謝崇優(yōu)

摘要：本文介紹傳統(tǒng)天然氣置換的局限性，提出抽真空置換的方法，并對抽真空置換的相關工藝進行研究，得出抽真空置換工藝的相關數據以供參考。

關鍵詞：抽真空置換；直接置換法；燃氣置換放散危險性

一、概述

天然氣管道置換作業(yè)因其有一定的危險性，燃氣經營單位向來較為重視。隨著城市綜合商業(yè)體不斷增多，特別是有地下室、半地下室的綜合商業(yè)，燃氣管道置換時幾乎很難找到一個適合直接放散的地方。而且現在的房地產燃氣工程，為了美觀和安全，許多燃氣公司優(yōu)先選擇下環(huán)上行的盤管方式，直接置換難以把地上管網的空氣置換干凈。燃氣管道抽真空置換工藝的研究能有效地解決置換放散難、置換放散不干凈等問題。抽真空置換工藝將會在燃氣置換領域變得越來越重要。本文著重研究新建燃氣管道的置換作業(yè)。

二、目前行業(yè)的置換方法及其局限性

1.天然氣置換相關規(guī)范的要求

《城鎮(zhèn)燃氣設施運行、維護和搶修安全技術規(guī)程》CJJ51-2016中6.2置換與放散中規(guī)定：燃氣設施宜采用間接置換法進行置換，當置換作業(yè)條件受限時也可采用直接置換法進行置換。置換過程中每一個階段應連續(xù)3次檢測氧或燃氣的濃度，每次間隔不應少于5min，并應符合相關規(guī)定。新建燃氣管道的置換作業(yè)，行業(yè)內基本均采用直接置換法——燃氣置換空氣的方式。

2.置換放散空間的局限性

直接置換法因其置換快速而被人們所接受。直接置換法也有其局限性。直接置換法需要有一定的放散空間，放散位置應空曠、通風良好且易于圍蔽管理。現代城市的大多數商業(yè)綜合體、大型商業(yè)用戶，因為其引入管出地后直接調壓，放散口一般設置在調壓箱或引入閥前后。要在用氣點末端進行置換放散，實踐經驗顯示，工作人員幾乎很難找到一個室外的空間以便于直接放散。

3.燃氣管末段的置換局限性

直接放散法放散，部分新建燃氣管道置換難以符合置換要求。為了燃氣管道的安全美觀，現行的地上管網設置優(yōu)先設計為下環(huán)上行，其次才是上環(huán)下行。在下環(huán)上行的盤立管設計中，每條立管末端均處于最高層。而房地產交樓之后，燃氣公司在置換作業(yè)時很難進入業(yè)主的房子進行置換。即使可以進入到業(yè)主戶內，因為需要每條立管末端進行放散，這需要耗費大量的人力物力。

4.直接置換放散的危險性

因為公共管道置換不干凈，在通氣點火過程中，工作人員必須進行戶內置換。戶內置換過程中，工作人員盡量會連接臨時放散管引出室外放散。但是現實操作中，不能夠通過引出室外進行放散情況也客觀存在。當戶內放散管不能引出室外，則工作人員會采用灶具進行放散。灶具放散可導致室內天然氣聚集，現場形成爆炸性混合氣體，存在較高的危險性。如果戶內通風不暢或未對用電設備進行有效切斷，放散混合的可燃氣體易造成閃爆事件。

三、管道抽真空置換試驗方法

1.抽真空置換的原理

根據科學實踐證明，管道的絕對真空是難以實現的。燃氣管道抽真空置換工藝研究的目的是，在滿足規(guī)范要求的前提下，高效率地完成置換作業(yè)。研究人員實踐發(fā)現，管道內即使存在少量的空氣，在置換時與燃氣充分混合依然能達到規(guī)范要求的置換濃度。關于管內殘留的空氣可依據下列公式計算：

（1）PV=nRT

（2）P1V1=P2V2

根據公式可知，如果管道內的真空度不變，隨著被抽真空管道的容積越大，其管內存留的空氣則越多。原則上，管道內真空度越高，后期燃氣置換時將會越干凈。但是考慮到抽真空時間的因素，為了避免耗費大量的時間在抽真空操作上，管道的真空度應根據管容適當調整，管容越大則真空值應越高。

