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氮气置换方案

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2020年4月19日
文档仅供参考
氮气置换技术方案
1 编制依据
1）《氮气置换要求》
2） SY0401－98《输油输气管道线路工程施工及验收规范》
3） SY/T5922- 《天然气管道运行规范》
4）国家和行业现行的有关规定、规范和验收标准
5） 同类工程施工经验
2 质量保证计划
2.1.1所标记的标准制品（可燃气体检测仪）的现有产品在类似工程中有满意的性能记录，产品符合技术规范。
2.1.2 根据进行的工作，不论完成到什么程度，随时接受项目监理的检查。
2.1.3 随时准备接受质量管理部门对工程质量的检查。
2.1.4 对管道工程中置换接口的施工，按业主、监理指定的焊接工艺规程的要求进行。
3 质量控制要点及要求
3.1置换不留盲端，在所有的气头检测点2分钟内每隔30秒检测1次，连续三次检测，每次检测仪检测到可燃气体量均在1％以下，且保持一致。
3.2 注氮量以管线和设备有氮气压力≥0.02MPa为准，最终保持稳定。
3.3注氮温度、速度严格控制，满足《氮气置换技术要求》。
3.4可燃气体检测仪有校验证书记录设备系列号。

置换质量控制流程图连接流程
注入氮气
封闭管线
末站监测，放空
巡线，各站点监测
检查各连通阀门是否关严，阀室球阀是否全开，各连接流程做严密性试验，合格后进入下道工序。
根据施工方案计算好的用氮量和损失量，准备充分的氮气，根据管径和氮气温度控制注氮速度。
在沿线各个阀室用测氧仪检测氧气的含量，以确定氮气含量和氮气到达的位置，以每个测试点氧含量2%为合格。
在氮气到达末端后，封闭末端并打开放空阀门，同时检测氧气浓度，氧气含量2%后，充氮置换合格，关闭放空阀，停止注氮。

4 施工部署
施工指导思想
我们的置换施工指导思想是在确保符合QHSE相关要求下，不惜一切人力物力，视项目建设所需，确保工程质量达到要求，确保干燥置换施工进度按计划和项目总体要求进行。
根据项目输气支线工程特点，我们制定出如下施工总部署：
1）根据各工序特点，合理安排施工步骤，使各工序环环紧扣先全部完成线路的降压放空，再进行充氮置换。
2）合理调配施工人员和设备
在置换施工时实行各工序流水线作业，逐段推进的方式。准备工作如场地清理平整、平整，设备倒场就位、流程连接、注氮工作分别交给专门机组完成。可燃气体检测由检测组独立承担。
5 总体施工方案
5.1 总体施工流程
施工准备
安装设备
管线降压、放空
全线充氮置换
清理现场、交工验收

5.2置换开展的必要条件及准备
1. 全线路天然气降压、放空。
2. 临时用地、施工审批等各项手续办妥；临时用电、工农关系等协调完毕。
3. 置换的设备、机具、仪器、人员就位，流程连接完毕。
4. 必须接到本次动火连头现场领导组的指令方可进行施工。
5.3全线路管线、阀室及站场管网、装置充氮置换天然气
1 充氮置换目的
因新建管线H1桩至万通化工管道即将投产，须与临港分输站至成城沥青计量站段老管道连通，但由于老管道内天然气是易燃气体，若直接进行动火连头施工作业，必将产生爆炸造成事故，为了避免造成不必要的损失，保证连头作业在安全的条件下顺利进行，需要在连头作业前对管中天然气进行充氮置换。
2 全线充氮方案
根据《氮气置换技术要求》，采用无腐蚀、无毒害的惰性气体作为隔离介质，采用无隔离清管器方案及“气推气”方式。 天然气
氮气头

