近几年，随着社会经济和地方建设的快速发展，每年为了避让各类建设项目需改
线的作业多达 10 余次，在进行新旧管道动火碰口作业
时，一般采用停输带气微正压、停输置换不带气及不停
输带压封堵 3 种碰口作业方法[1]。由于停输带气微正
压作业安全风险大，不停输作业施工**复杂[2]，加之
费用高，在计划性停输碰口情况下，管道氮气置换，优先选用高纯度氮
气（≥99％）将管内置换合格进行不带气动火施
工。采用传统氮气置换方法，因线路截断阀一般与输
气管道埋地全焊接连接，若存在内漏现象，无法实现加
盲板隔离置换彻底，动火碰口点存在带实施的
安全风险。陕西省股份有限公司在不断总结置
换工艺的基础上，采用中间注氮置换方法，有效规避了
线路截断阀内漏带来的作业风险。
1 中间注氮方法与传统方法的对比
1.1 传统注氮置换方法
1.1.1 工作原理
关闭作业段管道两端的线路截断阀，对碰口作业
段管道内进行点火排放，当管内压力达到微正
压（285～1 177 Pa) 范围时，停止放空，将液氮罐车、低
温液体泵、汽化器通过高压软管与站场（阀室）预留注
氮阀门连接好，打开阀门注入氮气，在另一站场（阀室）
打开放空阀排放，并在压力表接口处和碰口点打孔用
可燃气体分析仪持续检测管内含量，管道置换氮气，当浓度小
于下限的 25％时认为置换合格，才能动火
天燃气管道氮气置换
近年来，管道运输建设在我国的发展非常迅速，在此发展过程中长输管道的安全投产置换问题至关重要。据研究，为保证管道置换过程的操作安全，管道 氮气置换，通常选择氮气把输气站及管道内的空气置换出去，因为空气中的含量很容易达到一定极限发生[1，2]。投产置换的关键是怎样有效、科学、安全和经济的把空气从管道中置换出去。当前国内外对混气段规律的研究较少，有关行业对其也没有明确的规范要求，置换投产的操作过程都多凭经验，在这个过程当中存在很大的盲目性，造成了人力、物力及成本的浪费。在本文中模拟了管道投产置换过程，模拟出了混合气体在氮气置换过程中的影响规律，该模拟结果可以更好的运用于实践，为安全生产带来巨大效益。1数值计算1.1计算模型长输管道投产氮气置换过程涉及到氮气的流动、氮气与空气的混合以及氮气推动空气流动，也就是氮气在空气中的对流扩散过程。多相流模型中的混合物要求两相中只能有一相是可压缩的，且不能模拟多相之间的混合流动和反应流动，所以混合模型不合适。通过对各类物质的对流、扩散和反应源的守恒方程的求解，可用FLUENT来模拟物质的混合和运输[3，4]，因此采用化学反应模型中“组分运输模型”(即在不发生化学反应的情况下计算组分之间的相互参混过程)作为长输管道投产氮气置换的计算模型。1.2网格划分长距离管道氮气置换过程中，重力对混合气的影响较小，重力对轴向截面水平方向的影响可以忽略不计，所以本文中FLUENT的模拟过程是二维模拟，计算区域用GAMBIT软件进行网格划分。二维网格的划分可以使用三角形网格(Tri)和四边形网格(Quad)，由于在两种网格的步长几乎相同的条件下，两种网格在解的度、
随着我国管道建设的迅速发展，管
道事故也逐渐增多[1]。管道事故的应急抢修是
针对管道事故的特征采取相应的技术方案，对
事故进行控制并**生产的重要环节，越来越受到天
燃气输运企业的重视。
管道事故的应急抢修一方面要求迅速控制
事故现场，快速**管道正常运行；另一方面
又要求在应急抢修过程中保证施工安全，避免引发次
生事故[2]。因此，在目前的技术手段下，为了提高天
燃气管道事故应急抢修过程的安全性，对于停输换管
等抢修方案，在放空后进行全管段氮气置换成
为一个重要的抢修流程，在川气东送、西气东输等管
道的部分应急抢修方案中得到应用[3-4]。
目前，对氮气置换工艺的研究主要集中在投产阶
段的氮气置换[5-7]，对应急抢修过程中的氮气置换流程
则主要依据施工经验进行选择。但是一方面，管道事
故应急抢修中的氮气置换工艺不同于投产过程，有其
独有的规律与特征：(1)应急抢修对施工时间有特殊要
求，因此氮气置换过程**关注总置换时间；(2)应急
抢修中存在*损点，氮气置换过程有 2 个出口，置换
规律受*损口位置、大小等影响[5]。另一方面，施工
经验依据的是管道稳态输运状态下的静态估算结果，
而吴长春的研究结果[8]表明，长输管道氮气置换，管道气体输送的静态估
算结果与动态模拟过程存在一定的偏差。
因此，本文基于SPS建立了有*损口的长输管道
模型，通过动态模拟不同工艺条件、不同事故条件下
的氮气置换过程，研究应急抢修过程中的氮气置换时
间规律，对应急抢修过程中的氮气置换工艺进行优选。
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