然气管道投产过程中有许多置换方法，其中常采用的是无隔离器氮气置换。目前，对于氮气置换混气规律的研究还处于发展阶段。以一维对流扩散方程为基础讨论了氮气置换模型中３种范宁摩擦系数对混气规律的影响，分析了一维模型中各种范宁摩擦系数适用的条件，同时对氮气置换过程的二维混气模型进行了初步论述，并对两种模型的适用条件进行了比较。 关键词 氮气置换 一维模型 范宁摩擦系数 二维模型 ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－３４２６．２０１２．０５．０２１ 置换过程是管道投产的关键技术，其技术难点在于安全、、科学、经济地将管道内的与空气进行隔离，以防止形成性混合物。虽然，近几年国内管道相继建成投产，但是对置换工艺技术尚没有进行系统的研究，相关技术规范也没有提出明确的要求。国外文献资料中也缺乏置换工艺技术相关的研究成果，因此对置换过程中混气规律的研究显得越发重要［ １］。科学认识混气过程，合理确定混气模型在置换过程中起着举足轻重的作用。 １常用置换方案 管道投产过程中常用的置换方法有加隔离器氮气隔离置换、不加隔离器氮气隔离置换和加隔离器无氮气置换３种［２－４］。清管器在管内运行阻
1.2.1 工作原理
若碰口作业段管道两端的线路截断阀均存在内漏
现象，采用传统氮气置换方法，在置换过程中内漏的天
燃气和氮气发生混合，无法---氮气置换---，动火作
业安全风险---。通过对中间注氮的可行性分析，陕
西省股份有限公司研制了一种用于管道
置换的不动火开孔注氮装置[6]。
该装置在管道下周设置两个可拆卸的、与管道管
径相匹配的 u 形卡，管道 氮气置换，u 形卡上部的直杆端固定有平台
形的支架，支架与管道间设置密封弧块，支架和密封弧
块上均开设有上大下小的同心台阶孔；支架边缘设置
凸出部分并固定有防爆台钻，防爆台钻上设置的进口
开孔钻中心与支架和密封弧块上的同心台阶孔中心重
合，在管内压力低于 500 pa 时，2 min 内实现不动火开
孔，管道氮气置换，开孔完成后，安装一螺纹阀门，与注氮软管 5 min
内实现注氮连接，由管道中间分别向两端进行氮气置
换，燃气管道氮气置换，---了动火碰口点不带，管内形成较长段的
氮气气封与内漏的隔离。
力在不断地变化，因此清管器运行速度难以得到控制。结合国内西---、涩宁兰等输气管道投产经验，可知加清管器置换并未达到隔离气体、减少混气量的目的。根据实践经验对这３种输气管道置换方案应用效果进行对比总结，各种方案的优缺点如表１所示。 表１ 常用置换方案比较表方 案 优 点 缺 点 加清管器有氮气置换 各组分彼此独立；系统置换安全；技术操作难度低 氮气需求量大，费用高；受地形等因素影响大，易增加混气长度 无隔离器氮气置换 与空气隔离，安全；速度易控、操作简单、费用低；受地形及管道安装影响小；有利于保持管道干燥程度 管道每个区域没有相对的独立性；扩散速度受压力温度和置换速度影响 加隔离器无氮气置换 比较经济；清管器能清除管线内污物；便于了解管线内部的实际情况 不易操作，操作复杂； 危险系数较高，投产时间长 ２一维氮气置换模型 管道在置换过程中，由于两种气体存在着速度梯度和浓度梯度，在分子扩散和对流扩散的作用下（主要是对流作用），在接触界面会发生传递，即混气，管道氮气置换，如图１所示。 由于管道的直径和长度相比可以忽略不计，所以可以假设沿径向分布均匀，并且不存在径向浓度梯度。将空气视为单一物质，用一维对流扩散方程描述管内断面混气平均浓度分布，其方
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