摘 要：目前在城市天然氣工程的論文中，對天然氣“置換”有兩種論點：一是指在城市天然氣管道投產(chǎn)時，對管道內(nèi)空氣置換的方法。二是指將以前用的煤制氣、液化氣摻空氣、液化氣管道供氣等城市燃氣置換為天然氣。本文是指城市天然氣管道在投產(chǎn)時的天然氣置換方式。通過對天然氣中壓管網(wǎng)的兩種置換方案介紹、分析和對比，說明城市天然氣中壓管網(wǎng)、居民入戶，可采用天然氣直接“置換”的方法。針對投運前天然氣管道的置換,采用惰性氣體法與“氣推氣”法優(yōu)缺點進行比較分析,從理論與實踐角度闡述“氣推氣”方案的可靠性。
關(guān)鍵詞：天然氣 置換 管網(wǎng) 氣推氣
隨著城市燃氣事業(yè)的迅速發(fā)展，新建城市燃氣項目和不同氣質(zhì)通氣前的維修，都需要置換。置換首先要確保設施的自身安全；其次是確保供出的燃氣能滿足用戶的使用要求。天然氣置換是一項危險性的工作，若置換方案選擇不當或操作失誤，均可能發(fā)生惡性事故，造成慘重損失。為此，天然氣置換的安全問題顯得特別重要；其次，置換還應考慮經(jīng)濟問題，若方案不當將造成置換工作量大，費用高。用什么安全、經(jīng)濟的方法將中壓管網(wǎng)、居民戶內(nèi)管道的空氣置換為天然氣，是一個值得認真探討的問題。對此發(fā)表一些看法和意見，作為我公司尉犁縣天然氣入戶點火的實施方案。
根據(jù)目前同行業(yè)的成功經(jīng)驗，城市中壓管網(wǎng)、居民戶內(nèi)的置換一般有如下兩種方法可以采納。
1． 惰性氣體置換法
用惰性氣體（氮氣）先置換管道里的空氣，再用天然氣置換管道里的惰性氣體。即把惰性氣體作為置換中間介質(zhì)，這里所說的“惰性氣體”是指既不可燃又不可助燃的無毒氣體。如氮氣（N2或液氮）、二氧化碳（CO2）、煙氣等，均可以采用。
具體操作過程是先將惰性氣體充滿管網(wǎng)，加壓到一定程度置換出空氣，直至管網(wǎng)惰性氣體的濃度達到預定的置換標準為止；然后再以燃氣充滿管網(wǎng)，同樣加壓到一定程度置換出惰性氣體，從而完成置換程序。此法操作復雜、煩瑣。反復進行兩次換氣，不僅耗用大量惰性氣體還耗用大量的燃氣，發(fā)生費用較高，其換氣時間長，工作量大，既不經(jīng)濟又費事。但是它可以確保可燃氣體不會與管網(wǎng)中空氣接觸，不會形成具有爆炸的混合氣體。因此此法可靠性好，安全系數(shù)高，成功性大。是燃氣行業(yè)以前普遍采用的傳統(tǒng)的置換方法。
2．燃氣直接置換法
燃氣直接置換法也稱“氣推氣”置換法。此辦法是直接將燃氣緩慢地進入管網(wǎng)替換出空氣，從而達到置換目的。
當打開天然氣總閥開始送氣時，可通過可燃氣體報警器檢測放散處可燃氣體濃度，以確定是否達到預定的置換標準。燃氣達到一定濃度時，報警器即報警，關(guān)閉放散閥，置換宣告結(jié)束。
此方法的特點是比較簡便和經(jīng)濟，但是具有一定的危險性。因為在置換過程中，管道里必然要產(chǎn)生燃氣與空氣的混合氣體，并且要經(jīng)歷爆炸極限范圍。對于純天然氣來講，它的爆炸極限為5～15％，再考慮到其混合的不均勻性，天然氣含量45％以下均應視為危險區(qū)，遇火源，就要發(fā)生爆炸。為此必須嚴格控制火種和可燃氣體的流速，并采取各種安全措施，確保無火種，才能安全地渡過其“危險期”。
