???② 控制流速或流量，減少靜電積累

???靜電防護是安全置換的要素，燃氣在管道中的流速越快，靜電的積累就越大；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現減少靜電積累的目的^[3]。

根據國外實驗得出以下管道燃氣安全流速公式^[3]：

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式中v——管道內氣體的平均流速，m/s

??? d——管道的公稱管徑，m

???再結合以下流量計算公式：

??? q=3600Av??? (2)

式中q——置換氣體的安全流量，m³/h

??? A——管道截面積，m²

???可得出安全流量計算式為：

??? g=720πd^1.5??? (3)

???假如輸送管道管徑為200mm，按照上述公式計算其安全流量約為200m³/h。為了盡可能減少靜電帶來的危險，我們在管網的置換操作中，采用嚴格控制管網壓力，降低流速、流量的辦法，盡可能地減少靜電的積累。《城鎮燃氣設施運行、維護和搶修安全技術規程》CJJ 51—2006要求進行燃氣直接置換時，將壓力控制在5kPa以內，實際上也是出于控制流速從而達到減少靜電影響的考慮。

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，過程中必須監控置換情況和出口的天然氣體積分數或氧氣體積分數。從檢測管的采樣口取樣，用高精度燃氣檢測儀進行實時的監測分析，如果連續2次測得天然氣體積分數達到95%以上或取樣中的氧氣體積分數在2%以下即為合格^[1](在英國的置換要求中，此數據為連續2次測得天然氣體積分數達到90%以上或取樣中的氧氣體積分數在4%以下即為合格^[2])，可以確定已達到預定的置換標準，置換工作完成。

天然氣直接置換方法的特點是比較簡便也比較經濟，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，很容易在某外界因素的誘發下(如管道內焊渣、金屬顆粒滾動等)產生爆炸，因此操作有嚴格的控制條件和要求，必須嚴格按規程實施，否則非常可能發生事故。對于天然氣來講，它的爆炸極限為5%～15%，再考慮到其混合的不均勻性，天然氣體積分數在45%以下均應視為危險區(見圖3，圖中數據均為體積分數)，遇火源就要發生爆炸。為此必須嚴格控制，采取各種安全措施，確保無火源。

??? 由于天然氣管道是封閉的，管道建成后經歷了吹掃、強度試驗、嚴密性試驗等工序，管道內沒有活動部件，不可能因運動、撞擊產生火花。可能出現的火源有以下兩種：一是高速氣流會因摩擦產生靜電，所以置換時要對管道系統進行接地(見圖4^[4])，即便有靜電負荷產生，也會立即通過接地裝置導入大地，不會有電荷積聚導致高電位而產生放電火花。二是高速氣流吹動管道中可能殘留下來的石塊、鐵屑、焊條頭等固體物質，與管道內壁碰撞產生火花。引起此類事故的根本原因是高速氣流，解決的關鍵是確保氣流的低速，這樣即便有石塊等雜物，也不會被吹動，也就不可能產生火花。此外，為了避免將雜物帶進管道，應事先在進氣管道上設置過濾器。根據英國相關資料及國內應用經驗，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定)。

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??? 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，這里所說的惰性氣體是指既不可燃又不助燃的無毒氣體，如氮氣、二氧化碳等。

??? 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數達到預定的置換標準為止。在實際操作過程中一般用氧氣體積分數來衡量，如果連續2次取樣中的氧氣體積分數達到2%以下即為合格^[1](在英國的置換要求中，此數據為連續2次測得取樣中的氧氣體積分數達到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，用高精度燃氣檢測儀進行實時的監測分析，如果連續2次測得天然氣體積分數達到95%以上即為合格^[1](在英國的置換要求中，此數據為連續2次測得天然氣體積分數達到90%以上即為合格^[2])，置換完成。此法操作復雜、繁瑣，進行2次換氣，不僅耗用大量惰性氣體還耗用大量的燃氣，費用較高，并且換氣時間長，工作量大。但是，它可以確保進入管道內的燃氣不會與管道內空氣接觸，不會形成具有爆炸性的混合氣體。因此，此法可靠性好，安全系數高，成功率也高。主干管網天然氣間接置換見圖5^[4]。

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