浅谈天然气管网加臭浓度检测

上海飞奥燃气设备有限公司 李建军

上海航天能源股份有限公司 高 宇

浅谈天然气管网加臭浓度检测

上海飞奥燃气设备有限公司 李建军

上海航天能源股份有限公司 高 宇

管网天然气加臭浓度的检测，作为天然气加臭效果评价的重要依据，其可靠的检测手段尤为重要。通过便携式气相色谱仪在天然气管网中的检测应用，我们发现所得数据有些与预期值存在较大偏差甚至矛盾，但正是这样，使我们对管网天然气加臭的复杂状态有了进一步认识，为有效的分析提供了实践依据。

便携式气相色谱仪 加臭浓度检测 管网天然气

1 管网天然气加臭浓度检测的重要意义

天然气作为清洁能源，以其绿色环保、经济实惠等优点而在人们日常生活和工业生产中得到越发广泛的应用。它是以甲烷成份为主，并含少量乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳以及氮气等气体的混合物，无色无味，易燃易爆，使用过程中，如遇泄漏，将不易察觉，对人们的生命、财产安全带来一定的威胁。因而，给天然气加臭，使之泄漏后易于察觉，对人们及时采取有效防护措施，起到十分重要的作用。而要知道气味浓度值是否达到国家或行业标准说明的指标时，则需要依据可靠的检测手段。

中华人民共和国行业标准《城镇燃气加臭技术规程》(CJJ/T 148—2010)中，有如下条款说明：

“3.1.4城镇燃气加臭剂的添加必须通过加臭装置进行，燃气中加臭剂的最小量应符合下列规定：

1 无毒无味燃气泄漏到空气中，达到爆炸下限的20%时应能察觉；

2 有毒无味燃气泄漏到空气中，达到对人体允许的有害浓度时，应能察觉；对于含有CO的燃气，空气中CO含量达到0.02%(体积分数)时，应能察觉。

3.2.1 应定期对城镇燃气管道内的加臭剂浓度进行检测，并应做好记录。

3.2.2 加臭剂浓度检测点应根据管网和用户情况确定，并宜靠近用户端。

3.2.3 应保证用户端加臭剂最小检测值符合本规程第3.1.4条的规定。

3.2.4 加臭量的检测应采用仪器检测法。检测仪器可采用气相色谱分析仪和加臭剂检测仪。”

此外，在该标准条文说明中，也有如下解释条款：

“3.2.1~3.2.3为了提高燃气供应的安全性，加臭浓度应保持在一定的数值范围内，以保证管道末端的加臭剂浓度大于最小检测量。城镇燃气管道内加入加臭剂后，由于管道对加臭剂的吸附，随着时间的变化和与加臭点距离的增加，加臭剂浓度会逐渐衰减；当管道末端的加臭剂浓度低于最小检测量时，一般要在加臭点加大加臭量或增加加臭点。”

2 几种管网天然气加臭剂浓度检测手段及比较

目前燃气加臭剂四氢噻吩(THT)以其良好的稳定性和特有的警示气味而得到国内外行业内的广泛认可和应用。然而，由于管网条件错综复杂，虽然在加臭点可以准确设定燃气加臭量，但在管网的中间或下游任意点，其加臭剂浓度与起始点的对比情况不得而知，此时，能利用持续可靠的检测设备进行检测，则尤为必要。

目前，国内燃气行业对于燃气加臭浓度检测工作的开展还处于初级阶段，普遍缺乏可靠的检测手段，以使用手持电化学式检测仪为主。电化学式检测仪器虽携带及操作简便，但电化学传感器稳定性普遍不够，易漂移，且探头寿命期相对较短，但价格相对便宜。大型的气相色谱仪，一般只适用于实验室使用，参数设置及操作复杂，一般需要比较专业的技术人员方可操作，且价格昂贵，其检测精度很高，但很难普遍适用。

便携式气相色谱仪(如图1)，顺应时代需求，从某种程度上来说，它结合了一般检测仪和大型色谱仪的优点，提供可在线持续检测，操作简便，精度高且价格相对合理。它具有高速分析的特性，结构紧凑的机身，卓越的灵敏度等特点，能检测10-6(ppm)级的样品物浓度，如加臭剂THT在天然气中浓度一般就只有几个10-6(标况下，20 mg/m3换算约为5×10-6）。

图1 便携式气相色谱仪

便携式气相色谱仪应用于加臭剂浓度检测主要是通过将检测点未知的样气与已知浓度的标准气在色谱仪同样设定参数下进行检测对比，从而得出未知样气的浓度值，主要表现为色谱峰高或峰面积的对比，图2为加臭浓度检测色谱示意。

