燃气加湿技术

罗灿保

摘要：文章阐述了城市气源转换时因天然气与人工煤气组分不同所导致的旧燃气管网泄漏问题，探讨了天然气加湿的的必要性，介绍了加湿剂的选用和加湿流程，根据燃气损耗率等数据的统计，说明了天然气加湿技术的有效性。

关键词：城镇燃气；转换；铸铁管网；泄漏；加湿

1、前言

天然气作为一种优质、清洁、高效的城市能源，因其资源丰富并能满足可持续发展的要求，势必将成为21世纪的能源主力。随着西气东输一、二线的贯通，我国天然气利用得到迅猛的普及和发展，很多城市从原来使用的人工煤气置换成天然气。气源的转换给原有煤气铸铁管道带来了许多安全隐患。而彻底改造城市燃气管网难度大、实施时间长，如何渡过目前这个瓶颈难关、顺利实现天然气置换是我们面临的一个现实问题。

2、气源转换带来的铸铁管网安全隐患

由于历史原因，铸铁管因其使用寿命长，耐腐蚀、无需防腐等优点，早期得到了广泛应用，我国大多数城市都经历了用铸铁管网输送人工煤气的燃气发展过程。

由于人工煤气具有一定的含湿量和微量的芳香烃成分，原铸铁管网的承插接口或机械接口处的密封材料（麻丝或橡胶）吸收微量芳香烃后适度膨胀，因此能保证其在输送人工煤气的过程中的密封性能。置换为天然气后，天然气中几乎不含有水蒸气和芳香烃成分，密封材料就会失去水蒸气或芳香烃类物质，造成干燥收缩，从而引起泄漏，带来大量管道抢修工作和安全隐患。同时，管网接口的持续泄漏，也会造成严重的环境污染和燃气企业巨大的经济损失。

输送人工煤气的铸铁管内壁长年黏附有焦油、硫化物、灰尘和铁锈等沉积物，置换天然气后，干燥将使这些杂质随燃气的流动在管道内飞扬，并堆积于阀门、调压器、设备及管道弯头处，造成设备故障和管道阻塞，降低流通能力，影响正常运行。

3、使用燃气加湿技术的必要性

解决因气源转换而导致的铸铁管网安全问题，最直接有效的方法就是将铸铁管全部更换为钢管或PE管。但由于城市燃气管网规模庞大，且大部分铸铁管集中在人口稠密、交通繁忙、商业繁荣的中心地区，若进行更换管道，投资巨大，实施过程时间长、难度大，短时间内更换全部铸铁管是不现实的，对原有尚未到使用年限的管道过早更换也是一种极大的资源浪费。

有些城市在天然气进入后，仍维持人工煤气制气厂的生产，将生产的人工煤气（如水煤气）与天然气按一定比例进行掺混使用。采用这种方法输送的管道燃气与原来的人工煤气大致相同，仍含水分和芳香烃类物质，因此可延缓铸铁管的改造时间，但绝非长远方法，因为长时间维持制气厂所需的人力及资金投入可能会远大于管网改造的费用。

天然气加湿工艺自动向燃气管道加入浓度均匀的湿味剂，使“湿”燃气转换成“干”燃气而含水量和含烃量不变，使之适应铸铁管网输送，可有效地解决管道泄漏和飞灰问题，是天然气转换过程中延缓更换铸铁管道的一种有效过渡方法。天然气加湿工艺具体有以下几个优点：

（1）工艺安装简单、不破坏任何管网设施；

（2）利用现有的输送人工煤气的管道直接输送天然气，提早大规模使用天然气的时间；

（3）延長原有管网的使用寿命，充分利用原有管网的残值；

（4）可以让换管计划延迟，有充足的时间对管网进行逐步改造，减小施工压力，合理规划项目投资期，降低成本。

4、加湿工艺及加湿剂的选用

4.1加湿剂的选用

加湿剂的选择应遵循以下几个原则：价格便宜，来源广；单位体积加湿剂的燃气处理量大；对管道和设备没有腐蚀作用也不产生堵塞；对燃气的燃烧性能没有影响；填料对加湿剂较敏感，即能在较低的加湿剂饱和度上使填料达到膨胀要求；对人身健康和环境没有负面影响。

（1）水：

选用水蒸气进行加湿，加湿剂便宜且来源广，但是存在以下缺陷：

● 水对麻丝接头的作用非常明显，但水对橡胶制品作用比较缓慢，一般认为没有作用。

● 设备昂贵且体积庞大，操作复杂；

● 冬天气温较低时，管网中容易产生凝结水；

● 作用范围相对较小；

● 影响天然气的热值。

（2）油类：

①芳香烃类：在法国常用三甲基苯这种芳香烃类物质，由于橡胶对芳香烃相当敏感，因此对此类加湿剂的用量控制要求很高、很严格。加量过多会导致橡胶材料过度膨胀，从固定位置上脱落，不仅不能防止泄漏，反而会加重泄漏量。