3 注氮的温度、注氮总量、流量流速和所需时间
a.液氮气化后进入输气管道之前经加热装置至5℃~15℃之间，以防低温损伤管线。
b.注氮总量的确定
临港工业用户支线二期工程输气管道氮气置换填充所需氮气量为在0.02MPa，10℃状态下充满整个线路工程线路管道、阀室、站场管道体积所需用的量。
为了确保输气管道氮气置换填充能顺利、彻底，氮气注入量考虑如下损失量：
a) 注氮期间氮气和天然气之间会发生混合，氮气会有混气量，造成氮气段的减量。
b) 站场置换放空耗费的氮气量
根据我公司以往施工经验，由上述原因引起的氮气损失量30%考虑。
每充氮管段氮气用量（Nm3） = 该段管道总容积（m3）×（1+30%）
临港分输站—鸡啼门阀室管道Ø660×12.146KM用氮量+临港分输站—BP、成城沥青计量站Ø323×7.5KM用氮量
{3.14×（0.66÷2）²×12146+3.14×（0.323÷2）²×7500}×（1+30%）=
（4153+612）×130%=6194m³
理论计算液态氮置换常温、常压氮气量：800m³/T，依据我公司施工经验按700m³/T计算
所需液氮量：6194÷700=8.85吨
考虑到连头后还将进行全线路置换我公司一次购买14吨氮气，如若因连头施工时间过长或其它意想不到原因造成氮气量增加，我公司与氮气供货商已达成协议，可提前4小时联系氮气，3小时氮气车到场。
c.氮气流量流速计算
我公司采用的氮气汽化器汽化能力为600m³/h，即氮气汽化器出口流量为600 m³/h，在Ø660管道内流速为
d.全线路首次置换合格时间为
6194m³÷600m³/h=10.3h
4 充氮置换程序
临港工业用户支线二期工程氮气置换线路示意图
注氮点1
调压橇汇管V-0603
注氮点2
（进站汇管V-0601）
临港分输站
氮气浓度检测点
（上游压变根部阀）
南水沥阀室
氮气浓度检测点
（下游压变根部阀）
鸡啼门阀室
BP计量站
成城沥青计量站
氮气出口检测点
（调压撬排污口）
氮气出口检测点
（调压撬排污口）
氮气浓度检测点
（撬体排污口）
万通化工
调压计量撬
氮气浓度检测点
（撬体排污口）
富华复材
调压计量撬
氮气浓度检测点
（撬体排污口）
亚德利玻璃
调压计量撬
H1桩动火连头点
南水沥阀动火连头点

因临港分输站至成城沥青计量站管径小、里程短（详见临港工业用户支线二期工程氮气置换线路示意图），临港分输站调压橇后汇管V-0603上的清扫预留作为注氮点；可先选择从临港分输站注入氮气，分别在BP计量站、成城沥青计量站排污管处进行氮气检测，（计算置换达标时间约为3.14×（0.323÷2）²×7500=612m³×130%÷700m³/h=1.13h）约68分钟后达到合格。
然后进行临港分输站进站汇管V-0601注氮点注氮，在鸡啼门阀室下游、南水沥上游压变根部阀处进行氮气检测；(计算置换达标时间约为3.14×（0.66÷2）²×12146=4153m³×130%÷700=8.4h)约8.4小时置换达标。
由一台氮气车、一台汽化器分别由氮气注入口向两边主线路置换，在沿线阀室、计量站氮气检测点，分别由业主及施工单位负责检测人员检测可燃气体浓度达到1%以下，合格后关闭各阀室内放空阀，关闭各计量间计量橇放空及排污阀门。我单位根据连头施工需要随时准备填充氮气，氮气充分保证需要量。等待HI桩动火连头、南水沥阀室改造连头作业施工完毕再次进行注氮。
6、清理现场、交工验收
完成所有注氮工作后，恢复现场流程，做好场地卫生清理工作。
向项目部提交综合报告及相关资料申请验收。
7、 氮气置换施工的人员、机械设备配置：
机组名称
数量
人员组成及数量
配备
职责
施工准备组
1
电（火）焊工1人
管工1人
力工2人
司机2人
指挥车1辆
工程车辆1辆
负责施工前的准备工作，包括设备搬迁、倒场、流程连接及其它辅助工作等工作
氮气车操作组
1
氮车操作手2人
力工2人
液氮车1台
负责充氮置换过程液氮车的运行、维护和液氮气化、充氮操作
监测组
2
氧浓度检测人员2人
质检员1人
司机1人
监测车1台
测氧仪2套
负责充氮置换过程中气体的检测

