氮气置换在天然气管道中的应用
摘 要 在天然气长输管道工程竣工的运营过程中，为了防止空气和天然气在管道内的混合，以确保管道内的混合气体不会发生爆炸，空气置换此时就显得非常需要。置换是在管道的运行过程中一个非常重要的环节，本文比较了常用的几种管干燥技术，对注氮技术方案和氮气置换技术进行了分析，取得了良好的可用于工程实际的结论。
关键词 干燥； 天然气； 管道；注氮技术；氮气置换
中图分类号：TE88 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）042-149-01
1 天然气管道工程置换的目的
天然气是一种容易爆炸的气体。在以下两种情况中，天然气是不会燃烧的。其一，在空气中的浓度小于某一临界值并且热损失大于氧化产生的热量；其二，其浓度虽然超过一定值，但是没有氧气。点火的限制也被称为爆炸的极限。 防止管道内天然气与空气的混合是置换的唯一目的，如果天然气的含量超出了管道的爆炸极限，遇到火花则会爆炸。因此，在新的管道运行过程中进行置换就显的很有必要性，以避免爆炸，增加天然气管道的安全保障。
2 天然气管道置换过程中需要研究的问题
1）置换指的是使管道气体保持稳定，主要是指空气中的氧气。丹东天茂气体提示您置换的顺序是：干燥的空气更换潮湿的空气、氮气置换干燥的空气、天然气置换氮气，使管道内充满充满可使用的天然气。在置换的过程中，最重要的一点是要保证管道中的空气、天然气、氮气三者混合气体中的氧气含量低于某一个数值，但是这样就会这就产生一个问题，即在什么情况下气体混合，其研究实质是研究扩散理论和流动模式。
2）如何控制充气参数及充气速度，无论是在对流动和扩散影响的入口技术参数，如何影响和替代效应，这需要研究。
3）置换采用不能参与燃烧且具有很强稳定性的气体，但也考虑在这上面的开销。一般而言，使用惰性气体的费用相对较高，但惰性气体的效果比其它的气体也好。但氮稳定气成本相对较低。因此，调试置换使用氮气代替其他气体的天然气管道。
3 对存在问题的分析
首先，由于置换涉及到要置换管道中的湿空气，到目前为止，管道干燥技术主要有以下几种方法。
3.1 干空气干燥法
干燥方法主要从干空气中水蒸气的水蒸气压力和管道内壁压力的差值。空气的吸收速度越快，表明两者的差值越大。在实际应用中有两种不同的工艺方法，一种是只有干燥的空气压力清洗；二是在采用干空气吹扫时，每隔一段时间投入清管器辅助干燥。 在20世纪80年代，干空气干燥法已被采用，各种天然气管道周围是用干空气干燥法。之所以被广泛的应用，因为它具有以下优点：空气排放可以是任意的，无味，不燃，无毒性，无爆炸，无安全隐患；气体来源不受地域的限制；不仅适用于陆地管道，也适用于海底的管道；干燥费用低；投入时间短；便于水压力测试连接和管道建设；露点可达-25℃。
3.2 真空干燥法
真空干燥法是指使用一个真空泵从密封的容器中抽取气体，当密闭的容器中的压力降到环境温度所对应的饱和蒸汽压时，此时，液体水在室温下开始蒸发，形成的水蒸汽就会被真空泵所抽走，进而减少了容器内气体的含水量。
3.3 惰性气体氮气干燥法
这种方法类似于干空气干燥，低露点空气干燥过程的输气管道直接使用。该方法操作起来简单而且性能又具有很高的可靠性，干燥所需要的时间短，具有很高的效率，天然气可以直接进入，缺点是费用较高更适合于小直径、短距离管道。
天然气管道的干燥方法有很多种，而且每种干燥方法均具有各自的缺点和优点，需要从各个方面综合比较各种方法的优点及缺点，并结合实际情况，选取符合实际情况的干燥方法。在实际工程中，可根据以上分析，采取相对应的干燥方法。一般来说，天然气管道工程采用干空气干燥。
其次，置换技术研究主要解决的两个问题：1）是否采用清管器隔离置换的问题。2）是否需要采用氮气置换隔离的问题。从这两个问题出发，可以组合出四种不同的置换方案，如下所示： 第一种，天然气→氮气→空气方案（无清管器）；第二种，天然气→清管器→空气方案（有清管器）；第三种，天然气→清管器→氮气→清管器→空气方案（有清管器）；第四种，天然气→空气方案（无清管器）。 从上面四种方案中，可以看出，更换的实现是通过使用氮气将空气和天然气进行分离，再使用天然将氮气排除，最后通过氮气将空气排除。用清管器在气体混合清洗固体分离介质以防止气体间的混合。
在实际工程实践中，采用注氮置换有着下面几个优点：
1）从安全的角度来说，置换具有很高的安全性。
2）从性能的角度来说，一般能够提高，或至少会保持管道的干燥程度。液氮的纯度可达到99.95%，被液化注入管道中，液氮中的水含量相当低，因而具有可增加或保持管道干燥程度的性能。 但是其也有着缺点，主要表现在以下几点：
1）从经济的观点考虑，投入的费用较高。
2）在置换的过程中，氮气有可能置换的不够彻底，造成的后果就是，若一旦进入到燃气用户，必然会影响用户的正常的燃烧和用户的点火。 从上面的分析中可以得出，置换方案最终确定采用无隔离清管器的氮气置换技术方案。其置换的具体流程为：天然气→氮气→空气。
4 结果分析
由前面的分析可知，氮气置换具有很高的安全性，在储运工程施工过程中能够发挥非常重要的作用，到目前为止，在管道工程中也已经取得了一些很好的实践，值得被推广。氮气置换使用液态氮气置换，时间短，效果良好。
参考文献
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