加臭裝置在天燃氣輸配中的應用

1、前言
　 天然氣本身無色無味，易燃易爆，在輸送或使用過程中，一旦泄露很難被發現，而加入燃氣泄露示警的臭味劑之后，即使有微量的泄露，也可被及時發現，補救，所以臭味劑的添加至關重要。目前，國內外城鎮燃氣普遍采用發加臭劑為四氫噻吩(以下簡寫為THT)。因此加臭量過大，既增加了燃氣供應不必要的成本，造成資金的浪費，加臭劑在燃燒后又產生了過多的含硫物，加大了環境污染的潛在危險，但是加臭量偏低又將導致燃氣一旦泄露時不能被用戶即使發現，報警，起不到示警作用，給燃氣供應和使用帶來了不安全隱患。如何才能控制好每標準立方米中加臭劑的含量穩定在一定范圍內，對于確保用戶的用氣安全，以及我們燃氣企業的經濟效益和社會效益兩方面都有重大意義。國家《城鎮燃氣設計規劃》(GB50028—93)第223條規定“城鎮燃氣應具有可以察覺臭味，無臭味或臭味不足的燃氣應加臭”并規定了天然氣中以四氫噻吩為加臭劑的用量為不低于20mg/m⒊。

2、進口加臭裝置簡介
　南郊，西郊兩站分別于 1993 年邁， 1997 年投入運行，均為北京天氣供應的門站，以 2004 奶奶為例，全年天然氣供應量占全市總量的 60% ，在城市燃氣供應中有著極其重要的龍頭位置

2.1南郊站進口加臭裝置簡介
　從表 5 中我們可以看到，利用石油華工廠干氣制造成本最低，其次是焦爐燃氣，伍德燃氣，水煤氣增熱氣，重油催化裂解氣，天然氣，LNG和LPG。從銷售價格看，對企業效益****的是石油煉廠干氣，盈利****，有利可圖的是天然氣，LNG,焦爐氣，水煤氣增熱氣，伍德爐氣，銷售價格如按1.5元/m⒊計算可微利保本，LPG虧本****，其次是重油制氣，原因是購入原料價格高，產品價格倒掛(銷售價格)低造成。因此發展城市燃氣要合理利用我國現有氣源，選擇合理的工藝路線，做到物盡其用，發揮****效益。南郊站位于北京市南郊的豐臺區，華北油田供應的天然氣高壓管道直達南郊站，燃氣在該站經計量，調壓，氣體分析和加臭后向中關村和市經濟技術開發區方向燃氣管網供氣，最高時年輸送天然氣2.7億m⒊日供氣量為20萬m⒊—150萬m⒊,是北京市天然氣輸入端四個極其重要的氣源站之一。因此，南郊站的安全，可靠，連續，高質量的運行，對該廠的加臭系統有十分嚴格的要求，擁有一個完善，可靠。高性能的加臭系統，是保證南郊站安全穩定生產的必要基礎。
2.2.1進口加臭裝置工作原理
　南郊站加臭裝置是1993年從國外進口，有手動和自動控制兩種方式加臭。加臭裝置采用的是85—12/2型波紋管氣動計量泵。該計算量泵是一種柱塞泵，它利用柱塞的往復運動來吸入藥液和向天然氣中注入。而泵中柱塞的行程和其往復運動的周期均可調節，調節行程可改變藥液的單次注入量，改變周期則可改變藥液的總注入量。行程的調節是通過泵體上部的行程調節螺栓來實現的，調節螺栓可改變施壓于柱塞上彈簧的預置張力，從而限制了柱塞的行程。由于柱塞的往復運動是靠柱塞上部的活塞來驅動的，而導入活塞兩端的動力氣體又由一氣體定時器控制；該定時器是由一設有正反饋的氣動積分單元組成，調節裝置上的針型閥即可趕邊積分時間常數，也就是改變了導入活塞返回端的氣體的周期。具體工作過程是由于針型閥的限制，積分單元中的 氣壓逐漸上升，當達到一定值時，使得定時器中正反饋部件動作，關閉活塞工作端的進氣并排空，同時致使活塞返回端進氣，活塞返回。活塞返回后積分單元壓力也相應泄掉，正反饋部件回到原位，下一個周期又重新開始。對于型號85—12/2XO/4—20mA 型的計量泵可通過施入4mA—20mA的標準控制信號用電氣的方法來控制泵中活塞的動作周期。手動方式為調節現場時間繼電器，控制電磁閥動作周期，從而控制泵中活塞的動作周期。
2.1.2南郊站進口加臭裝置運行情況分析
　南郊站加臭裝置運行初期，由于流量計量未投入運行，我們采用手動設定每分鐘次數及調節每次加注量的方式加臭。我們最初依據 華北油田提供的流量，加臭標準及加臭泵每工作一次的臭液加注量，估算出應設定的每分鐘加臭的次數。由于進口加臭裝置設計為每分鐘最多工作20次，只可滿足燃氣流量小于64000m⒊/h的加臭需要，冬季燃氣流量高于64000m⒊/h加臭量過少，但是，燃氣供應應具有時不均勻性、日不均勻性、月不均勻性，導致小時、日、月供氣量相差幾倍—幾十倍甚至上百倍，在燃氣供應量超過南郊站原設計的****流量時就不可能達到加臭精度要求。據南郊站近幾年流量數據統計，每小時供氣量最小時僅為幾百標準立方米，小時供氣量****時為12萬m⒊，顯然在流量大時該裝置無法達到加臭的要求。因此原有的加臭裝不適合在燃氣供應不均勻性的條件下，保證每立方米天然氣中 THT 含量基本相同的要求。燃氣加臭量化驗結果也證實燃氣中THT的含量極不穩定，為1mg/m⒊—29mg/m⒊。

