应急抢修中氮气置换sps模型
根据sps建模流程[9-11]，单端注氮sps模型如图
3 所示，整个管段设置阀室 2 座。由于在事故抢修工
况下上下游管道均通过阀室截断，故在模拟氮气置换
过程时，上下游阀室通过截断阀(b_jdf1、b_jdf2)
截断气源进出。注氮阀室通过注氮管线模拟注入氮
气，通过注氮口(e_n2_1)进行流量和压力控制。放空
阀室通过放空管线模拟放空，放空口(e_fk)采用大
气压力和声速---控制放空流量。通过控制模拟节流
阀(mooe_1)的开度来模拟破损口当量直径，末端(e_
p5)采用---压力和声速---控制泄漏流量。
双端注氮sps模型如图 4 所示。氮气置换过程中
注氮阀室上下游管线均通过截断阀(b_jdf1、b_jdf2)
截断。两端阀室均通过注氮管线模拟注氮，通过注氮
口(e_n2_1、e_n2_2)进行流量和压力控制。破损口
通过控制模拟节流阀(mooe_1)的开度来模拟破损口
当量直径，末端(e_p5)采用---压力和声速---控制
泄漏流量。
1试验方法与过程1.1样品选取与处理实验煤样采集于安鹤矿区鹤壁六矿二1煤层，将采集的原煤破碎、研磨和筛分。粒径60~80目的样品用于高压氮气置换和低温液氮吸附实验，粒径80目以上样品用于工业分析实验。工业分析实验按照---gb/t 212-2008<煤的工业分析方法>进行，管道氮气置换，工业分析结果见表1。从表1可知，鹤壁六矿二1煤层煤样灰分分数和挥发分产率分别为11.34%和16.68%，管道 氮气置换，属于低灰分贫煤—瘦煤。表1工业分析结果table 1 results of proximate ---ysis煤层水分mad/%灰分ad/%挥发分vdaf/%固定碳fcad/%二1 0.79 11.34 16.68 73.291.2低温液氮吸附实验为探究高压氮气吸附过程对煤中孔隙发育规模和结构的影响，在高压氮气置换实验前、后分别对煤样进行了低温液氮吸附实验，2种煤样的编号分别为hbq和hbh。测试仪器为asap2020比表面积测定仪，分别利用bet、t模型，计算分析1.14~300 nm孔径段孔容和比表面积的发育规模及其孔径分布情况。实验温度为高压氮气置换实验高压氮气置换实验采用iso-300等温吸附解吸仪。实验前首先使用精密天平准确称量和记录60~80目的煤样，按照要求装入样品缸，接着进行仪器的气密性检查和自由体积测定，然后按照实验方案进行高压氮气置换实验，实验温度为25℃。实验过程分为3个阶段:吸附阶段、高压注入氮气阶段和解吸阶段。吸附阶段设有6个目标压力点，注入氮气阶段设有2个目标压力点(8 mpa和10 mpa);解吸阶段设8个目标压力点。每个压力点平衡时间不少于12 h。2试验原理与分析结果2.1等温吸附实验图1为整个实验过程的吸附–解吸曲线，其包括了吸附、注入氮气置换、混合气体解吸三个阶段。基于不同压力下ch4的吸附量和langmuir方程计算得出煤样的langmuir体积为
管道事故应急抢修的氮气置换中，单/双端
注氮工艺优化的目标是总注氮时间。通过sps防
真，各注氮工艺的总注氮时间可以通过测量氮气开始
注入时间与模拟管道内完全被氮气取代时间的
差值获得。
2.1 单端注氮工艺远/近端注氮时间规律及工艺优化
单端注氮工艺的关键问题是选择注氮口位置，即
采用远端注氮或近端注氮。通过单端注氮sps模型，
对单端注氮过程进行了，固定破损口当量直径，
改变破损口位置距注氮口的距离。以此来研究破损口
位置与注氮口距离对总注氮时间的影响，结果如图 5
所示。
在相同的破损口当量直径下，管道置换氮气，全管段完成氮气置
换的总注氮时间随破损口与注氮阀室距离的增加而减
少，因此，单端注氮时应采取远端注氮工艺。
但值得注意的是，氮气与界面到达破损口
所需时间随破损口与注氮阀室距离的减小而减少。如
果能利用通过破损口一段距离后的氮气隔离管内天燃
气，选择近端注氮的时间更短，且所消耗氮气量也将
大幅度减小。但选用该方案必须---隔离段氮气长度
足够---施工期安全，具体隔离段长度的要求需要进
一步的研究确定，暂不在本中讨论。
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