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燃气管道氮气置换施工工法

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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。

工法特点

2.1 确定氮气→清管球→空气的置换工艺。

2.2 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；）

2.3 确定氮气置换的合格指标。

2.4 置换效果好。

2.5 可操作性强。

2.6 安全，无环境影响。

适用范围

本工法适用于需用氮气置换的各类压力管道（类、类、类）和各种材质的管道（金属类、非金属类）。

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。

施工工艺流程及操作要点

5.1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。

5.2 氮气置换的工艺参数

5.2.1注入氮气的温度、压力

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℃。

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0.15～0.2（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： ρ

即

ρ



式中： ρ 表示密度

P表示压强 0.15

M表示分子量，氮气的分子量为28.0134

R气体常数=8.314帕·米3 / 摩尔·k

T表示绝对温度=273.15+5=278.15k

通常以充氮后的表压0.15 （温度以5℃）来计算，则此时的氮气密度为：

ρN***×28.0134÷（8.314×278.15）=1.817 / 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1.3，

则有：

1000 kg ÷（1.817×1.3） / m3 ≈ 400 m3

即：在此工况下的氮气比容μ400 m3吨液氮

2）需用液氮总量

Q = μ

式中：V为被置换管道的总容积；

Q为液氮的吨位。

例：XX新建燃气管道，400，L：25，置换需用氮气量计算：

Q = μ= 0.22×3.14×25000÷400 = 7.85（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1.2～1.5吨液氮/小时为宜。其控制方法：调整V1开度以控制液氮汽 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 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；

10.2 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。

应用实例

1）XX港华高压燃气管道一期工程 2006年

2）XX港华高压燃气管道二期工程 2010年

3）XX港华高压燃气管道工程 2009年

4）XX天力高压燃气管道工程 2009年

5）XX天力高压燃气管道工程 2010年

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