蟻振銳

國家管網集團廣東省管網有限公司

摘要：結合粵東LNG氣源供應方式及外輸管道投產試運行特點，分析探討了天然氣置換方式、升壓調壓方式等，明確了“氣推氣”置換、多點放空及檢測、置換流速及氣量控制、兩級調壓等關鍵控制點，總結了操作經驗和存在問題，提出了建議，為相關工作提供指導與借鑒。

關鍵詞：外輸管道；天然氣；置換；升壓

粵東LNG外輸管道揭陽首站至浮洋分輸站互聯互通段（以下簡稱揭陽—浮洋管段）全長115 km，沿線站場6座、閥室3座，年輸氣能力52.7億立方米。2021年3月，揭陽—浮洋管段順利完成天然氣置換、升壓工作。實踐證明，選擇合適的天然氣置換方式、升壓方式，以及過程中控制好操作關鍵點，是保證管道安全平穩投產試運行的重要環節。

1  管道氮氣封存

管道清管干燥結束后進行氮氣置換，以防止外界濕空氣重新進入管道。充入氮氣純度99.95%以上，當管道內氧氣含量不大于2%且壓力不小于0.02 MPa（表壓）時，表明氮氣置換完成。

2  置換升壓

揭陽—浮洋管段（第一階段投產）主干線升壓過程中同步完成站場管道的置換、升壓，其目的是減少站場壓力控制、提高整體投產效率、及早發現并處理問題。管段及站場、閥室詳情如圖 1所示。

圖 1 揭陽—浮洋管段及站場閥室示意圖

2.1  置換方式確定及關鍵點控制

置換常用兩種方式，一種是在天然氣與氮氣界面間加隔離球，在隔離球后面用天然氣推動隔離球進行置換；另一種是“氣推氣”，即直接向管道內注入天然氣，將氮氣置換成天然氣。置換期間管道中氣體界面分別為天然氣—氮氣混氣段氣頭（第1個氣頭）和純天然氣段氣頭（第2個氣頭）。

氣體流速是決定混氣段長度的主要因素，當氣體流速保持在3 m/s～5 m/s時，氣體處于紊流狀態，能最有效控制混氣段長度，減少天然氣置換用量。國內投產較早的天然氣長輸管道，基本都采用加隔離球方式，但隔離球在運行過程中容易與管道內壁摩擦造成漏氣，且實際操作中隔離球運行速度難以控制，從而延長了混氣段。據此，本次采用氣推氣置換方式。

置換氣源由粵東LNG接收站蒸發氣體（BOG）經壓縮（CNG）后注入管道，流量約8300 m3/h，氣體流速約3.8 m3/s。按照Q/SY 0356―2012《天然氣管道試運投產技術規范》要求，管道檢測點連續3次檢測的甲烷體積分數達到1%時，說明天然氣—氮氣混氣段氣頭已到達。連續3次檢測的甲烷體積分數達到80%時，說明天然氣段氣頭已到達，多點檢測全部合格判定全線置換合格。

2.2  升壓方式確定及關鍵點控制

鑒于粵東LNG接收站高壓外輸泵出口壓力約9.3 MPa，為防止投產時壓降過大而產生冰堵，采用兩級調壓、分段穩壓方式。升壓分為1 MPa、3 MPa、5 MPa、7 MPa、9 MPa五個階段，各升壓階段穩壓時間均為24小時。具體步驟如表 1所示。

為滿足快速啟動高壓泵和管道升壓速率要求，選擇潮南清管站作為調壓點，通過截止閥（GL1101）進行節流控制。

天然氣壓力每降低1 MPa其溫度降低約3 ℃～5 ℃（本次取值4 ℃），節流后的天然氣最低溫度要求在0 ℃以上，故截止閥前后壓差不宜超過4 MPa；當管段主干線升壓至5 MPa時，不再用截止閥進行節流控制。

考慮到粵東LNG接收站高壓外輸系統及配套外輸管道同時投產，為滿足粵東LNG接收站高壓泵運行要求，要求高壓泵出口背壓不低于4 MPa。由CNG提供氣源將主干線揭陽首站至潮南清管站段升壓至5 MPa，為下一步啟動高壓泵運行建立背壓。

3  小結

（1）多點放空多點檢測，提高天然氣置換效率。當天然氣—氮氣混氣頭到達上一個站場/閥室時，關閉該站場/閥室主干線放空流程，同時保持下游兩個放空站場/閥室的主干線放空流程處于打開狀態。多個檢測點多次檢測，有效判定置換完成。本次置換天然氣流速約3.5 m/s，天然氣置換用氣量21.38萬立方米，比計劃用氣量減少0.97萬立方米。

（2）兩級調壓、分段穩壓，升壓效果較好。以潮南清管站作為調壓控制點，采用兩級調壓、分段穩壓方式，經投產試運行實際驗證，效果較好。

（3）提前解決共性常見問題。一是置換和升壓過程中加強檢漏工作，現場主要采用ppm級激光甲烷遙測儀和噴淋肥皂水檢漏兩種方式，共發現并處理天然氣滲漏點53處。其中引壓管、壓力表接管連接處、法蘭、閥門排污嘴等泄漏38處，占比71.70%。為減少漏點，減少投產作業風險，建議后期新建站場所有儀表及儀表管閥件均應進行嚴密性試驗，運營人員提前介入，現場檢漏并組織施工單位整改發現的漏點。二是置換前管道內封存氮氣壓力不宜超過20 KPa，壓力過高會增加天然氣置換阻力，導致天然氣—氮氣混氣段氣頭到達站場、閥室的實際時間與預計時間出現偏差。

作者簡介：蟻振銳，工程師，2007年至今一直從事天然氣儲運工作，參與國家天然氣基礎設施互聯互通重點工程——粵東LNG外輸管線的建設、生產準備和投產運營。聯系方式：13580232386，yizr@gdngg.com.cn。