淺談環(huán)境因素及注氮工藝參數(shù)對(duì)管道氮?dú)庵脫Q的影響趨勢(shì)

趙飛 康濤（四川郝斯特油氣技術(shù)有限公司，四川成都610041）

0 引言

近兩年隨著國(guó)內(nèi)幾大主要天然氣管道（中緬天然氣管道、西氣東輸一、二、三線）的焊口隱患排查和中俄東線北段的投產(chǎn)，管道氮?dú)庵脫Q作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境由南向北、至西向東，有高原、有山區(qū)也有平原。各現(xiàn)場(chǎng)亦是復(fù)雜多變。在環(huán)境因數(shù)不斷地改變下，掌握環(huán)境因數(shù)改變對(duì)管道氮?dú)庵脫Q氮?dú)庥昧康挠绊戁厔?shì)，能夠更加準(zhǔn)確地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的液氮備用量、置換參數(shù)的計(jì)算起到指導(dǎo)作用，避免氮?dú)獗居昧坎蛔慊蜻^(guò)量，既能保證現(xiàn)場(chǎng)施工的必要性和連續(xù)性，同時(shí)也能節(jié)約氮?dú)獬杀竞唾Y源。

1 環(huán)境因數(shù)對(duì)管道氮?dú)庵脫Q的影響趨勢(shì)

1.1 環(huán)境的溫度因數(shù)的對(duì)液氮用量影響趨勢(shì)

標(biāo)準(zhǔn)狀況下（溫度為273.150K 和壓強(qiáng)為101.325KPa）。液氮?dú)饣w積的換算（以理想氣體作為計(jì)算，與實(shí)際存在少許誤差，其目的是分析溫度的影響趨勢(shì)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)施工）見表1所示。

表1 液氮常見參數(shù)換算表

由上述氣體狀態(tài)方程可以得出，在大氣壓力一定的情況下，隨著環(huán)境溫度t 不斷變換，1 體積的液氮?dú)饣縑 也隨之變化，變化趨勢(shì)隨著t增加，V也隨之增加，反之亦然。這就對(duì)我們?cè)诓煌h(huán)境溫度下作業(yè)施工的液氮用量產(chǎn)生一定的影響，即環(huán)境溫度t升高，液氮用量減少。這種影響在溫差大、工程量大的工況下更加明顯。氣化量與環(huán)境溫度對(duì)關(guān)系見圖1所示。

圖1

1.2 環(huán)境的大氣壓力因數(shù)的對(duì)液氮用量影響趨勢(shì)

由式1可以得出當(dāng)環(huán)境溫度一定時(shí)，隨著大氣壓力P降低，氣化量V增加，即液氮用量減少。同時(shí)大氣壓P降低，一方面天然氣放空時(shí)能夠放的更加徹底，另一方面在氮?dú)馔苿?dòng)天然氣（或空氣）到大氣所需要的背壓也會(huì)相應(yīng)減小，由于氣體的壓縮性很強(qiáng)，背壓的減小能夠很大程度上減少氮?dú)獾挠昧俊Ｏ喾慈绻?dāng)?shù)卮髿鈮焊撸獨(dú)馔苿?dòng)天然氣（或空氣）到大氣所需要的背壓也會(huì)相增加，那施工所用的液氮也相應(yīng)的有所增加。

影響大氣壓力的因數(shù)也是多種，而這些因數(shù)通過(guò)影響大氣壓力進(jìn)而間接的影響著液氮用量：如海拔高度升高，氣壓P 降低，反之亦然；另外冬季高夏季低；濕度高，氣壓P低，反之亦然；

1.3 天氣因數(shù)的對(duì)液氮用量影響趨勢(shì)

天氣不是直接影響氮?dú)庥昧康沫h(huán)境因數(shù)，但是天氣的陰晴直接影響的是大氣壓力的變化，繼而通過(guò)大氣壓力的變化來(lái)影響氮?dú)庵脫Q施工氮?dú)獾挠昧俊ｊ幱晏鞖獯髿鈮毫Φ停缣齑髿鈮毫Ω撸蚨缣焓┕は噍^于陰雨天但其的使用量會(huì)更高。

2 注氮工藝參數(shù)對(duì)管道氮?dú)庵脫Q的影響趨勢(shì)

2.1 注氮速度對(duì)管道氮?dú)庵脫Q液氮用量的影響趨勢(shì)

通過(guò)氮?dú)馔铺烊粴猓ú患尤魏胃綦x裝置），氮?dú)獾淖⑷胨俣仁且粋€(gè)比較重要的參數(shù)，選取氮?dú)庾⑷胨俣鹊闹饕驍?shù)：

一是確保混氣量最少。根據(jù)資料，無(wú)量綱理查德系數(shù)R#是判斷兩種氣體是否存在分層的現(xiàn)象的一種方法，其計(jì)算公式為：

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)理，查德系數(shù)在1-5 對(duì)應(yīng)的混氣量是可以接受的，速度越大，理查德系數(shù)越小，出現(xiàn)分層的可能性就越小。

二是確保合理的置換時(shí)間。從《天然氣管道運(yùn)行規(guī)范》（SY/T5922-2012）,速度不超過(guò)5m/s；在保證實(shí)際作業(yè)可行的情況時(shí)，氮?dú)庾⑷朐娇煸胶谩?/p>

三是考慮注氮設(shè)備的注入能力，選擇置換速度，需考慮注氮設(shè)備的注入能力。

結(jié)合以上三點(diǎn)綜合得出：在不超過(guò)5m/s 的情況下，以注氮設(shè)備的最大能力、最快速度注氮；這樣產(chǎn)生的混氣量最小，能夠有效的節(jié)約液氮；相反如果注氮設(shè)備的注入能力有限，置換過(guò)程中產(chǎn)生的混氣量就很大，使用的液氮量也會(huì)隨之增加，那實(shí)際工程上就要準(zhǔn)備充足的液氮富裕量；

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)管道氮?dú)庵脫Q環(huán)境因數(shù)的影響，通常是多種因數(shù)同時(shí)綜合一起影響其現(xiàn)場(chǎng)施工，本文只是對(duì)每單一因數(shù)對(duì)氮?dú)庥昧康挠绊戁厔?shì)做了簡(jiǎn)單的分析。而在實(shí)際施工中其影響因數(shù)交叉影響，除了對(duì)單一因數(shù)的影響趨勢(shì)進(jìn)行分析外，還需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境將其眾多因數(shù)進(jìn)行綜合分析，這樣就能滿足施工的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

針對(duì)注氮速度等工藝參數(shù)對(duì)氮?dú)庵脫Q的影響，從工程效率的角度考慮：在不超規(guī)范時(shí)，盡量以選取大排量注氮設(shè)備，以最快的速度注氮，既可以節(jié)約液氮資源，也可以縮短施工時(shí)間，這對(duì)類似搶險(xiǎn)的置換任務(wù)十分重要。但從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)考慮，通常大排量的注氮設(shè)備，費(fèi)用相對(duì)較高，可能節(jié)約的液氮產(chǎn)生的費(fèi)用根本不足以支付這種大排量注氮設(shè)備產(chǎn)生的費(fèi)用。因而在注氮速度的選取時(shí)（其實(shí)就是注氮設(shè)備的選擇），這就需要實(shí)際情況，進(jìn)行綜合考慮效率與經(jīng)濟(jì)效益取舍或結(jié)合，