摘要：参考英国技术标准与燃气公司成熟经验，分析了3种城市天然气管道置换技术(直接置换、间接置换、阻隔置换)，对天然气管道置换工艺参数的确定及控制方法进行了探讨，分析了置换方法在城镇管网和用户管道系统的应用。

关键词：城镇燃气管道；直接置换；间接置换；阻隔置换；置换技术

    为确保安全，在长输管道和厂站的投产过程中一般都选用惰性气体置换。惰性气体置换虽然安全性方面比较好，但是操作复杂且成本高，在低压管道置换过程中一般采用天然气直接置换。本文结合英国燃气行业标准和国内实际工作，详细探讨城市天然气管网的置换安全及置换方法。

   天然气置换是一项非常危险的工作，若置换方案不当或操作失误，可能发生恶性事故，给人民群众的生命和财产造成损失。天然气置换的安全问题是在置换过程中首先要解决的问题，必须符合下述要求才允许实施置换工作。

   (1) 置换前必须进行风险评估。

   (2) 戴上适合的个人防护装置。

   (3) 准备呼吸器并能正常使用。

   (4) 准备灭火器并置于适当的位置。

   (5) 管道内空气的置换应在强度试验、严密性试验、吹扫清管、干燥合格后进行。

   (6) 间接置换应采用氮气或其他无腐蚀、无毒的惰性气体为置换介质。

   (7) 现场必须设置“禁止火源”、“禁止吸烟”等安全警示标牌。

   (8) 置换进气端处必须安装压力表，监测压力。

   (9) 放散口高出地面2.5m以上。

   (10) 要求管道在置换中接地，特别是连接PE管道时必须接地。

   (11) 火源必须距离放散口的上风向5m以外。

   (12) 确保气体能畅通无阻地排到大气中。

   (13) 置换过程中放空系统的混合气体应彻底放

   (14) 采用阻隔置换法置换空气时，氮气或惰性气体的隔离长度应保证到达置换管道末端空气与天然气不混合。

   (15) 放空隔离区内不允许有烟火和静电火花产生。

   (16) 置换管道末端应配备气体含量检测设备，当置换管道末端放空管口气体含氧量体积分数不大于2%或可燃气体体积分数大于95%时即可认为置换合格^[1]。

    按照采用的置换方式不同，将置换方法分为3类：直接置换、间接置换和阻隔置换。直接置换：将天然气直接通入管道中，天然气与待投产管道中的空气直接接触，直至天然气完全取代空气；或用空气直接通入管道中，空气与待拆除管道中的天然气直接接触，直至空气完全取代天然气的置换方法称为直接置换。间接置换：将惰性气体通入管道内，直至管道内的空气(或天然气)完全被取代，然后再将天然气(或空气)通入管道直至惰性气体完全被取代，这种用惰性气体作为中间介质置换的方法称为间接置换。阻隔置换：在间接置换条件下，使用隔离设备(如阻气球、清管球、专用隔离装置等)或惰性气体将天然气与空气隔离的置换方法称为阻隔置换。

   ① 分层现象

   在气体对气体的置换过程中密度小的气体(如天然气)在密度大的气体(如空气、氮气)的上方流动，或者密度大的气体在密度小的气体下流动时，容易出现两种气体分层流动的现象，称之为分层现象^[2]。天然气置换空气或氮气的分层现象见图1，空气或氮气置换天然气的分层现象见图2。

 

   在置换过程中，将天然气缓慢输入到新建管道内，由于天然气的密度小，相对密度一般为0.6左右，天然气就会在管道的上部流动，而位于管道下部的空气或氮气就会滞留在管道内。当检测人员从出口取样检测时，仪器会显示体积分数为100%的天然气，如果此时停止置换，滞留在管道内的空气将与天然气混合，非常可能形成爆炸性混合气体，在用户使用时发生危险。这种情况会给安全运行带来极大的隐患。

    通过实验研究发现，必须保持一定的置换流速才能杜绝置换中的分层现象。英国研究机构对各种管径的燃气管道进行了实验，测得了最小的可能发生分层现象的流速和流量，将数据列于表1中^[2]。为了避免分层现象的出现，实际置换流速必须大于表1中所列的最小置换流速。