加臭装置在天燃气输配中的应用

1、前言
　 天然气本身无色无味，易燃易爆，在输送或使用过程中，一旦泄露很难被发现，而加入燃气泄露示警的臭味剂之后，即使有微量的泄露，也可被及时发现，补救，所以臭味剂的添加至关重要。目前，国内外城镇燃气普遍采用发加臭剂为四氢噻吩(以下简写为THT)。因此加臭量过大，既增加了燃气供应不必要的成本，造成资金的浪费，加臭剂在燃烧后又产生了过多的含硫物，加大了环境污染的潜在危险，但是加臭量偏低又将导致燃气一旦泄露时不能被用户即使发现，报警，起不到示警作用，给燃气供应和使用带来了不安全隐患。如何才能控制好每标准立方米中加臭剂的含量稳定在一定范围内，对于确保用户的用气安全，以及我们燃气企业的经济效益和社会效益两方面都有重大意义。国家《城镇燃气设计规划》(GB50028—93)第223条规定“城镇燃气应具有可以察觉臭味，无臭味或臭味不足的燃气应加臭”并规定了天然气中以四氢噻吩为加臭剂的用量为不低于20mg/m⒊。

2、进口加臭装置简介
　南郊，西郊两站分别于 1993 年迈， 1997 年投入运行，均为北京天气供应的门站，以 2004 奶奶为例，全年天然气供应量占全市总量的 60% ，在城市燃气供应中有着极其重要的龙头位置

2.1南郊站进口加臭装置简介
　从表 5 中我们可以看到，利用石油华工厂干气制造成本最低，其次是焦炉燃气，伍德燃气，水煤气增热气，重油催化裂解气，天然气，LNG和LPG。从销售价格看，对企业效益最佳的是石油炼厂干气，盈利最大，有利可图的是天然气，LNG,焦炉气，水煤气增热气，伍德炉气，销售价格如按1.5元/m⒊计算可微利保本，LPG亏本最大，其次是重油制气，原因是购入原料价格高，产品价格倒挂(销售价格)低造成。因此发展城市燃气要合理利用我国现有气源，选择合理的工艺路线，做到物尽其用，发挥最大效益。南郊站位于北京市南郊的丰台区，华北油田供应的天然气高压管道直达南郊站，燃气在该站经计量，调压，气体分析和加臭后向中关村和市经济技术开发区方向燃气管网供气，最高时年输送天然气2.7亿m⒊日供气量为20万m⒊—150万m⒊,是北京市天然气输入端四个极其重要的气源站之一。因此，南郊站的安全，可靠，连续，高质量的运行，对该厂的加臭系统有十分严格的要求，拥有一个完善，可靠。高性能的加臭系统，是保证南郊站安全稳定生产的必要基础。
2.2.1进口加臭装置工作原理
　南郊站加臭装置是1993年从国外进口，有手动和自动控制两种方式加臭。加臭装置采用的是85—12/2型波纹管气动计量泵。该计算量泵是一种柱塞泵，它利用柱塞的往复运动来吸入药液和向天然气中注入。而泵中柱塞的行程和其往复运动的周期均可调节，调节行程可改变药液的单次注入量，改变周期则可改变药液的总注入量。行程的调节是通过泵体上部的行程调节螺栓来实现的，调节螺栓可改变施压于柱塞上弹簧的预置张力，从而限制了柱塞的行程。由于柱塞的往复运动是靠柱塞上部的活塞来驱动的，而导入活塞两端的动力气体又由一气体定时器控制；该定时器是由一设有正反馈的气动积分单元组成，调节装置上的针型阀即可赶边积分时间常数，也就是改变了导入活塞返回端的气体的周期。具体工作过程是由于针型阀的限制，积分单元中的 气压逐渐上升，当达到一定值时，使得定时器中正反馈部件动作，关闭活塞工作端的进气并排空，同时致使活塞返回端进气，活塞返回。活塞返回后积分单元压力也相应泄掉，正反馈部件回到原位，下一个周期又重新开始。对于型号85—12/2XO/4—20mA 型的计量泵可通过施入4mA—20mA的标准控制信号用电气的方法来控制泵中活塞的动作周期。手动方式为调节现场时间继电器，控制电磁阀动作周期，从而控制泵中活塞的动作周期。
2.1.2南郊站进口加臭装置运行情况分析
　南郊站加臭装置运行初期，由于流量计量未投入运行，我们采用手动设定每分钟次数及调节每次加注量的方式加臭。我们最初依据 华北油田提供的流量，加臭标准及加臭泵每工作一次的臭液加注量，估算出应设定的每分钟加臭的次数。由于进口加臭装置设计为每分钟最多工作20次，只可满足燃气流量小于64000m⒊/h的加臭需要，冬季燃气流量高于64000m⒊/h加臭量过少，但是，燃气供应应具有时不均匀性、日不均匀性、月不均匀性，导致小时、日、月供气量相差几倍—几十倍甚至上百倍，在燃气供应量超过南郊站原设计的最大流量时就不可能达到加臭精度要求。据南郊站近几年流量数据统计，每小时供气量最小时仅为几百标准立方米，小时供气量最大时为12万m⒊，显然在流量大时该装置无法达到加臭的要求。因此原有的加臭装不适合在燃气供应不均匀性的条件下，保证每立方米天然气中 THT 含量基本相同的要求。燃气加臭量化验结果也证实燃气中THT的含量极不稳定，为1mg/m⒊—29mg/m⒊。