2.抽真空設備工藝流程

為了解決直接置換法的局限性，研究人員進行管道抽真空置換的試驗。在抽真空試驗前，我們抽真空設備作了如下工藝流程設計：螺紋球閥→止回閥→Y型過濾器→真空泵→油水分離器→油水分離器→排氣消音器

抽真空設備的器材包括：止回閥、Y型過濾器、真空泵、油水分離器、排氣消音器、真空表（2個）、發(fā)電機、二級電箱、管道連接管（膠管或不銹鋼波紋管）。真空泵一般會自帶一個真空表。如果沒有，則分別在新建管道前后適當的位置分別安裝一個真空表，以觀察抽真空過程中管道內的真空度。

3.抽真空的操作方法及試驗參數

新建管道抽真空試驗前，應先對已驗收合格的管道進行掛壓測試，以檢驗被置換管道的氣密性是否合格。管道氣密性檢測合格后，先將新建管道內氣體排放完畢，并用氣體檢測儀（PM4）檢測管道內是否含有燃氣。因為目前市場上的真空泵均不防爆，為了抽真空作業(yè)的安全，原則上不得在管道內有燃氣時安排抽真空作業(yè)。氣體檢測合格，按工藝流程圖在調壓箱出口閥門后的放散口位置連接抽真空設備。

研究人員經過反復的試驗發(fā)現，當管內真空度達到-0.06～-0.08MPa時，進行置換作業(yè)管道內的燃氣濃度基本能符合規(guī)范要求。

管內真空度達到設定值后，作業(yè)人員進行開閥操作。這里需要十分注意，由于管內真空度較高，相對壓差會變大，開閥門時應該盡可能緩慢，開閥宜控制在5～10分鐘，具體因視被置換管道管容量調整，可通過壓力表或氣流通過閥門的聲音來判斷壓差情況。

當壓力平衡后，在管道末端（無法在管道最末端則找最靠近管道末端的放散口）進行氣體檢測，檢測氣體的天然氣濃度和加臭劑含量是否符合規(guī)范要求。即燃氣濃度測定值大于90%，加臭劑含量大于15g/L。在試驗操作期間，當管道內真空度達到0.06～0.08MPa，置換平衡后，有部分管道需在管道末端排放20秒左右才能達到置換的要求。之所以會出現這種情況，一則是因為抽真空后管道內遺留的少量空氣，二則是因為在抽真空完成后開閥過程過于快速，使得管道內空氣全都擠壓管道末端。

4.管道抽真空置換的不足之處

首先，按目前市場上銷售的真空泵來看，真空泵均未有防爆設置。如果管道內有燃氣，特別是在閥門內漏的情況下，使用真空泵進行抽真空作業(yè)就可能存在著閃爆或者燃氣爆炸的危險。所以在使用真空泵抽真前，應檢查管道內是否存留燃氣。在抽真空作業(yè)過程中，也應該安排人員用氣體檢測儀檢查抽出的氣體，以確?，F場作業(yè)安全。

其次，真空泵功率和抽氣速率對抽真空工藝的時間影響大，但目前市場上的真空泵功率較低。試驗采用真空泵的功率為750W，抽氣速率為14.4m3/h。因為管容的不同，抽真空時間也不一樣。為了節(jié)省作業(yè)時間，研究人員在管道前后兩端用兩組設備進行抽真空作業(yè)以加快抽真空的速率。

四、結論

（1）本文提供了新建燃氣管道抽真空設備工藝流程圖，介紹了抽真空置換原理。抽真空置換的方法能解決現有置換方法的弊端，且操作簡單、安全，易于在城鎮(zhèn)燃氣企業(yè)中推廣使用。

（2）研究人員經過反復的試驗，當新建燃氣管道內的真空度達到-0.06MPa～-0.08MPa時進行燃氣置換，燃氣管內天然氣濃度基本滿足置換要求.

參考文獻：

[1]中國城市燃氣協會.《城鎮(zhèn)燃氣設施運行、維護和搶修安全技術規(guī)程》CJJ51-2016.中國建筑工業(yè)出版社

[2]沈維道、童鈞耕.《工程熱力學》第4版.高等教育出版社