天然氣管道安全置換方法的探討
作者：陳莉 寇振奪
評(píng)論： 更新日期：2012年03月16日
表1 不同管徑對(duì)應(yīng)的最小置換流速、流量[2]
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公稱管徑/mm | 最小置換流速/(m·s-1) | 最小流量/(m3·h-1) |
0～150 | 0.6 | 0.7 |
151～200 | 0.7 | 1.4 |
201～250 | 0.8 | 2.4 |
251～300 | 0.9 | 3.9 |
301～450 | 1.0 | 9.6 |
451～600 | 1.2 | 20.4 |
601～900 | 1.5 | 60.0 |
901～1200 | 1.7 | 120.0 |
???② 控制流速或流量，減少靜電積累
???靜電防護(hù)是安全置換的要素，燃?xì)庠诠艿乐械牧魉僭娇欤o電的積累就越大；管道的管徑越大，靜電的積累也越大。采用控制流速或流量的方法可以實(shí)現(xiàn)減少靜電積累的目的[3]。
根據(jù)國外實(shí)驗(yàn)得出以下管道燃?xì)獍踩魉俟?sup>[3]：
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式中v——管道內(nèi)氣體的平均流速，m/s
??? d——管道的公稱管徑，m
???再結(jié)合以下流量計(jì)算公式：
??? q=3600Av??? (2)
式中q——置換氣體的安全流量，m3/h
??? A——管道截面積，m2
???可得出安全流量計(jì)算式為：
??? g=720πd1.5??? (3)
???假如輸送管道管徑為200mm，按照上述公式計(jì)算其安全流量約為200m3/h。為了盡可能減少靜電帶來的危險(xiǎn)，我們?cè)诠芫W(wǎng)的置換操作中，采用嚴(yán)格控制管網(wǎng)壓力，降低流速、流量的辦法，盡可能地減少靜電的積累。《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)施運(yùn)行、維護(hù)和搶修安全技術(shù)規(guī)程》CJJ 51—2006要求進(jìn)行燃?xì)庵苯又脫Q時(shí)，將壓力控制在5kPa以內(nèi)，實(shí)際上也是出于控制流速從而達(dá)到減少靜電影響的考慮。
1.3 直接置換
直接置換操作過程以直接將天然氣緩慢通入管道替換空氣為例，過程中必須監(jiān)控置換情況和出口的天然氣體積分?jǐn)?shù)或氧氣體積分?jǐn)?shù)。從檢測管的采樣口取樣，用高精度燃?xì)鈾z測儀進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測分析，如果連續(xù)2次測得天然氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到95%以上或取樣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)在2%以下即為合格[1](在英國的置換要求中，此數(shù)據(jù)為連續(xù)2次測得天然氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到90%以上或取樣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)在4%以下即為合格[2])，可以確定已達(dá)到預(yù)定的置換標(biāo)準(zhǔn)，置換工作完成。
天然氣直接置換方法的特點(diǎn)是比較簡便也比較經(jīng)濟(jì)，但是具有一定的危險(xiǎn)性。因?yàn)樵谥脫Q過程中，管道里必然要產(chǎn)生天然氣與空氣的混合氣體，天然氣的前部氣體與空氣混合后，有一部分的混合氣在爆炸極限內(nèi)，很容易在某外界因素的誘發(fā)下(如管道內(nèi)焊渣、金屬顆粒滾動(dòng)等)產(chǎn)生爆炸，因此操作有嚴(yán)格的控制條件和要求，必須嚴(yán)格按規(guī)程實(shí)施，否則非?？赡馨l(fā)生事故。對(duì)于天然氣來講，它的爆炸極限為5%～15%，再考慮到其混合的不均勻性，天然氣體積分?jǐn)?shù)在45%以下均應(yīng)視為危險(xiǎn)區(qū)(見圖3，圖中數(shù)據(jù)均為體積分?jǐn)?shù))，遇火源就要發(fā)生爆炸。為此必須嚴(yán)格控制，采取各種安全措施，確保無火源。
??? 由于天然氣管道是封閉的，管道建成后經(jīng)歷了吹掃、強(qiáng)度試驗(yàn)、嚴(yán)密性試驗(yàn)等工序，管道內(nèi)沒有活動(dòng)部件，不可能因運(yùn)動(dòng)、撞擊產(chǎn)生火花?？赡艹霈F(xiàn)的火源有以下兩種：一是高速氣流會(huì)因摩擦產(chǎn)生靜電，所以置換時(shí)要對(duì)管道系統(tǒng)進(jìn)行接地(見圖4[4])，即便有靜電負(fù)荷產(chǎn)生，也會(huì)立即通過接地裝置導(dǎo)入大地，不會(huì)有電荷積聚導(dǎo)致高電位而產(chǎn)生放電火花。二是高速氣流吹動(dòng)管道中可能殘留下來的石塊、鐵屑、焊條頭等固體物質(zhì)，與管道內(nèi)壁碰撞產(chǎn)生火花。引起此類事故的根本原因是高速氣流，解決的關(guān)鍵是確保氣流的低速，這樣即便有石塊等雜物，也不會(huì)被吹動(dòng)，也就不可能產(chǎn)生火花。此外，為了避免將雜物帶進(jìn)管道，應(yīng)事先在進(jìn)氣管道上設(shè)置過濾器。根據(jù)英國相關(guān)資料及國內(nèi)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，我們將置換管道用天然氣的氣流速度控制在最小置換流速以上，一般最大流速控制在3m/s以下。在置換過程中采用流速計(jì)或U型壓力表觀察管道升壓速度的辦法來測量其充氣流速，用閥門的開度來控制流速(混氣過程中控制閥前的壓力要保持穩(wěn)定)。
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1.4 間接置換
??? 以天然氣置換空氣為例，用惰性氣體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的中間介質(zhì)，這里所說的惰性氣體是指既不可燃又不助燃的無毒氣體，如氮?dú)?、二氧化碳等?/div>
??? 間接置換方法具體操作過程是先將惰性氣體注入管道，在管道末端放散，使用惰性氣體置換出空氣，直至放散管取樣口惰性氣體的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到預(yù)定的置換標(biāo)準(zhǔn)為止。在實(shí)際操作過程中一般用氧氣體積分?jǐn)?shù)來衡量，如果連續(xù)2次取樣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到2%以下即為合格[1](在英國的置換要求中，此數(shù)據(jù)為連續(xù)2次測得取樣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到4%以下即為合格[2])，停止通入惰性氣體。然后再將天然氣通入管道，同樣操作，在檢測管的取樣口取樣，用高精度燃?xì)鈾z測儀進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測分析，如果連續(xù)2次測得天然氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到95%以上即為合格[1](在英國的置換要求中，此數(shù)據(jù)為連續(xù)2次測得天然氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到90%以上即為合格[2])，置換完成。此法操作復(fù)雜、繁瑣，進(jìn)行2次換氣，不僅耗用大量惰性氣體還耗用大量的燃?xì)?，費(fèi)用較高，并且換氣時(shí)間長，工作量大。但是，它可以確保進(jìn)入管道內(nèi)的燃?xì)獠粫?huì)與管道內(nèi)空氣接觸，不會(huì)形成具有爆炸性的混合氣體。因此，此法可靠性好，安全系數(shù)高，成功率也高。主干管網(wǎng)天然氣間接置換見圖5[4]。
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