　1999 年 2 月南郊站自動化測控系統試運行后，初步實現了按流量加臭運行，但經過一年的運行，我們認為愛裝置存在下述缺點：
　 (1) 加臭量小，隨燃氣事業的迅速發展，原設計日供氣40萬—50萬m⒊，的南郊站至2000年日均供氣已達到近60萬m⒊，****日供氣量已達到144萬m⒊

●　該裝置一些零件部須更換，但是備品備件基本購置不到；
●　加抽裝置均壓箱前都是不銹鋼管，均壓箱后是 3/8 英寸無縫鋼管，而且兩套加臭裝置的加臭管接口，藥液可通過的管道截面積很小；曾經使用過乙硫醇作加臭劑對鋼管有一定的腐蝕作用；臭液為靠重力滴注，氣溫低的時候臭液粘稠，流入管道中的阻力大，常出現加臭化驗結果偏低情況；
●　觀察加臭情況的流量看窗里面經常充滿臭液，根本不能起到觀察加臭的作用；
●　加臭裝置出現故障，現場情況不能及時反饋到主控室；
●　加臭儲罐容量偏小，可加注的 THT 實際為 1.6t ，高峰事僅夠南郊站使用 6 天；
●　手動調整只能到現場調整，不能進行遠程調節；
●　向儲罐內加臭采用位差方式，每噸 THT 加入儲罐需要 910min ，效率低。

　經一年的使用，加臭量檢測結果為7mg/m⒊—29mg/m⒊與手動加臭相比，同樣不能實現加臭量檢測濃度達到20mg/m⒊要求。為保證達到THT下游檢測標準的要求，只能提高加臭比例，導致加臭化驗結果忽高忽低，臭液損耗高。2000年南郊站供氣量為2.1億m⒊，臭液消耗8t原高于6.3t 的計劃值。保證燃氣輸陪安全平穩，因此公司決定在原有基礎上，對南郊站加臭系統進行技術改造。

2.2、西郊站進口加臭裝置簡介
西郊站加臭系統使用的而組加臭系統為美國YZ公司1997年產品，型號為：NJBX8202GM—Oxy4— A4—6每組站加臭系統中包括：兩臺加臭泵、兩個計量罐、兩臺N—200GM控制器、兩套220VAC充電/供電裝置、兩組AC加熱器、一個儲液罐（2m⒊）一個注臭點。該系統1997年11月投運以來，運行基本穩定。該系統優點突出：
● 控制器操作簡單明了，功能齊全。特別是有故障項目報警提示，方便查找原因。
● 機械部分結構簡單，便于拆卸檢修。
● 維護項目較少，維護簡便，在線維護時可做到無泄露、無污染。
● 加臭量精度可控制在 0.01g ，經濟性較高。
但也存在如下問題：
●　兩組加臭系統為獨立運行，無互補性。如果一組加臭系統中的儲液罐或注點出現問題，而加臭泵正常，該加臭泵只能閑置。相反，如果一組加臭系統中的儲液罐或注臭點正常，而加臭泵出現問題，該系統的儲液罐或注臭點只能閑置。若兩組加臭系統可互補運行，將提高整個系統的穩定性
●　加臭系統只有 1 個動力天然氣調壓器。兩組加臭系統（四臺臭泵）只靠一個動力天然氣調壓器供氣。若此調壓器出現故障，將影響整個加臭系統。
●　加臭系統時間精度較低。我站目前計量裝置已搬運，但未能與控制器相連，因此加臭系統采用時間方式加臭。在此方式下，存在加臭精度低的問題。如：
輸氣量為510萬—570萬m⒊時，加臭時間間隔均為0.08min/沖程
輸氣量為580萬—660萬m⒊時，加臭時間間隔均為0.07min/沖程
輸氣量為670萬—780萬m⒊時，加臭時間間隔均為0.06min/ 沖程

