城市中压天然气管网在运行过程中常常会涉及到的腐蚀管段更换、管道联网等检修作业，检修作业通常涉及到电焊、电熔焊等焊接作业；为了作业人员的安全，一般选用惰性气体如氮气来置换掉燃气管道中的残余天然气。当检修完成后，在恢复市政管道供气之前需使用天然气置换掉作业管段中残余的氮气，使天然气的体积浓度值符合城镇燃气供气要求。此外，随着城镇化的推进，城市燃气管道的覆盖面不断增大。以南方某沿海城市为例，统计数字显示，该城市燃气管道总长度年均增长率达12%。这些新建管道在竣工验收时，内部充满了压缩空气；在投产前需要先将压缩空气排放完全，然后通入惰性气体（一般是氮气）将剩余的空气置换掉，最后开启天然气气源阀门、通入天然气，将管道中的残余氮气置换出来。上述两种置换过程往往伴随着天然气的大量放散，以此来保证市政燃气管网中天然气的浓度符合供气要求。这一过程不仅增加了大气中的温室气体含量，而且在一定程度上造成能源浪费，因此对置换作业过程中放散的天然气、氮气混合气体进行提纯，回收其中的甲烷，既具有经济效益，也有利于大气环境，具有良好的社会效益。变压吸附，作为一种新型气体分离技术，具有产品纯度高、可在室温和不高的压力下工作、床层再生时不用加热（节能）、设备简单、操作维护简便、能连续循环操作，可实现自动化等优点。变压吸附技术经过多年的发展，已经越来越成熟，从最初的单塔到后来的双塔、三塔、四塔、多塔，装置的复杂程度越来越高，在化工、环保、煤炭等行业得到了快速的推广和应用。本文拟针对管道天然气置换作业的特点，研究利用活性炭为吸附剂，通过双塔变压吸附技术，设计开发一套用于氮气置换作业后的管道天然气中甲烷、氮气分离工艺，通过该工艺设计制造的装置将具备小型化、撬装、可移动、具有一定的自动化程度、操作维护简单等特点。该工艺设计将为国内各管道天然气经营企业有效解决天然气置换氮气过程中存在的天然气大量耗散这一问题提供一种全新的解决思路。