管道氮气置换-念龙化工-管道氮气置换方案

应急抢修中氮气置换SPS模型

根据SPS建模流程[9-11]，单端注氮SPS模型如图

3 所示，整个管段设置阀室 2 座。由于在事故抢修工

况下上下游管道均通过阀室截断，故在模拟氮气置换

过程时，上下游阀室通过截断阀(B_JDF1、B_JDF2)

截断气源进出。注氮阀室通过注氮管线模拟注入氮

气，通过注氮口(E_N2_1)进行流量和压力控制。放空

阀室通过放空管线模拟放空，放空口(E_FK)采用大

气压力和声速限制控制放空流量。通过控制模拟节流

阀(MOOE_1)的开度来模拟*损口当量直径，末端(E_

P5)采用大气压力和声速限制控制泄漏流量。

双端注氮SPS模型如图 4 所示。氮气置换过程中

注氮阀室上下游管线均通过截断阀(B_JDF1、B_JDF2)

截断。两端阀室均通过注氮管线模拟注氮，通过注氮

口(E_N2_1、E_N2_2)进行流量和压力控制。*损口

通过控制模拟节流阀(MOOE_1)的开度来模拟*损口

当量直径，末端(E_P5)采用大气压力和声速限制控制

泄漏流量。

管道事故应急抢修的氮气置换中，单/双端

注氮工艺优化的目标是总注氮时间。通过SPS防

真，燃气管道氮气置换氧含量，各注氮工艺的总注氮时间可以通过测量氮气开始

注入时间与模拟管道内完全被氮气取代时间的

差值获得。

2.1 单端注氮工艺远/近端注氮时间规律及工艺优化

单端注氮工艺的关键问题是选择注氮口位置，即

采用远端注氮或近端注氮。通过单端注氮SPS模型，

对单端注氮过程进行了，固定*损口当量直径，

改变*损口位置距注氮口的距离。以此来研究*损口

位置与注氮口距离对总注氮时间的影响，结果如图 5

所示。

在相同的*损口当量直径下，全管段完成氮气置

换的总注氮时间随*损口与注氮阀室距离的增加而减

少，管道氮气置换，因此，单端注氮时应采取远端注氮工艺。

但值得注意的是，氮气与界面到达*损口

所需时间随*损口与注氮阀室距离的减小而减少。如

果能利用通过*损口一段距离后的氮气隔离管内天燃

气，选择近端注氮的时间更短，且所消耗氮气量也将

大幅度减小。但选用该方案必须确保隔离段氮气长度

足够保证施工期安全，管道氮气置换方案，具体隔离段长度的要求需要进

一步的研究确定，暂不在本中讨论。

2.3 单/双端注氮工艺优化“转换相图”

通过分别研究*损口当量直径和*损口位置对总

注氮时间的影响可知，单/双端注氮方式的选择存在临

界*损口当量直径和*损口位置。以临界点对应的*

损口当量直径与管径的比值为纵坐标，以*损口离注

氮阀室的距离与两端阀室距离的比值为横坐标，可得

如图 8 所示的单/双端注氮工艺“转换相图”。由“转

换相图”可知，存在一条临界“转变”线，*损口特

征位于“转变”线以上区域(A区域)时，选择双端注

氮工艺；损口特征位于“转变”线以下区域(B区域)

时，则选择单端注氮工艺。在B区域内，还存在一

个C区域，*损口当量直径与管径比(*损口孔径比)

小于 9.9%的区域，在该区域内，无论*损口位于何

处，*损口综合特征均处于“转变线”以下，即*损

口孔径比小于 9.9%时，需选择单端注氮工艺。在A区

域内，存在一个D区域，*损口孔径比大于 13.8%的

区域，在该区域内，无论*损口位于何处，*损口综

合特征均处于“转变线”以上，即*损口孔径比大于

13.8%需选择双端注氮工艺。

通过该“转变相图”，工程技术人员可根据*损口

综合特征(*损口距注氮阀室距离、*损口孔径比)查

找相应管道的经验相图选择注氮工艺，有助于工

程技术人员在管道事故应急抢修时快速优选氮气置换

方案，提高氮气置换环节的运行质量。