管道置换与运行投产方案设计

管道置换与运行投产方案设计
目录
1总则 (3)
1.1编制说明 (3)
1.2编制依据 (3)
1.3编制原则 (3)
1.4本工程采用的技术规范 (4)
2 工程概况 (5)
2.1综合说明 (5)
2.2施工场地条件 (5)
2.3实施条件 (5)
2.4工程的难点、重点说明 (6)
3施工准备 (7)
3.1技术准备 (7)
3.2物资、劳动力组织准备 (7)
3.3施工现场准备 (7)
3.4降低成本的措施 (7)
4施工技术方案 (8)
4.1投产程序 (8)
4.2投产置换必须具备的条件 (8)
4.3天然气管道投产置换 (8)
4.3.1注氮与封存 (8)
4.3.2界面检测定义 (9)
4.3.3安全流速 (9)
4.3.4注氮量的确定 (10)
4.3.5注氮作业要求 (10)
4.3.6氮气置换与天然气置换 (11)
4.4站场与线路 (12)
4.4.1管线 (12)
4.4.2站场工艺与设备 (12)
4.4.3电气系统 (13)
4.4.4消防与火灾检测报警系统 (13) 4.4.5仪表、自控系统 (13)
4.5站场的隔离 (13)
5施工组织机构与施工人员配备 (14) 5.1管理机构及质量、安全保证系数 (14) 5.2项目部主要施工及管理人员 (14) 5.3施工队伍建设 (15)
6投入该工程的施工设备 (16)
7施工进度计划及保证工期措施 (17) 7.1施工进度计划 (17)
7.1.1施工进度计划的编制依据 (17) 7.1.2施工进度计划 (17)
7.2工期保证措施 (17)
7.2.1组织措施 (17)
7.2.2技术保证措施 (18)
8各项管理及保证措施 (19)
8.1工程质量保证措施 (19)
8.2安全技术保证措施 (19)
8.3环境保护措施 (19)
8.4工程文明施工保证措施 (20)
9现场临时用电、用水设计方案 (21) 9.1临时用电注意事项 (21)
9.2临时用水、泄水事项 (22)
8施工平面图 (23)
10.1施工平面布置的要求 (23)
10.2施工平面布置图 (23)
1 总则
1.1 编制说明
天然气管道投产采用氮气置换投产方式进行。

氮气置换投产程序为：站间清管、站间及站内管道干燥→投产前准备工作→注氮气→管道、站间和阀室的氮气与天然气的置换→全线升压和检漏→向下游用户试供气。

本工程为高压天然气管道，工程的目的是对管道进行验收投产设计，在保证管道质量与安全标准的前提下，减少由于施工工程不合理造成的危害，降低成本。

本设计以《长虹路高压天然气管道工程施工》的要求和设计参数为根据，编制时对施工准备、施工技术防范及施工方法、施工组织机构和施工人员配备、机械设备的选择、施工进度计划及保证工期措施、各项管理和保证措施、现场临时用电、水设计方案做了充分考虑，突出了其科学性、实用性和经济性。

1.2 编制依据
（1）《输油输气管道线路工程施工及验收规范》SY0401—98 陈允仁
（2）《油气储运建设工程手册》中国建筑工业出版社陈允仁、高祁编（3）《油气储运工程施工》石油工业出版社何利民、高祁编；
1.3 编制原则
施工组设计编制过程中必须贯彻如下几项原则：
(1)必须遵守国家基本建设方针、政策、法律法规以及有关行政规章制度；
(2)必须符合对建设项目的计划要求，遵守施工承包合同所规定的各项条款，按合同工期和质量交付使用；
(3)必须遵守国家和行业现行的工程建设标准、规范及有关安全、防火、防爆、卫生、环保等方面的规定，如业主提出执行的标准，也必须执行；
(4)积极推广先进经验，采用新技术，实行机械化、预制化、装配化施工，提高劳动生产率，降低施工成本；
(5)必须实现科学的施工管理，提高企业的综合效益；
(6)落实季节性的施工措施，确保连续施工；
(7)以项目法施工喂施工的管理方式，组织文明施工，提高施工作业水平。

