天然气的主要成分是甲烷，甲烷具有可燃性，与氧气或空气混合时点燃有可能会发生爆炸。甲烷在空气中的爆炸极限下限为5%，上限为15%。在没有通气体之前，管道里是空气，如果不用氮气置换，通入可燃气体，内可燃气体和空气混合，形成的混合气体具有爆炸性，浓度达到一定的范围，遇到火星或者流动中产生静电，就发生爆炸。
一、是否所有的燃气管道都需要进行氮气置换
燃气管道在使用前，用氮气置换是一个安全的措施，但并不是必须措施。那么哪些情况必须进行氮气置换，哪些不需要氮气置换，下面做一个简单说明。
运行期间的燃气管道中，因为甲烷含量大于98%，氧含量几乎没有，没有燃烧或爆炸的条件。所以PE管道的置换，一般直接使用天然气置换。钢管如果已经吹扫干净，也是可以直接用天然气置换的，但如果没有经过吹扫，考虑管道内有焊渣铁锈等，如果直接天然气置换，若流速过大，焊渣铁屑摩擦产生火花，是可能引起爆炸的。最后就是若要在钢制管道上动火，则必须进行氮气置换。
所以，是否进行氮气置换，一是取决于管道材质与是否动火，二是取决于管道内部吹扫是否合格。
为何优先选择氮气作为置换气体
一是氮气便宜，氮气在空气中占78%左右，所以分离得到氮气非常便宜；二是与空气成分相对接近，用氮气作为天然气与空气间的隔离介质，运行时天然气推动氮气、氮气推动空气进行管道线路置换操作方便；三是氮气本身是一种惰性气体，通常情况下和可燃物一起不燃烧，而使天然气管道达到顺利投产条件。
氮气，化学式为N2，通常状况下是一种无色无味的气体，而且一般氮气比空气密度小。应贮存于阴凉、通风处，仓温不宜超过30℃。应远离火种和热源，防止阳光直射。搬运时应轻装、轻卸，防止钢瓶及附件损坏。氮气一般用40L钢瓶储存（存储氮气约4m3），压力10±0.5MPa。
如何测算氮气置换天然气的用量
理想气体状态方程，又称理想气体定律、普适气体定律，是描述理想气体在处于平衡态时，压强、体积、物质的量、温度间关系的状态方程。由法国科学家克拉珀龙于1834年提出。表达式形式为：
PV = nRT
P为压强,V为体积,n为物质的量,R为常数,T为绝对温度。
T的单位为开尔 (字母为K),数值为摄氏温度加273,如0℃即为273K。
假设氮气温度与天然气温度相同，物质的量n与常数R忽略不计。设氮气置换天然气时需要N瓶氮气。则表达式为：
NP1V1 =P2V2
P1为氮气压强,V1为氮气体积,P2为天然气压强,V2为天然气体积。假设氮气压力为10MPa,体积为0.04m3，天然气压力为放散完的压力0MPa，管道直径以φ219*7.9为例，长度1000m，大气压按0.1MPa计算。带入方程得：
N（10+0.1）*0.04=（0+0.1）*3.14*（0.219/2）2*1000
经计算，N=3.14/0.404≈8（瓶）
按照2倍氮气使用量计算，需要16瓶氮气。
四、氮气的危险特性与安全措施
1、危险性
空气中氮气含量过高，使吸入气氧分压下降，引起缺氧窒息。吸入氮气浓度不太高时，患者最初感胸闷、气短、疲软无力；继而有烦躁不安、极度兴奋、乱跑、叫喊、神情恍惚、步态不稳，称之为“氮酩酊”，可进入昏睡或昏迷状态。吸入高浓度，患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。
2、急救措施
吸入（浓度较高时）迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。呼吸心跳停止时，立即进行人工呼吸和胸外心脏按压术。就医。
3、泄漏应急处理
迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿一般作业工作服。尽可能切断泄漏源。合理通风，加速扩散。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。
4、操作处置储存
操作时应密闭操作提供良好的自然通风条件。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。防止气体泄漏到工作场所空气中。搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。配备泄漏应急处理设备。
储存注意事项
储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。储区应备有泄漏应急处理设备。
呼吸系统防护
一般不需特殊防护。当作业场所空气中氧气浓度低于18%时，必须佩戴空气呼吸器、长管面具。
在使用氮气置换时，为确保安全，一定要保证通风良好，避免高浓度吸入，进入限制性空间区作业，须有人专人监护，实时监测氧气浓度，确保置换作业安全进行。
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