气置换空气、再用天然气置换氮气的方法, 通过在首站发送2个中间夹带高纯度氮气隔离段的清管器进行管道段内的空气置换。
在沿途各阀室监听清管器的到达时间, 在清管站和分输站对前端气体到达时间和管内气体浓度进行监测, 并记录清管器的收发时间, 直至置换合格, 如图2所示。
图21(1 , 先装入第一个清管器;(2 开始往首站注入高纯度氮气, 推动清管器前进(正常情况下, 氮气压力一般为0104～012MPa 方能推动清管器前进 ;(3 通常情况下, 当氮气进入管线长度达到5～6km 时, 在首站(起点发球筒内放置第二个清管器;(4 当第一个清管器到达收球筒后, 关闭收球筒前的阀门,停止供气, 接收清管器;(5 接收第二个清管器, 然后, 即可将流程倒成正式投产流程, 正式生产, 如果暂时不投产, 管线两端阀门均应关闭密封。
212不加隔离器置换21211工作原理不加隔离器的置换工艺, 即先从首站向下游管道内注入一定量的氮气, 然后通过阀门的开启、关闭向管道内直接注入天然气, 通过气体之间的直接接触实现氮气置换空气、天然气置换氮气的投产方案, 见示意图3。
图3不加隔离器氮气置换示意图21212置换步骤(1 打开出站阀, 开启下站放空口;(2 用液氮车(或其他氮气发生装置将高纯度氮气(≥99% 从首站注入管线内(正常情况下, 氮气进入管线的压力一般为0102MPa ;(3 通常情况下, 当氮气注入管线长度达到5～6km 时, 再向首站(起点发球筒内注入天然气推着氮气前进;(4 当管道末端空气和氮气混合气体中的氮气体积百分比大于98%(即氧气体积含量小于2% , 并且连续3次(间隔为5min 对放气口取样都低于此值时, 置换合格。
这时可将流程倒成正式投产流程, 进入正式生产。
3氮气置换方法的优缺点分析311全线置换和隔离置换全线置换方式:一般说来, 对于管线投产时间不确定、管线空置时间较长或管线位于城市居民区时, 采用全线置换方式。
隔离置换方式:对于投产时间已确定或氮气气源不足时, 可采用隔离段置换方式。
312加分隔器和不加分隔器26Pipeline T echnique and EquipmentMay 12007加分隔器:对于地形简单, 地势平坦, 且弯头较少的管道, 可采用加分隔器置换方式, 可以减少混气量, 提高置换质量, 清管器能进一步清楚管道内的污物, 能够使具有收发球筒的站场重新隔离空气、氮气, 天然气, 但同时为了防止2个清管器在管道内碰撞, 需要的氮气量很大, 地形复杂地段容易出现清管器停滞的现象, 投产过程不易控制。