1.4 本工程采用的技术规范
（1）《油气长输管道工程施工及验收规范》（GB 50369－2006）；
（2）《石油天然气工程初步设计内容规范管道工程》（SY/T0082.2）；
（3）《天然气管道运行规范》（SY／T5922-2003）；
（4）《石油天然气管道安全规程》（SY6186—1996）；
（5）《石油天然气站内工艺管道工程施工及验收规范》（SY0402-2000）；
（6）《天然气长输管道气质要求》（Q/SY 30-2002）；
（7）《输气管道干空气干燥作业施工及验收规范》（Q/SY 94-2004）。

2 工程概况
2.1 综合说明
本工程是对一条长虹路高压天然气管道进行管道置换与投产运行方案设计。

长虹路天然气工程设计规格采用直缝焊接钢管D114.3×6，全长约2895m（平面距离），高压管道设计压力为1.6MPa,工作压力小于1.5MPa,设计温度为常温。

2.2 施工场地条件
天然气高压管道以道路中心线定位，位于路东，控制在18-25米。

具体情况为：桩号0+000~0+210、0+435~0+800和1+427~2+895段燃气管道距路中心线18.0米。

桩号0+220~0+425和1+337~1+462段燃气管道距路中心线25.0米。

桩号1+000~1+330段燃气管道距路中心线20.0米；桩号0+800~1+000段燃气管道距路中心线由18.0渐变至20.0米。

管材及附件：（1）管道选用直缝焊接钢管，材质为L245。

（2）高压钢制管件选用专用锻制和弯制的加强管件，设计压力为2.5MP。

2.3实施目标
本设计的目标分为七个目标分别是：工程质量目标、工期目标、安全生产目标、文明施工目标、新技术应用目标、服务目标、协调目标。

其目标如下：
（1）工程质量目标：严格按国家现行有效的相关施工及验收规范组织施工，达到国家施工验收规范优良标准。

(2）工期目标：本工程计划开工日期为2014年3月6日，竣工日期为2013年3月8日。

我们本着紧前不紧后的原则，充分利用现代化的网络计划技术及长期积累的一些成功经验进行进度控制，现确定施工工期为3天。

（3）安全生产目标：在整个施工过程中杜绝各种重大伤亡、火灾事故。

（4）文明施工目标：严格执行建设部颁发的施工现场管理规定，科学合理布置和管理整个施工现场。

（5）新技术应用目标：在工程中推广新技术的使用。

（6）服务目标：自始自终把业主作为我们的上帝，重合同、守信誉，服从业主的管理，接受政府职能部门、工程监理的监督，为其开展工作提供便利，把为业主排忧解难当成我们的职责。

（7）协调目标：认真做好内外关系的协调工作，主动与各有关单位协调并争取得到其大力支持与配合，确保工程按计划顺利实施。

2.4工程的难点、重点说明
（1）在天然气管道下沟回填后进行分段清管；
（2）天然气管道投产置换过程中的注氮及封存工作；
（3) 管道清管、试压及干燥施工前，应编制施工方案，制定安全措施，并充分考虑施工人员及附近公众与设施安全。

清管、试压、干燥作业应统一指挥，并配备必要的交通工具、通信及医疗救护设备。

3施工准备
3.1技术准备
会审图纸；进行测量基桩交接，并布置施工阶段的测量控制网；线路及构造物位置的施工放样；对施工队进行开工前技术交底和培训；
组织职工学习有关技术文件并进行安全教育；对原材料进行各项检测试验；选定施工所用的各种配合比。

