一、工程簡介

佛山市天然氣高壓管網工程項目是廣東省LNG工程的配套工程，負責接收上游廣東大鵬液化天然氣有限公司的高壓天然氣后用管道輸送到各區的調壓計量站，經調壓計量后向下游各區的燃氣公司供氣。工程范圍包括佛山市域范圍內從南莊門站到禪城、南海、順德、三水、高明五區調壓計量站之間的天然氣高壓及次高壓天然氣輸配管道及配套設施。

第一階段工程共建成門站1座，調壓計量站4座，獨立閥室1座，DN500高壓管線 (設計壓力4.4MPa)33.4km(含電廠專線4．3km)，DN350次高壓管線(設計壓力1.6MPa)15.5km。詳見管線走向示意圖(圖一)。本次天然氣置換包括對除電廠專線外的全部場站、閥室和線路。

二、天然氣置換方案

方案1、天然氣直接氣頂氣置換法

首站接收天然氣后，以流速小于5m/s的速度進行輸送直接置換管道中的空氣，在管道末端的放散管處進行放空；用濃度檢測儀在放散管的檢測口檢測天然氣濃度，判斷置換是否完成。

該方案簡單、經濟，一步到位，不需要進行太多的工藝操作，能較快的完成置換；但管道內有天然氣和空氣的混氣段，部分混合氣體一定在爆炸極限范圍內，若遇到火花有爆炸的可能；同時在末端的放散管處需要長時間進行空氣和天然氣排放，對環境會造成一定的污染，浪費天然氣量大，安全性較差。

方案2、天然氣清管隔離置換法

先在首站的發球筒中裝入清管器，接收天然氣后以流速小于5m/s的速度用天然氣推動清管器到末站的收球簡；同時在末站的放散管處進行放空，在收到清管器后用濃度檢測儀在放散管的檢測口檢測天然氣濃度，判斷置換是否完成。

該方案也是一步到位完成置換，同時天然氣排空量較少，對環境影響較小；但操作比方案1復雜，同樣存在因清管器密封不嚴，部分天然氣泄漏到清管器前方的空氣中，造成管道內有燃氣和空氣的混氣段，部分混合氣體可能在爆炸極限范圍內，若遇到火花有爆炸的可能。另外，如管道較長或管徑有變化，清管置換要分成幾段作業，效率較低。

方案3、氮氣間接置換法

采用方案1的方式，先用氮氣將管道內的空氣全部置換，再用天然氣將氮氣置換。該方案安全可靠，操作簡單，但需進行二次操作，用氮氣量大，費用高。

方案4、 天然氣、氮氣清管器隔離置換法

先在首站的收球筒內裝入第一個清管器，用氮氣推動清管器運行500～1000m后；再裝入第二個清管器用天然氣推動第二個清管器前進，形成天然氣、第二個清管器、氮氣隔離段和第一個清管器、空氣的隔離方式在管內運行，如圖二：天然氣、氮氣清管器隔離置換示意圖所示；同時在末端的放散管進行放空，在收到兩個清管器后用濃度檢測儀在放散管的檢測口檢測天然氣濃度，判斷置換是否完成。

該方案安全可靠，即使第二個清管器密封不嚴，天然氣也是泄漏到清管器前方的氮氣中，與氮氣混合，不形成爆炸氣體；同時該方案用氮氣量較少，但操作較復雜，技術含量高需進行技術經濟比較；同樣，如管道較長或管徑有變化，清管置換要分成幾段作業，效率較低。

三、天然氣置換方案的選擇

按照公司“安全，經濟、高效”的置換原則，經公司相關技術人員的認真討論后，根據工程的實際情況決定采用方案3和方案4進行天然氣置換。

高壓管道分成三段，第一段門站至羅村DN500管4.3 km，第二段門站至北 DN500管24.8km，第三段北 至桂城DN350管15.5 km。分別對高壓管道根據工程的實際情況進行了置換方案的選擇。

1、門站至羅村段

該段在羅村調壓計量站未設收球簡，且距離較短,只有采用方案3的方式進行置換，耗氮氣量約1000m3。

2、門站至北滘段

該段管道長、管徑大，若采用方案3方式置換需耗氮氣約6000m3，費用約12000元;選用方案4方式進行此段管道的置換，耗氮氣約250m3，費用約500元(不含清管器費用)。

3、北滘至桂城段

該段管道較短，管徑較小，若采用方案3方式置換需耗氮氣約2000m3，費用約4000元；選用方案4方式進行此段管道的置換，耗氮氣約120m3,費用約240元(不含清管器費用)。

四、置換過程中的注意事項

1、 氮氣、天然氣可令人窒息，置換過程中應隨時檢測氧含量。

2、 為較好地控制流速，宜在首站安裝流量計，方便監控。

3、 末站的天然氣放空，應在四周做好濃度監控，杜絕火源。

4、 做好置換應急預案，預防突發事件發生。

五、結論

天然氣高壓管道的置換要在確保安全的前提下，做到經濟、合理、可行。采用天然氣、氮氣清管器置換法是天然氣置換中安全可行的置換方法之一，該方案不但技術上可行而且經濟合理，值得推廣應用。此次天然氣置換工作比外委專業單位置換節約近百萬元的費用。