为充分利用各种资源，根据施工现场情况对各施工机组进行临时调配，对施工人员进行临时调配。
8施工及检查技术措施
8.1 氮气置换技术要求
1）用于填充置换的氮气纯度应在99.95%以上。
2）置换开始前应确保每一注氮口、每一注氮管段所需的氮气足量及时供应，置换期间不得中断注氮。
8.2注氮要求及注意事项
1）注氮作业现场周围设20米范围警戒区，并设置明显警戒标志，与注氮作业无关的人员严禁入内。
2）联系氮气源及运输车辆，安排注氮车及其它设施的停放位置，根据现场实际决定所需注氮的机具、材料，提前做好准备工作。
3）注氮车加热装置氮气出口温度范围为5~15℃。 根据注氮速度及温度要求，液氮车配备与注氮车匹配的加热设施及其它附属设施。
4）根据现场实际情况提前加工制作好注氮接头，拆卸与之有关的管段，临时注氮流程和注氮接头安装工作完毕。
5）液氮车必须加带防火帽，工作人员必须遵守相关的各项安全规定。
6）保持现场通风，防止液氮泄漏造成人员缺氧窒息。
7）禁止触摸液氮低温管线，防止冻伤。
8）做好压力、流量、温度等参数的记录。
9）惰性气体可令人窒息，检测人员要注意空气中的含氧量必须达到18.5%~21%。
10）用氮气进行管道内空气置换时，液态氮气首先经过汽化器—加热器—温度表—临时管线，然后进入主管道。
11）置换用临时管道管径不易小于DN50，若受场地限制，可将临时管道煨制成盘管，温度计、压力表宜安装在靠近氮气车处。
12）安排专人观察温度计的指示温度，充入氮气的温度不得低于5℃，若温度下降较快，减小氮气流量，以保证管道入口处氮气温度不低于5℃为准。
13）选择多个检测点，检测口选择在管道稍高处，且靠近放空口处，检测口在每一条管道支线的末端设一处，在主管道靠近放空口处设一个检测口。
14）氮气置换过程中，在各个检测口处定时进行检测，以确定氮气置换进度，检测时间根据现场情况确定。
15）大容器吹扫可能会导致窜气，吹扫可能扫不清整个容器，可同时在几个放空口进行取样测试以保证达到吹扫要求。
16）末站内未进行置换部分设置明显标志。
8.3 充氮置换的气头监测方法
在管线沿线的阀室设置气头监测点，同时在各站进站处设立气头监测点。
根据情况沿线安排两个监测组，配置两台监测车、两套气体检测仪及监测人员，两个监测组随着氮气气头轮替向前检测。
a. 氮气-天然气混气段气头检测
监测仪监测到可燃气开始从21%下降时，在2分钟内每隔30秒检测1次，连续三次检测结果均不足21%的含氧量时，就认为氮气-空气混气段气头已经到达。
b. 纯氮气气头检测
检测仪检测到可燃气下降到1%时，在2分钟内每隔30秒检测1次，连续三次检测结果一致，就认为纯氮气已经到达。
8.4 氮气置换的验收标准
用氮气分析仪测量管道内含氧量不超过2%为合格。
8.5 基本设备、机具及材料表
施工用基本设备、材料配备一览表
序号
名 称
规格型号
单位
数量
一
主要设备、车辆
1
液氮泵车
NPT360HR15
台
1
2
工程车