收集施工技术资料；组织有关部门对开工前的工程技术资料进行收集、整理、分类、成册，做到资料齐全，准备充分。

3.2物资、劳动力组织准备
组织物资的采购、进货与管理；编制施工成本控制计划；雨季、冬季、春节等季节性施工的特殊准备；组织施工设备机械进场；组织施工队伍进场。

3.3施工现场准备
配合业主征地和确定临时占地计划；搞好生产设施及施工营地建设。

3.4降低成本的措施
(1)加大成本控制力度，定期不定期进行成本核算分析、评价，从生产资源的投入，材料的消耗入手进行分析，找出原因及时采取措施进行调整。

(2)材料出入库要严格把关，按计划施工图预算限额领料，控制材料消耗。

同时加强材料管理，对现场余料及时办理退库手续，冲减成本，保证成本的真实性。

(3)充分发挥机械设备的效率，保证车辆，设备调配得当，做到一机多用不误工，不窝工，杜绝设备事故的发生。

(4)文明施工，提高现场管理水平，避免现场材料二次倒运，材料保管防雨防变质，施工中提高一次合格率。

4施工技术方案
4.1 投产程序
天然气管道投产采用氮气置换装置投产方式进行。

氮气置换装置程序为：站间清管、站间及站内管道干燥→投产前准备工作→注氮气→管道、场站和阀室的氮气与天然气的置换→全线升压与检漏→向下游用户试供气。

4.2 投产置换必须具备的条件
天然气管道投产必须具备气源条件、工程完工条件和站场设备条
件。

（1）投产前必须落实气源，要求气量充足、气质达到Q/SY 30—2002《天然气长输管道气质要求》规定的气质要求。

（2）天然气管道投产必须具备的工程完工条件为：管道分段清管测径、试压和干燥工作全部完成，有清管测径、试压和干燥记录，并满足相关标准要求；管道场站试压、干燥工作全部完成，有试压、干燥记录，并满足相关标准要求；工艺站场及阀室的各放空管、火炬及点火设施具备使用条件；消防安全装置、通信及水电工程等均符合设计图纸（或设计变更单）要求，静电接地系统安全可靠，并按竣工验收规范验收合格；沿线里程桩、测试桩、转角桩等埋设完毕；阀室及工艺场站的预留头已经加装阀门并用盲板盲死。

（3）天然气管道投产必须具备的站场设备条件：工艺站场及阀室的阀门操作灵活可靠，无内外泄露现象；清管器发送、接收筒的快开盲板密封可靠，无外泄露现象；通信系统畅通，通话质量达到要求；工艺站场及阀室的各种设备有醒目的编号和气体流向箭头；工艺站场的安装的可燃气体报警系统已经投入正常使用。

4.3 天然气管道投产置换
天然气管道投产置换工艺包括注氮与封存、氮气置换和天然气置换三个工序。

4.3.1注氮与封存
如果采用向管道注入氮气后立即进天然气进行置换的方式，在液氮运输、加热以及注氮过程中若出现意外情况，就会影响整个投产计划，在此情况下可以采用注氮封存工艺。

注氮封存工艺就是把管道投产所需的氮气全部注入首站与某个截断阀室之间的管段，然后进行氮气置换与天然气置换工艺。

注氮时要打开该截断阀室的放空阀，在阀室上游压力表处每3min 检测一次含氧量，时间间隔逐渐缩短。

当检测到氮气—空气混合气段气头时，记录时间，继续检测。

当含氧量降至2%时，关闭放空阀，氮气和空气的混合气体已全部放空，注氮工作完成。

4.3.2界面检测定义
①天然气～氮气混气头（以下简称天然气混气头）检测。

用XP-311A 型便携式可燃气体报警仪（0～5％VOL,即0～100％LEL ）检测的是甲烷。

检测时，当便携式可燃气体报警仪显示值达到1％VOL （20%LEL ）时，就认为天然气混气头已经到达。

②纯天然气气头检测。

换用XP-314A 型便携式可燃气体浓度检测仪（0～100%VOL ）检测，当便携式可燃气体浓度检测仪显示甲烷值达到90％，并且在3分钟以内至少3次检测结果显示有增无减时，认为纯天然气气头已经到达。

4.3.3安全流速
在天然气置换过程中，为了保证较小的混气量，特别重要的是防止气体流态层流化。

根据资料，无量纲理查德系数的计算是确定是否分层现象的一种方法2))g 2R#υ
ρρρρb a b a D +-=
（（（6.1）式中：
g —重力加速度，9.81m/s 2
D —管道内径（m ）
ρ a 、ρb —分别为天然气和氮气的密度（kg/m 3）
v —平均速度（m/s ）
根据经验，理查德系数R#在1至5之间，对应的混气量是可以接受的，R#越小，出现分层的可能性越小，为了保证混气量最小，取R#=1经计算对天然气的置换速度要求为υ≥1.466m/s 。