　 由此可看出，輸氣量越大，加臭精度就越低。本加臭系統****加臭量 2259L/d ，相當于滿足每天輸氣 1100 萬 m ⒊的水平。按此方式加臭，誤差就很大了。加臭系統天然氣管、臭液管應有加裝置。冬季經常出現天然氣、臭液中的水分結冰的現象。若天然氣氣管、臭液管有加溫裝置可解決冬季結冰的問題。
● 配件價格較高。(相關備件價格表略)
● 動力系統采用天然氣作為動力氣。對系統的防爆要求較高。
● 對管線天然氣潔凈度要求較高。由于儲液罐是由天然氣作為動力氣，天然氣中的雜質將在儲液罐內污染臭液，造成臭液濾芯經常堵塞。
● 加臭泵膜片使用壽命較短。冬季高峰時使用約為2月—3月就會破損。進口膜片價格很高，經加工模具后改用國產模片替代。
● 儲液罐為壓力容器，需定期檢驗及標定安全閥。
3、加臭裝置國產的設計方案
　我廠針對原有進口加臭裝置存在的上述問題，提出了國產化加臭裝置技改方案并與省陽貝爾公司合作于2000年11月在南郊站安裝了國產加臭裝置。
3.1、國產化加臭裝置設計要求
●　設計的指導思想是技術先進、安全方便、經濟可行；
●　遵循安全防爆、適用范圍廣、安全方位自動控制、過程自動監測的原則；
●　四氫噻吩加入量連續可調，適用范圍為0—16萬m⒊采用4臺通用隔膜泵按照“迭加”原理，進行控制，即根據燃氣流量從小到大，工作泵由一臺工作，隨著流量增加逐級迭加到4臺同時工作，可實現全過程自動加臭的設計目標。采用通用設備便于檢修、更換備件；
●　工作泵輸出行程可調，即調節每次注入的臭劑量，可調范圍外50mg/次—1300mg/次；
●　臭液儲存及殘液儲備根據容積和防腐要求，設計為4m⒊和0.5m⒊的不銹鋼常壓容器，過濾出的殘液可靠位差自然排入殘液儲罐，可經過處理后循環使用，真正實現無排放的環境保護要求。
改造中須注意問題；
　所有改造都要盡量減少對燃氣正常輸送的影響，不能改變工況來進行實測，只能進行模擬測試。所有采用的技術和設備必須是成熟的技術，具有很高的可靠性。由于天然氣無色無味且易燃易爆，所以所有現場設備必須滿足相應的防爆要求。南郊為氣源站，設計壓力為2.5Mpa—4.0Mpa ，安裝在燃氣管道上的設備還要具備相應的耐壓級制。與臭液接觸的管道和管件必須采用耐腐蝕材料。要求設備故障易確定，選用設備必須易快速更換，絕大多數設備更換時不影響系統正常工作。
3.2、加臭工藝流程及原理
3.2.1 加臭工藝流程(見圖1)
3.2.2 系統工作原理
　用4t的臭劑常壓儲罐與加臭泵相連，中間設有過濾器及旁通管線，正確開關各閥，靠泵吸入臭劑加到燃氣管線內的散流式汽化器中，廢料罐與儲罐間靠位差，自然流入廢料罐，關閉閥門，排污停止，廢料罐與泵有一連接管線，必要時廢料可以打開連管線輸入燃氣管道內。
3.2.3 控制部分原理
　 控制部分由一臺工業控制計算機組成一套控制系統，包括顯示器、主機、打印機、信號轉換器等設備，計算機控制軟件接受燃氣管道的流量信號分析處理指揮加臭泵工作。控制路線為燃氣流量信號首先進入信號機轉換器，經信號轉換器處理后，傳入計算機。經計算機采樣分析發出脈沖頻率信號給信號轉換器，經信號轉換器放大處理成動力脈沖信號傳至加臭泵，加臭泵進行加臭工作。工作正常時，微流量監控儀傳出正常工作信號，此時計算機顯示各部工作正常。