台
1
3
运输车
1.5吨
台
1
二
测量仪器、仪表
1
测氧仪
OX-100A
套
2
2
可燃气体检测仪

套
2
3
压力表
量程0~1.6MPa
块
2
4
压力表
量程0~8MPa
块
2
5
温度计
-10~100℃
支
5
三
主要材料
1
液氮
纯度≥99.95%
吨
14
四
其它机具材料
1
电焊工具

套
1
2
火焊割工具

套
1
3
施工工具

套
若干
4
干粉灭火器
5kg
只
4
5
警示宣传标牌

个
8
8.6 主要设备、机具、仪器简介
1）测氧仪

技术指标：
工作环境温度： 1℃-40℃   
工作环境湿度：  ＜85% RH  　　　
响 应 时 间：   ＜30秒  
氧传感器寿命：  十八个月  
精度：    3 级  
测氧范围 ：  0-100% 
分辨力：　 0.1% 
显示方法：　　31/2　LCD 
电源 ： 　  DC　 9V 
外形尺寸：116mm×28mm×76mm
2）可燃气体检测仪
3）氮气车

额定排气量：60Nm3/min
最大排气压力：10MPa
氮气纯度：99.95%

9置换HSE管理措施
8.1置换HSE管理目标
l 突发事故为零
l 人员伤亡为零
l 环境污染事件为零
9.2置换HSE
9.2.1 工作范围
在工作中一切于有关的环保，安全，健康工作。
具体分项可分为充氮工作中的环保、安全、健康。
9.2.2 工作方法
建立HSE管理，并采取有效措施，以使其工作符合在健康和安全等方面。
空气压缩机属于高压设备，在操作中有安全隐患，有专业操作手操作对其它员工进行安全教育防止意外发生。
电焊机用电安全隐患设备，电弧强光对人的身体健康有一定的危害，电焊操作人员应穿好劳动保护装置，协助人员应做好自我保护，无关人员应远离操作现场。
气焊操作存在火灾隐患，非操作人员应严禁使用，氧气乙炔在使用过程中应严禁碰撞，两个气瓶之间的距离应在10米的距离，并有专人安全看护。
检测精密设备应轻拿轻放，在操作过程中应防止有害气体中毒。
在管道置换施工存在有高压风险，有害气体风险，用电风险，车辆安全风险，对于这些高压风险控制要在管线两端放置警示标志，防止非操作人员靠近，还要安排有经验的工人在此操作。对于有害气体风险，有害气体风险主要存在各个阀室和管线的两端，工作人员在操作时要先检测有害气体的浓度，确保工作人员人身安全。对于用电风险，要安排专业电工操作，在操作时要有两名员工在现场，并在用电设备上安装漏电保护装置。对于车辆安全风险，要专车专人操作，严禁她人无证驾驶。
有害气体风险主要存在有氮气和天然气，氮气危险存在于置换作业中，特别是在阀室中，氮气浓度过高会使人产生窒息。在置换时操作人员应站在上风口，在操作时应时刻检测氧气浓度的变化，并通知现场其它人员，若氧气浓度偏低，应撤离现场，并派操作人员查找原因并及时解决。天然气危险存在于投产过程中，
在投产时操作人员应站在上风口，在操作时应时刻检测氧气浓度的变化，并通知现场其它人员，若氧气浓度偏低，应撤离现场，并派操作人员查找原因并及时解决，另外，现场操作人员关闭手机，杜绝一切火种。
车辆安全主要存在运输途中，在车辆管理方面，不单独出车，每次出车需有相关人员押车，无证人员严禁驾驶车辆，驾驶人员避免疲劳驾驶，在连续出车8小时以上应适当休息。
在施工现场安置工序、分区等标示牌，要有安全生产和操作规程牌，在有潜在危险的地方要有明显的安全警示标志，必要时设置安全栏杆，以控制车辆及行人的行动。