在天然气置换过程中，为了保证较小的混气量，特别重要的是防止气体流态层流化。

按照《天然气管道运行规范》中的相关条款要求，同时也为了保证安全，给站场置换人员留有足够的时间完成检测、操作和指挥等工作，置换时天然气的
推进速度应控制在5m/s 。

根据νπ2D 4
1Q =
（6.2）式中：
Q —超声波流量计流量（工方）
D —管线内径（m ）
v —天然气流速（m/s ）
要将速度v 控制在5m/s ，计算出需将Q 控制在2.465方/分钟（工况）左右，才能满足置换速度要求，可以通过调节调压阀1#来调节。

4.3.4注氮量的确定
注氮量主要由下述部分组成，注氮期间的氮气混合量，氮气段通过全线的混气量，沿线站场阀室置换用氮气量，氮气段达到末站时的剩余量，保险富裕量。

ρπ??=L D M 42
（6.3）
式中:
M —注氮的质量Kg
L —所置换管段的长度52 Km
D —管子的内径
ρ—氮气在20℃，101.32 5KPa 下的密度为1.2504 kg/m 3。

计算得 ()Kg L D M 623.42504.140085041023.014.342
2
=?-??=??=ρπ 4.3.5注氮作业要求
①氮车蒸发器出口必须采用加热装置对氮气进行加热。

②注氮车加热装置氮气出口处应有准确、可靠的温度显示仪表和流量显示仪表。

③氮车加热装置氮气出口温度范围为5～25℃（注意：氮气出口温度绝对不能低于5℃）。

投产理论计算时氮气段速度按5m/s 计算，氮气段实际速度控制在4.5～
5.5 m/s 之间，确保加热装置出口氮气温度。

④在保证注氮温度的同时，注氮速度应不低于3t/h，注氮时如果注氮温度和注氮流量要求不能同时满足时，必须优先保证注氮温度。

⑤氮纯度在99.9％以上，且其它腐蚀性组分符合要求。

⑥注氮作业现场周围50米范围设警戒区，有明显警戒标志，与注氮作业无关人员严禁入内。

注氮作业人员应佩带标志。

⑦注氮作业人员进入现场前，必须进行安全培训、技术和任务交
底，并明确各自职责。

⑧不要触摸液氮低温管线，严格检漏防止冻伤。

⑨持现场通风，防止液氮大量泄漏造成人员缺氧窒息。

⑩必要时需当地交管部门疏导交通。

随时监测放空点周围的可燃气体浓度，防止静电产生爆燃。

4.3.6氮气置换与天然气置换
从气源向管道注入天然气，在气源压力作用下天然气推动氮气、氮气推动空气沿管道不断前进。

在沿管线各个放气点不断放出空气，不断检测各放气点的含氮量，判断氮气与空气界面的位置。

当含氧量降至2%时，关闭放气阀，该监测点以前管道的氮气置换工作完成。

各工艺站场上游管道内氮气置换完毕后，进行该站场、截断阀室内的各支管和阀门仪表的氮气置换工作。

从预计天然气与氮气混合段即将到达时刻开始，用可燃气体检测仪在放气口处测天然气含量。

一开始3min测一次，时间间隔逐渐缩短。

当测到天然气和氮气混合气头时，连续检测，当测到纯天然气气头后，进行场站天然气置换，也可以在末站点燃放空火炬，标志置换工作完成。

置换过程中各种气体在管道中分布如下图所示。

管道中氮气的排放也可以在管道终点集中排放，也可以选择管道终点前几个阀室的放空点分别排放，目的是减少管道终端接收站的集中排污问题。

管道终端接收站的氮气置换与天然气置换工艺与中间站相同。

管道终端接收站天然气置换完毕后，管道即可投入正常运行，投产过程结束。

4.4站场及线路
4.4.1管线
①分输支线工艺管线焊接完成,试压合格；干燥完成，并符合相关标准,通过投产前预验收合格；管道干燥应使被干燥的管道内的空气露点低于-20℃(常压下的露点)，空气中的水含量低于0.822g/m3。

