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)的开度来模拟破损口当量直径，管道氮气置换，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。破损口
通过控制模拟节流阀(MOOE_1)的开度来模拟破损口
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。
管道氮气置换
2.3 单/双端注氮工艺优化“转换相图”
通过分别研究破损口当量直径和破损口位置对总
注氮时间的影响可知，单/双端注氮方式的选择存在临
界破损口当量直径和破损口位置。以临界点对应的破
损口当量直径与管径的比值为纵坐标，以破损口离注
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，管道氮气置换，存在一条临界“转变”线，破损口特
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，破损口当量直径与管径比(破损口孔径比)
小于 9.9%的区域，在该区域内，无论破损口位于何
处，破损口综合特征均处于“转变线”以下，即破损
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，破损口孔径比大于 13.8%的
区域，长输管道氮气置换，在该区域内，无论破损口位于何处，破损口综
合特征均处于“转变线”以上，即破损口孔径比大于
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破损口
综合特征(破损口距注氮阀室距离、破损口孔径比)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。
氮气干燥原理和干空气干燥原理相同 ，它们 大区别在于氮气的含湿量比干空气含湿量低得多 ， 氮气带走管道内残留水的速度比干空气快得多。液 氮经汽化加热后 ，其中水分含量低于 1 ×10 - 6 ，相当 于 - 75 ℃时对应的水分含量 ;而为 - 40 ℃的干空气对应水分含量为 126. 8 ×10 - 6 (实际上 ，燃气管道氮气置换方案， 在现场施工过程中干空气的低于 - 40 ℃是较 难实现的 ，有的则直接用压缩空气来充当干空气) 。 干空气干燥系统主要由高压大排量移动式空压机、 风冷型空气冷却器、微热变压吸附式再生空气 干燥器、粉尘过滤器、便携式仪、清管器等设备 组成[5 - 6 ] 。设备多 ，噪声大 ，干空气流量相对较小 ， 作业时间长。氮气干燥所需机具设备有 :液氮槽车、 车载空气汽化器、水浴式加热炉、发电机、便携式露 店仪、清管器等。与氮气置换设备相比 ，只需增加便 携式仪 ，具有设备少 ，噪声小 ，氮气流量大 ，作业 速度快的优点。采用液氮汽化氮气干燥工艺 ，管道 干燥与氮气置换一并进行 ，既可减少工期 ，又可降低 工程***。
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