工作不正常時，計算機不能傳出正常工作信號，此時計算機熒光屏上顯示工作不正常并伴有文字、也有聲音報警，同樣儲液罐內的儲量在熒光屏上有直觀顯示，當液位不足時，信號傳輸液過低指示，計算機分析后進行強制關泵處理，此時屏幕顯示有文字，也有聲音報警。此控制系統可指揮各泵分別或同時工作，各泵工作均有記錄，存入電腦中，并可定時、隨時打印。采用比例調節，加臭量正比于天然氣流量。具體做法是先行根據公司提供的正常加臭量確定加臭比率（按照統計分析結果，我廠一般要求加臭量為25mg/m⒊用戶家中檢測值即大于20mg/m⒊的國家標準），計算機據此計算出當時流量下的加臭量，然后轉成4mA—20mA的電信號輸出，直接控制加臭裝置，達到供出天然氣含臭量恒定的目的。
3.3、原進口加臭裝置作為備用保留
新自動加臭裝置調試好后，仍保留原有加臭裝置（LIQUID LEVEL LECTRONICS INC 的 85 — 12/2 型波紋管氣動計量泵作為備用。
4、國產加臭裝置投入運行
　 按照我們的設計方案，沈陽貝爾公司生產了新的家伙湊裝置加臭，并于2000年11月16日試運行，開始階段由于沈陽貝爾公司的泵是為新研制生產的加臭量****隔膜泵，因此泵膜片、軟件部分、硬件部分都出現了一些故障。經與貝爾公司共同研究，采用我們提出的雙膜片方案運行以來，膜片運行了半年以上未損壞，除偶然出現故障以外，基本正常運行。2001年南郊輸配廠供氣量比 2000年增加了30%達到2.73億m⒊，臭液的實際消耗僅為8t，比原裝置節約了2.4t臭，合人民幣24萬元，2002年南郊站供氣2.44億m⒊，臭液消耗為7.2t,比原裝置節約2.1t，合人民幣21萬元，真正實現了按流量自動加臭。該裝置是沈陽貝爾公司在全國加藥系統****的一套實驗裝置，但設計遠不夠滿足南郊輸配廠需求，為此我們提出設計方案、要求。試用期間根據我們的建議廠家又對部分產品進行了多項改造，結果證明，加藥隔膜泵采用雙膜片的創新方案后膜片已用一年未損壞，其成型裝置膜片壽命為3月—6月。新裝置還具有自動補氣，殘液回收利用，低液位報警，數據自動采集等優點，工作情況遠程監控，直觀操作，提高了設備安全性，實現了無排放的環保要求等優點；同時解決了向加臭貯罐倒藥改用金屬軟管螺紋聯接避免軟膠管聯接的漏藥問題；應用散流式汽化器比原有的靠重力流入的方式，更有利于 THT 與燃氣混合均勻；新裝置造價比原進口裝置低 11 萬元。按節約成本計算，近兩年的運行已回收建設該裝置的全部投資。
從2001年南郊站供氣量增加到2.7億m⒊至今。該國產化裝置已8.6 億m⒊天然氣中共加入THT為 24.6t，而且加臭量檢測結果基本穩定在22mg/m⒊—30mg/m⒊，真正實現了按流量同步、自動的加臭。 2002年6月采用邊攜式THT檢測儀以來，南郊站取樣檢測結果，THT含量基本穩定在 25mg/m⒊—29mg/m⒊，偶爾出現的低點為21mg/m⒊、22mg/m⒊，達到了公司及國家標準的要求

綜上所述，國產化加臭裝置在天然氣輸配中完全可以替代進口裝置，具有更高的性能價格比，解決了進口裝置在國內天然氣輸送系統中適用范圍小、過濾趨阻力大、零部件購置周期長、費用高、替代品短缺的缺點。國產加臭裝置費用較低，常壓儲罐省卻了壓力容器檢驗費，加臭效果好，維修簡單，完全可滿足天然氣輸送的加臭要求，有很大的應用前景和推廣價值。