氮气置换技术在油气田地面建设工程中的应用

摘 要：天然气管道建设是油气田地面建设工程的重要内容,对保证建设安全有有重要作用.本文就氮气置换技术在天然气管道建设中的应用进行了分析,主要探讨了氮气置换的方式和操作过程中的参数控制等问题,对油气田地面建设有一定的参考价值和指导意义.

关 键 词：氮气置换天然气管道建设

中图分类号：TE19文献标识码：A文章编号：1003-9082（2013）11-0158-02

天然气管道建设是地面油气田建设工程的重要内容,为了确保建设安全,通常在天然气管道投产前应利用惰性气体将输气站及管道内的空气置换排空.目前常用的置换气体是氮气,当管道中的空气含量低于2%时,管道可认为是安全的.同时氮气又是极佳的干燥气体,具有很强的吸水性,可以用于管道的干燥.因此研究氮气置换的技术对地面油气田建设有重要的经济和实用价值.

1.氮气置换在天然气管道建设中的作用

天然气是一种易燃易爆气体,当天然气管道使用前,如果管道内存在空气是非常危险的,当空气中天然气的比例达到5%-15%时,混合气体将处在爆炸范围内.为了防治天然气与空气混合造成的安全事故,必须对管道中的气体进行置换.利用氮气进行置换是一种很好的方法,氮气置换可以有效排空管道内的空气,同时保证管道的安全.

2.常用的氮气置换方法

天然气管道中的氮气置换方法包括全线置换和隔离置换两种,具体介绍如下：

2.1全线置换

全线置换又分为分段置换和整体置换两种：

（1）分段置换.分段置换一般应用于5-20KM的长距离天然气输送管道,通常在输气站和阀室或两阀室之间进行分段.置换过程中用制氮车将高纯度的氮气从输气站首站注入,当第一段管道内氮气含量达到98%以上后,即本段置换合格.然后进行下一段的置换,直到全线置换完成,此时继续向管道内注入氮气到压力可以推动隔离器时为止,然后对静止6h后的氮气进行取样检测,连续三次取样若氮气浓度都大于98%,则认为氮气置换合格.

（2）整体置换.整体置换适合距离较短的天然气管道.置换时先打开首站隔离器快开盲板,放入隔离器并关闭快开盲板,然后注入氮气,打开出站阀门并开启末端放空口阀门,利用氮气的推动力使隔离器前进,从而将空气排空.当隔离器到达管道末端时,对管道内的气体取样分析,检验方法如分段置换.

2.2隔离置换

隔离置换可分加隔离器置换和不加隔离器置换：

（1）加隔离器置换.该装置以天然气为动力,以氮气置换空气,在用天然气置换氮气,借助从首站发送两个中间带氮气隔离段的气力器进行控制置换.沿途监听清管器的到达时间,对管内的气体浓度进行检测并记录收发时间,直到置换合格,如图1为加隔离器置换示意图：

图1加隔离器氮气置换示意图

只要置换过程中密切跟踪隔离器的运行状态,同时在各个监测点对空气中的天然气含量进行检测,就可以保证置换的合格.

（2）不加隔离器置换.不加隔离器置换先从首站注入一定量氮气,同时打开出站阀,当氮气到达管道5-6KM时,再向首站发球筒内注入天然气推动氮气前进,当二者的混合气体中氮气浓度经3次检验都大于98%时,可认为置换合格.图2为不加隔离器的氮气置换示意图.

图2不加隔离器氮气置换示意图

2.3各种方法的优缺点比较

一般来说如果管线产时间空置或投产实践不确定时,多采用全线置换方式；当投产时间确定或氮气量不足时可选择隔离段置换方式.加分隔器置换适合地形简单且管道转弯较少时使用,优点是可以减少混气量,保证置换质量,缺点是所需氮气量较大,对地形复杂地区难以适用.不加分隔器置换安全可靠、操作简单、适应性强,同时可以消除由于清管器对管壁造成的磨损等影响.

3.氮气置换过程中应注意的问题

氮气置换是一个复杂的过程,其中涉及到许多参数的设定,如注氮的温度、压力、充其量以及充气速度等,只有解决好这些问题,才能保证置换的合格.以下就氮气置换过程中应注意的问题进行了详细的介绍：

（1）注氮地点的选取.对于天然气管道进行氮气置换时注氮口只有一个,所以注氮地点应选择在首站,氮气按照顺气流方向进行置换.

（2）注氮温度控制

氮气置换一般情况使用的是注氮车中的液氮,由于温度较低,所以还需要对液氮进行加热处理.加热时应选择大小合适的氮气蒸发器,若太小可能会造成出气温度太低或过液危险,太大则又会造成浪费并受场地的限制.为了保证氮气置换过程中管道不受破坏,所以输入进天然气管道内的氮气温度应控制在5-15°C之间.

b为两种气体密度,kg/m3.

在实际置换时,为了确保混气段最小,天然气置换氮气再置换空气段的速度v≥2.07m/s.

4.总结

虽然氮气置换在国内已有不少成功操作实施的经验,但是其置换的操作参数的确定大多都是根据实践应用和经验取得,至今在某些领域还没有准确量化,如注氮速度、气段长度的准确计算还需要进行深层次的理论研究与计算.