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第27卷第l2期天然气工业

输气管道投产置换注氮量计算方法*

薛继军张鹏云王俊奇。

(1．西安石油大学机械212程学院2．长庆石油勘探局油气技术综合服务处3．西安石油大学石油212程学院)

薛继军等．输气管道投产置换注氮量计算方法．天然气工业，2007，27(12)：133—135．

摘要目前，国内管道投产置换过程中所需氮气量主要根据经验确定，存在较大的盲目性，导致天然气管道

投产成本较高，安全风险较大。为此，以长呼管道(长庆气田至呼和浩特市)为背景，对其投产置换过程中管道内空

气段、氮气段和天然气段的紊流扩散情况进行了多工况数值模拟，并对模拟计算结果进行多参数拟合，从而推导出

投产置换过程中气体混合段长度以及注氮量的计算公式。将计算结果与现场试验数据对比可以看出：提出的混合

段长度和注氮量计算公式具有较好的预测准确性。

主题词天然气管道投产注氮气置换技术计算方法

投产置换是天然气管道建成后投入运行前的一气东输工程投产液氮用量达250t。基本上以高氮

个关键步骤。通过这一过程排出管道中的空气，引气用量来确保投产安全，造成了较大的浪费。

入输送的天然气，其难点在于如何有效地隔离空气笔者以长呼管道为背景，对其投产置换过程中

和天然气，防止它们在管道内形成可爆炸的气体混管道内空气段与氮气段的紊流扩散情况进行多工况

合物，同时还要求工程费用低、操作简单。目前采用数值模拟，通过对模拟计算结果的多参数拟合，推导

较多的置换方法是：在注入天然气之前，先注入一段出投产置换过程中气体混合段长度以及注氮量的计

惰性气体，将天然气与空气隔离，以阻止天然气与空算公式。经实例验证，计算结果与现场试验数据基

气直接混合，达到安全操作的目的_】]。当置换段出本吻合，具有较好的预测准确性，可为合理确定用氮

口处惰性气体中空气含量低于2时，即满足天然气量提供理论依据。

管道安全投运的条件，管道置换合格[3]。

一、注氮量的计算方法

该置换工艺不使用隔离器，使空气、氮气和天然

气在管道中自然形成3个区域。其运行速度靠天然1．投产置换过程气体混合长度计算

气供气压力与管道出口压力(通常取当地大气压)以长呼天然气管道投产为背景，用工程流体力

差来控制[4]。缺点是在置换过程中会发生空气与学软件FLUENT对天然气投产置换过程中空气段

氮气、氮气与天然气间的扩散，且扩散速度受置换速和氮气段的紊流扩散情况进行多工况数值模拟，具

度、环境温度、管道内气体压力及管道长度等因素的体参数如下：管道直径0．457m，管道长度16km，进

影响；优点是置换中的流动阻力小，置换速度易控口流速分别取为2．81、3．87、4．7、5．7、6．5m／s，对应

制，受地形及管道安装等因素影响较小，且操作简雷诺数分别为8．79×10、1．19×10、1．49×10、

便，施工成本较低]，是目前比较常用的置换工艺。1．77×10、2．03×10。根据分析，置换长度(L。)、

国内对管道投产置换工艺技术进行系统研究的管径(D)、置换速度()等参数为影响气体混合段长

不很多，国外文献中也没有看到相关技术的系统研度(L)的主要因素，所以，采用无量纲参数L。／D、

究成果。置换过程中所需氮气量主要依据人工经验L／D、Re，对数值模拟计算结果进行多参数拟合，拟

确定，存在很大的盲目性。如长宁线(长庆气田至宁合结果如图1所示。

夏银川)280km管道投产用液氮10t；长呼线(长庆由于置换过程是典型的非稳态紊流扩散现象，

气田至呼和浩特市)500km管道投产用液氮20t；西数值模拟过程中时间步长对L／D值的计算结果有

*本文为长庆石油勘