　1999 年 2 月南郊站自动化测控系统试运行后，初步实现了按流量加臭运行，但经过一年的运行，我们认为爱装置存在下述缺点：
　 (1) 加臭量小，随燃气事业的迅速发展，原设计日供气40万—50万m⒊，的南郊站至2000年日均供气已达到近60万m⒊，最大日供气量已达到144万m⒊

●　该装置一些零件部须更换，但是备品备件基本购置不到；
●　加抽装置均压箱前都是不锈钢管，均压箱后是 3/8 英寸无缝钢管，而且两套加臭装置的加臭管接口，药液可通过的管道截面积很小；曾经使用过乙硫醇作加臭剂对钢管有一定的腐蚀作用；臭液为靠重力滴注，气温低的时候臭液粘稠，流入管道中的阻力大，常出现加臭化验结果偏低情况；
●　观察加臭情况的流量看窗里面经常充满臭液，根本不能起到观察加臭的作用；
●　加臭装置出现故障，现场情况不能及时反馈到主控室；
●　加臭储罐容量偏小，可加注的 THT 实际为 1.6t ，高峰事仅够南郊站使用 6 天；
●　手动调整只能到现场调整，不能进行远程调节；
●　向储罐内加臭采用位差方式，每吨 THT 加入储罐需要 910min ，效率低。

　经一年的使用，加臭量检测结果为7mg/m⒊—29mg/m⒊与手动加臭相比，同样不能实现加臭量检测浓度达到20mg/m⒊要求。为保证达到THT下游检测标准的要求，只能提高加臭比例，导致加臭化验结果忽高忽低，臭液损耗高。2000年南郊站供气量为2.1亿m⒊，臭液消耗8t原高于6.3t 的计划值。保证燃气输陪安全平稳，因此公司决定在原有基础上，对南郊站加臭系统进行技术改造。