管道干燥程度用电子露点仪测定，达到设计规定的露点为合格；
②管道线路测试桩、转角桩、标志桩等配套设施完成施工并达到
设计要求，里程标注清晰醒目；
③阴极保护系统安装、调试完毕，各测试点数据达到设计要求，在投产前已经投入运行；
4.4.2 站场工艺与设备
①站内的工艺设备系统安装完毕，试压、干燥合格，符合设计要求；
②完成工艺阀门、电加热器、流量计等单体设备调试和保养；
③按设计要求完成安全阀保护值设定并确认无误；
④站场分输各种设备及各种电缆接头应有正确的编号，工艺管道应有正确流
向标识；
⑤分输区消防水系统安装、调试完毕，符合设计要求，具备投用条件；
⑥投产所需备品备件在投产前配置到位；
⑦设备专用工具在投产前配置到位。

4.4.3 电气系统
①分输区用电线路按设计要求安装、调试完毕验收合格，投入使用；
②防雷防静电接地系统施工完毕，接地电阻符合设计要求，并出具测试报告，并经过地方有关部门验收合格，投入使用；
③各用电设备完成单机调试并供电正常；
④站场阴极保护在投产前已经投入运行。

4.4.4 消防与火灾检测报警系统
①分输区各种消防设施配备齐全；消防系统安装、调试完毕，并经地方主管部门验收合格，投入使用；
②与地方的消防依托协议已经签订。

4.4.5 仪表、自控系统
①分输区所有检测、计量仪表及控制单元完成检定、调试，各报警设定值准确无误；
②完成各项联锁保护功能及应用程序的测试并合格，特别是ESD
系统安装、调试完毕，逻辑功能动作正常；
③完成各项保护及调节参数初步设定；
④站控室设备及系统安装调试完毕，逐一完成数据采集和控制测试；
⑤通过各主备信道完成数据采集、远程控制、控制切换等系统联调测试，系统运行正常；
⑥SCADA系统安装完毕，前期调试已经完成，具备使用条件。

4.5 站场的隔离
投产前应采取严格的隔离措施，保证投产、置换、升压以及运行期间的安全，各项隔离措施按照批准后的正式设计文件进行施工。

在投产期间有施工作业的站场，投产区域与施工区域之间设置物理隔离措施，隔离措施符合设计单位要求。

5施工组织机构和施工人员配备
5.1管理机构及质量、安全保证系统
要保证工程项目的质量，关键在于要保证工程项目在施工作业过程中的质量控制。

由于工程项目施工涉及面广，其施工过程是一个极其复杂的综合过程，再加上项目位置固定，生产流动，结构类型不一，以及质量要求，施工方法不同，体形大，整体性强，建设周期长，受自然条件影响大等特点，故施工项目的质量比一般工业产品的质量更加难以控制。

因此，必须推行质量保证体系的全面管理：（1）科学管理，建立健全各项管理制度
（2）提高认识，加强对一线工人的管理
（3）组织施工，努力抓好工程质安管理
（4）抓好建筑市场信息，强化项目成本控制
（5）采取措施，做好施工机械防护
（6）加强施工过程的控制，提高工程质量
（7）搞好文明施工，全面实现标准施工
5.2项目部主要施工及管理人员
为安全、优质、按期完成本合同段的施工任务，本着精干、高效的原则，我单位计划抽调理论和实践经验丰富、业务能力强、综合素
质高的技术、管理、行政人员及具有丰富施工经验的施工队伍完成本合同段的施工任务。

按项目法组建本合同段工程管理机构，全面负责本合同段工程的施工组织管理工作。

成立投产协调领导组，下设投产指挥小组，HSE管理组、抢修保驾组、物资供应组、注氮操作组、管道线路组、后勤保障组，共需6人，计划3天，组织机构如图5.1所示。

5.3施工队伍建设
本工程项目班子人选一旦经过甲、乙双方确认，全班人选将处于启动状态，未进场之前可根据设计要求积极为本工程做好开工前的准备工作（材料、机械技术等准备工作与策划工作），并且以无条件满足本工程需要为前提。

根据项目经理部的工作实际，具体明确每个项目管理人员的责、权、利，使全体管理人员有条不紊、忙而有序地开展工作，从而较大幅度提高项目经理的工作效率，有效促进管理整体实力强化，使项目经理部管理体系有更多的精力和时间来分析运筹各种复杂的管理局面，以已指定的各项目管理制度来指导、督促、规范每个管理人员的工作质量、效率。

