本发明公开了一种天然气球罐置换装置及其置换方法，该天然气球罐置换装置包括天然气球罐、进气管、出气管和放散管，进气管、出气管和放散管均与天然气球罐相连且分别设有通断控制阀，天然气球罐的底部设有排污阀、底部入口以及用于开启或关闭底部入口的底部密封盖板，天然气球罐的顶部设有顶部入口以及用于开启或关闭顶部入口的顶部密封盖板，天然气球罐置换装置还包括可从顶部入口伸入天然气球罐并向天然气球罐内喷射水雾的喷雾组件。该置换方法包括将天然气球罐内的压力降低至环境气压，打开天然气球罐并向其内喷射水雾进行冲洗，通过形成空气对流完成置换等步骤。本发明具有置换安全可靠、操作简单、易于控制、经济实用、效率高等优点。