②油漆溶剂油：它是介于汽油与煤油之间的石油馏分。无色透明液体，芳香烃含量在10%～20%，降低了橡胶对加湿剂的敏感性，更容易控制，减少橡胶材料的过度膨胀，因此很安全。

4.2加湿工艺

宜春深燃天然气有限公司自2010年2月开始使用溶剂油加湿剂进行加湿，溶剂油加湿工艺设备主要由控制器、储药罐、加湿泵、各阀门组、压力表及加湿喷嘴等组成，工艺如图1所示：

加湿设备安装在天然气输配站或调压站内，在天然气中压管道中轴线处安装雾化喷嘴，管道内有合理的运行压力，加湿剂随燃气流量变化按比例注入，直接顺燃气流动方向喷出。设计独特的雾化喷嘴，可使加湿剂迅速雾化，与燃气掺混均匀，充分与燃气管道的密封材料相接触，恢复燃气管道密封材料的密封性能。

由于燃气的流量有比较明显的高峰和低谷时段，因此如何根据燃气流量的变化而控制加湿剂的注入频率和数量是一个关健技术问题。我公司使用沈阳光正提供的设备和加湿剂，现运行良好，通过厂家提供的标准和自己实践摸索，确定加湿标准为20 mg/m3，根据燃气流量和加湿标准计算泵的单行程输出量；泵的单行程输出量计算举例：

燃气流量=0～15000 m3/h，加湿标准=20 mg/m3，泵的工作频率=0～50次/分，泵的单行程输出量=50～500 mg，泵的单行程输出量：15000×20÷（50×60）=100 mg/次。当燃气流量=0时，泵的工作频率=0，设备自动停止加湿。

通过计算，设置控制器参数，实施加湿操作，我公司参数如下：

设置泵的最高工作频率：50次/分；

设置最大燃气流量：4000 m3/h

设置加湿标准：20 mg/m3

设置泵的单行程输出量：30 mg/次

设置加湿运行模式：自动

选择工作泵：A泵

设置液位报警点：20%

设置打印时间间隔：8小时，开始时间为控制器打印设置时间。

日常操作时还应注意二点：天然气流量过小的时候，要采取分时段加湿或定时加湿，加湿结束后关闭加湿阀防止天然气回灌；天然气压力变化过大时，应适当进行压力补偿加湿或在操作中避免低压小流量运行。

5、加湿技术应用的结果验证及经济性分析

5.1 应用结果验证

我公司2010年2月使用加湿技术时拥有干管铸铁阀门约61座，铸铁管网总长度84.8公里，调压站（箱）15个；日供气能力约2.3万立方米。下面的一组图表反映的是我公司2009—2010年加湿前后管网抢修及各月燃气购、销气量及气损统计情况：

从图表中明显看出，2010年2月前因湿气—干气的转换造成的管网接口泄漏多、抢修频繁，气量损耗大。使用燃气加湿技术后，管网抢修次数从平均每月12次大幅度减少到每月4.3次，加大了管网运行的安全系数，气损率也从加湿前的月平均11.4%降低到5.85%，效果十分显著。

5.2 经济性分析

（1）设备投资概算

该工艺流程简单，所需设备简单，每套投资为：

计量泵：2万元

流量计：5万元

储罐及过滤器：2万元

喷头及连接管道：2万元

控制箱：3万元

安装费：1万元

合计：15万元。

（注：该工艺为国内设备，投资远低于国外的天然气加湿设备的投资。）

（2）运行费用概算

该设备为全自动加湿设备，无需专门投入运营成本，全年采购加湿剂成本及维护成本共计2万元左右。

（3）经济分析

加湿前平均气损率11.4%，加湿后2010年3-8月期间，综合气损率降为5.85%。加湿后半年累计供气量为491.35万立方米，销气量为462.58万立方米，累计减少气损量为27.25万立方米。累计减少天然气采购成本约为95.37万元，为公司创造了可观的经济效益。

6、结论

通过上述的分析论证，我们认为，在燃气管网的中压部位安装喷雾加湿设备，向天然气中添加加湿剂能够解决城市气源转换后出现的铸铁管道接口泄漏问题，解决了重大的安全隐患，并有效控制气损率。而且采用的喷雾加湿工艺简单，投资经济，且运行成本低。综上所述，使用燃气加湿技术，解决了城市气源转换带来的铸铁管网安全运行问题，为实现城市天然气顺利置换保驾护航。

參考文献：

[1]彭雷. 城镇燃气铸铁管网改造方式的比较.上海煤气，2006，01：11—13

[2]冯良，姚凯，张军. 天然气加湿解决铸铁管接头泄漏问题.城市燃气，2004，03：

[3]姜长才，秦朝葵，王志华. 无锡天然气管网的加湿输送技术与效果.上海煤气，2008，01：19—21