要確保置換過程中沒有任何火源，以引爆或產(chǎn)生火花引爆這極具危險的混合氣。為此進行如下分析：一是確保在吹掃時清理凈管網(wǎng)內(nèi)的石子，以防止其在高速流動的氣體推動下產(chǎn)生火花。二是全線閥門必須關(guān)閉，然后在最遠端打開一處閥門，在排完空氣的情況下，緩慢開啟天然氣閥門。并逐一使用同一方法進行全面置換。三是必須嚴格控制明火火種靠近置換現(xiàn)場。我們所說火種有三種：一是明火。二是高速氣流會因“摩擦”產(chǎn)生靜電。但是，由于我公司使用的是PE管道系統(tǒng)，不會有電荷集聚導致高電位，而產(chǎn)生放電火花。三是高速氣流吹動管道中可能殘留下來的石塊、鐵屑、焊條頭等固體物品因碰撞產(chǎn)生火花。這種可能性是存在的，是主要危險源。其根源是高速氣流，解決它的關(guān)鍵是堅決杜絕高速氣流而確保低速；即便有石塊等“雜物”，也不會被吹動，也就不可能產(chǎn)生火花了。根據(jù)天然氣管道實際吹掃經(jīng)驗，我們確定將置換天然氣流動速度控制在
經(jīng)上述分析，說明天然氣管網(wǎng)可用天然氣直接“置換”；即慢速充入天然氣置換后再投入運行。該法必須注意排除其危險性，方法較簡單，經(jīng)濟合理。
3． 燃氣直接置換步驟
試壓合格后隨即進行置換。下面以尉犁縣天然氣工程中壓管網(wǎng)置換為例，步驟操作如下：
（1）試壓、置換前的準備工作
①成立管網(wǎng)檢查（試壓、置換）工作領(lǐng)導小組，明確具體的分工，各負其責。
②經(jīng)過多方研究討論，確定試壓、置換方案，并制定實施細則和具體措施，打印成文，以便遵照實施。
③對管道和設備進行試壓。對閥門、法蘭、焊縫等各種設備和聯(lián)接處進行認真細致的檢查，對有泄漏之處進行處理。
④聯(lián)接好試壓、置換工作所需用的臨時管道和設備。如加氣管、排氣管、空壓機等；并做好其它一切有關(guān)的安全防范物質(zhì)準備工作。
（2）試壓及置換工藝流程
①在一個調(diào)壓箱放散閥處聯(lián)接打壓膠管，與空壓機相連。
②關(guān)閉所有調(diào)壓箱前閥門，以最遠端調(diào)壓箱前放散閥作為空氣的放空管。
（3）試壓、置換的操作步驟
①為了便于指揮、控制，不致操作失誤，在試壓、置換前，首先關(guān)閉全部調(diào)壓箱前閥門(可在閥門后加裝盲板)，使整個系統(tǒng)成為密閉狀態(tài)。
②啟動空壓機，打開加氣管的控制閥門，向管網(wǎng)充空氣，使壓力先緩慢升壓至運行壓力，保壓8小時，如無卸壓現(xiàn)象，即可在未端放散處（或在門站放散管處，充分利用壓縮空氣進行最后一次的吹掃）放去空氣。
③試壓合格后進行置換。在末端放散處放去空氣，直止無壓力狀態(tài)下（與大氣相平衡為止）。慢速打開城市中壓管網(wǎng)總閥。
④在慢速打開城市中壓管網(wǎng)總閥后，用可燃氣體報警器監(jiān)視放散閥處的氣體濃度，報警器發(fā)出報警，即關(guān)閉放散閥，中壓管網(wǎng)置換完畢。
⑤打開調(diào)壓箱出口閥，打開一棟樓的樓棟閥（關(guān)閉其余樓棟閥），打開樓棟最遠端一個表箱閥（我公司采用戶外裝表。關(guān)閉其余表箱閥），拆除樓棟最遠端一個表的表前接頭（關(guān)閉其余表前閥）。打開表箱閥、表前閥放散。用可燃氣體報警器監(jiān)視放散處的氣體濃度，報警器發(fā)出報警，即關(guān)閉表箱閥、表前閥，恢復表接頭，表前閥管線置換完畢。
⑥一個人進入居民家中，打開灶前閥，一個人打開表前閥，在灶前閥處連接膠皮軟管向室外放散。用可燃氣體報警器監(jiān)視（灶前閥）放散處的氣體濃度，報警器發(fā)出報警，即關(guān)閉灶前閥，灶前管線置換完畢。
⑦連接灶前閥至燃氣灶（器具），打開閥門停留片刻，待膠管內(nèi)空氣置換完，點火。整個置換過程完成。
經(jīng)過對天然氣中壓管網(wǎng)置換的兩種方案比較，擬采用“氣推氣”的置換方案。論點也充分證明了以天然氣直接置換較為方便、經(jīng)濟，雖然存在不安全因素，但是可以通過控制進氣速度，以及采取各種安全措施協(xié)調(diào)配合，完全可以安全地渡過混合氣體爆炸極限范圍，是天然氣管網(wǎng)置換行之有效的，可以廣泛采用的方法。