图2 加臭浓度检测色谱示意

3 天然气管网加臭点及常规检测点设置情况

以上海市为例，目前天然气主要管网如图3所示，管线压力从高压6 MPa，逐级调压下降，经历4 MPa，2.5 MPa，1.6 MPa等，直至最终到达终端用户。图中“○”处天然气调压门站同时设有天然气加臭系统。可见，加臭点主要设置于管网外围高压处，属于集中加臭的方式。图中“□”处为目前选定的定期进行浓度测试的常规检测点。一处设于“XG站”加臭点旁，属于源头浓度检测；一处设于下一压力级的下游“BC站”站点；另外两处位于再下一压力级的下游“YT站”站点和更远端的“HJ站”站点。

该集中加臭方式的特点是从源头加臭，加臭点数量的设置可相对较少，便能覆盖整个管网，在整个管网内任意节点处发生泄漏均可被察觉。

图3 上海天然气管网示意

4 常规检测点加臭浓度检测数据的汇总及分析

本文对应用便携式气相色谱仪在上海天然气管网目前的4个常规检测点的2011年1月~7月的检测数据进行汇总。这些数据是每个点每次连续30分钟检测所得数据的平均值，且每个点平均间隔30天检测一次。统计结果及分析如下图4所示：

图4 加臭浓度检测数据汇总

从图4发现，XG站的浓度检出值相对较低，且出现过较大波动；尤其在二月份的时候出现过高点。根据调查，XG站是以人工调节加臭泵行程或输入频率为主，未完全实现加臭量随燃气流量变化定比例控制。而图中波动的高点出现在一季度，尤其二月份，那时正值寒冷天气。冬季及寒天一般都是用气高峰期，且二月初正是中国的春节假期，这段时间对用气安全更是要倍加重视。这期间检测值相对高有可能是人工调高加臭频率的结果。

另外，从图上我们也可看出，下一压力级的下游BC站检测点的浓度检测值普遍相对较高，且随着XG加臭点的变化呈近似同步变化。这便很朴素的说明了上游加臭量的变化会对下游产生同步的影响。

再者，图中再下一压力级的下游YT站和HJ站的浓度值相对平稳，而都比上游BC站要低，且更为远端的HJ站则更低一些。

从BC站、YT站、HJ站这三站的检测数据来看，其基本符合浓度从上游到下游的逐步衰减的规律，但如果按照这个理论，源头加臭点XG站的浓度检测值应是最高的，然而，检测数据结果恰恰相反，XG站的浓度值基本都是偏低甚至是最低的。经过多方研究分析，我们发现该检测点位置仅距上游加臭点3~4米，据意大利同行专家实践经验介绍，在加臭点下游1公里范围内，由于加臭剂未能充分与燃气均与混合，大部分加臭剂还混合在管道气流的中下部，而检测的燃气基本来自于管道气流的的中上部，从而检测值相对较低。

此外，应用便携式气相色谱仪，我们还对BC站做过连续6小时的浓度检测，如图5所示：

图5 BC站7月22日加臭浓度持续检测汇总

从图5可见，该检测点的浓度值在这天早上9：40左右到下午15：40左右这段时间内并不是十分稳定的，最低值为20.6 mg/m3，最高值30.8 mg/m3。可见，在大流量高压的管网节点，管网加臭浓度在一天内也会存在不小的波动。

5 加臭剂浓度检测的现实意义和下一阶段工作

根据便携式气相色谱仪的检测数据汇总分析，我们发现了一些符合理论规律的现象，如加臭浓度从上游到下游的衰减，但同时，加臭点浓度检测值过低也让我们了解到加臭剂与燃气混合的一些变化规律，也使我们对今后选择有效检测点给予了一些实践数据指导。某一特定检测点一天内浓度的波动变化，也更加说明了管网运行的复杂性，包括管道压力、环境温度、气质情况、管道新旧程度、管壁洁净度、燃气流量、同一压力级管网中燃气流向变化等众多因素都会对燃气加臭浓度产生影响。

目前的数据还相对有限，针对现有情况，我们还需在管网重要节点、复杂节点处多增加检测点，同时，相应提高检测频率。通过收集更多的可靠数据，来更加充分的掌握管网中加臭浓度季节性变化规律，也能够更好的指导上游加臭点加臭量的安全、合理、经济的设设定，以更为科学的方式，来平衡和安全我们的燃气管网，保障用气安全。

Discussion on Concentration Detection of Natural Gas Odorizing Shanghai Fiorentini Gas Equipment Co.,Ltd. Li Jianjun

Shanghai Aerospace Energy Co.,Ltd. Gao Yu

As a basis for the evaluation of the effect of natural gas, detection of gas odor concentration is particularly important. This paper compares the different features of electrochemical detector and gas chromatography, then uses the portable gas chromatography to detect continuous variation in conventional detection points. Finally, it analyses the significance of the summary data and proposes the further study related this question.

Portable gas chromatograph, Odor concentration detection, Natural gas pipeline and network