变“人管理人”、“人盯人”为“制度管理人”，做到项目管理“有章可循，执法必严、违章必纠”，赏罚分明的先进管理模式。

投产协调领导组
组
抢修保驾组后勤保障组物资供应组投产指挥小组
H
S
E
管
理
组注氮操作组管道线路组
重庆科技学院本科生课程设计投入该工程的施工设备
6投入该工程的施工设备
（1）计量设备
该站设计量设备1套（2路计量，1用1备，橇装），对分输天然气进行计量，为保证计量的准确度，在流量计的下游设置了零泄漏主动密封阀。

（2）压力控制系统
站内设置2台调压橇（1用1备），用于分输调压和分输流量控制，分输压力为6.3MPa，调压橇上游设计压力为12MPa，调压橇下游设计压力为6.3MPa。

（3）紧急截断系统
为了减少事故状态下天然气的损失和保护站场安全，在出站管线上设置紧急
切断阀（ESD），紧急切断阀由气液联动执行机构驱动。

当站场或输气管线发生
事故时，可关闭紧急切断阀，切断站场与去用户管道的联系。

（4）放空、排污系统
本站增设分输设备的放空，放空管线接入站场原有放空系统。

站内放空管线采用双阀串连，前端为球阀，后端为具有节流截止功能的放空阀，各放空管线通过放空汇管连接至放空火炬集中放空。

站内各汇气管道上设排污阀，杂质排入排污罐，排污管线采用双阀串连，前端为手动球阀，后端为排污阀。

7施工进度计划及保证工期措施
7.1施工进度计划
7.1.1 施工进度计划的编制依据
施工进度控制是施工阶段的重要内容，是质量、进度、投资三大建设管理环节的中心，直接影响到工期目标的实现和投资效益的发挥。

工期控制是实现项目管理目标的主要途径，施工项目进度控制与质量控制、成本控制一样，是项目施工中的主要内容之一，是实现项目管理目标的主要有效途径。

施工进度计划编制的依据是：
（1）工程设计图样及其他技术经济资料；
（2）合同或主管部门规定的开、竣工日期；
（3）主要施工过程中的施工方案；
（4）过程施工进度计划。

7.1.2施工进度计划
（1）进行113.4mm管道、电气、仪表、阴极保护和打压扫线和干燥等信息的收集；
（2）编制并确定投产方案，并跟踪施工进度；
（3）按照投产必备条件进行检查，确定达到投产要求；
（4）按照投产方案完成注氮封存；
(5) 在压气分输站进行调压计量。

7.2工期保证措施
本方案将充分发挥专业队伍，配套齐全，机械化施工水平高的优势，前期工作做到三快，即：进场快、安家快、开工快；在保证重点、兼顾一般、统筹安排、全面展开的原则指导下，科学合理地组织施工，保证在计划的工期内完成该项目的施工任务，具体措施如下：
7.2.1组织措施
施工前进行人员组织、机构建立。

对该工程所需的机械设备进行检修保养，落实材料的产地和供应情况，做到人员、材料和机械设备能按需要及时供应到位。

（1）编制切实可行的施工进度计划，以工期总体目标为控制前提，控制关键线路上的各工作的施工时间，合理的组织立体交叉施工、分段流水作业，实行工期动态管理，保证施工按计划进行；
（2）将在人力、物力、财力上充分作好准备，确保工程资金专款专用，并组织公司相关部门做好配合协作，保证本工程劳动力、工程材料、周转材料及时准确到位；
（3）认真审查图纸及有关技术文件，严格技术交底制，将图纸中的错误消灭在萌芽中。

做好各项技术准备工作，确保施工顺利进行；
（4）施工现场实行统一安排，统一平衡调度，分阶段安排综合作业计划，建立每周一次的现场专业协调联系会制度，及时解决交叉施工中存在的问题，排除各种影响施工进度的因素；
（5）合理利用空间，抓好各专业工种的配合和协调工作。

施工时保证质量，一次成活，避免返工，按期完成各分部分项工作；
（6）做好与建设单位、监理单位、设计单位的配合，及时把设计。