2.2、西郊站进口加臭装置简介
西郊站加臭系统使用的而组加臭系统为美国YZ公司1997年产品，型号为：NJBX8202GM—Oxy4— A4—6每组站加臭系统中包括：两台加臭泵、两个计量罐、两台N—200GM控制器、两套220VAC充电/供电装置、两组AC加热器、一个储液罐（2m⒊）一个注臭点。该系统1997年11月投运以来，运行基本稳定。该系统优点突出：
● 控制器操作简单明了，功能齐全。特别是有故障项目报警提示，方便查找原因。
● 机械部分结构简单，便于拆卸检修。
● 维护项目较少，维护简便，在线维护时可做到无泄露、无污染。
● 加臭量精度可控制在 0.01g ，经济性较高。
但也存在如下问题：
●　两组加臭系统为独立运行，无互补性。如果一组加臭系统中的储液罐或注点出现问题，而加臭泵正常，该加臭泵只能闲置。相反，如果一组加臭系统中的储液罐或注臭点正常，而加臭泵出现问题，该系统的储液罐或注臭点只能闲置。若两组加臭系统可互补运行，将提高整个系统的稳定性
●　加臭系统只有 1 个动力天然气调压器。两组加臭系统（四台臭泵）只靠一个动力天然气调压器供气。若此调压器出现故障，将影响整个加臭系统。
●　加臭系统时间精度较低。我站目前计量装置已搬运，但未能与控制器相连，因此加臭系统采用时间方式加臭。在此方式下，存在加臭精度低的问题。如：
输气量为510万—570万m⒊时，加臭时间间隔均为0.08min/冲程
输气量为580万—660万m⒊时，加臭时间间隔均为0.07min/冲程
输气量为670万—780万m⒊时，加臭时间间隔均为0.06min/ 冲程

　 由此可看出，输气量越大，加臭精度就越低。本加臭系统最大加臭量 2259L/d ，相当于满足每天输气 1100 万 m ⒊的水平。按此方式加臭，误差就很大了。加臭系统天然气管、臭液管应有加装置。冬季经常出现天然气、臭液中的水分结冰的现象。若天然气气管、臭液管有加温装置可解决冬季结冰的问题。
● 配件价格较高。(相关备件价格表略)
● 动力系统采用天然气作为动力气。对系统的防爆要求较高。
● 对管线天然气洁净度要求较高。由于储液罐是由天然气作为动力气，天然气中的杂质将在储液罐内污染臭液，造成臭液滤芯经常堵塞。
● 加臭泵膜片使用寿命较短。冬季高峰时使用约为2月—3月就会破损。进口膜片价格很高，经加工模具后改用国产模片替代。
● 储液罐为压力容器，需定期检验及标定安全阀。
3、加臭装置国产的设计方案
　我厂针对原有进口加臭装置存在的上述问题，提出了国产化加臭装置技改方案并与省阳贝尔公司合作于2000年11月在南郊站安装了国产加臭装置。
3.1、国产化加臭装置设计要求
●　设计的指导思想是技术先进、安全方便、经济可行；
●　遵循安全防爆、适用范围广、安全方位自动控制、过程自动监测的原则；
●　四氢噻吩加入量连续可调，适用范围为0—16万m⒊采用4台通用隔膜泵按照“迭加”原理，进行控制，即根据燃气流量从小到大，工作泵由一台工作，随着流量增加逐级迭加到4台同时工作，可实现全过程自动加臭的设计目标。采用通用设备便于检修、更换备件；
●　工作泵输出行程可调，即调节每次注入的臭剂量，可调范围外50mg/次—1300mg/次；
●　臭液储存及残液储备根据容积和防腐要求，设计为4m⒊和0.5m⒊的不锈钢常压容器，过滤出的残液可靠位差自然排入残液储罐，可经过处理后循环使用，真正实现无排放的环境保护要求。
改造中须注意问题；
　所有改造都要尽量减少对燃气正常输送的影响，不能改变工况来进行实测，只能进行模拟测试。所有采用的技术和设备必须是成熟的技术，具有很高的可靠性。由于天然气无色无味且易燃易爆，所以所有现场设备必须满足相应的防爆要求。南郊为气源站，设计压力为2.5Mpa—4.0Mpa ，安装在燃气管道上的设备还要具备相应的耐压级制。与臭液接触的管道和管件必须采用耐腐蚀材料。要求设备故障易确定，选用设备必须易快速更换，绝大多数设备更换时不影响系统正常工作。
3.2、加臭工艺流程及原理
3.2.1 加臭工艺流程(见图1)
3.2.2 系统工作原理
　用4t的臭剂常压储罐与加臭泵相连，中间设有过滤器及旁通管线，正确开关各阀，靠泵吸入臭剂加到燃气管线内的散流式汽化器中，废料罐与储罐间靠位差，自然流入废料罐，关闭阀门，排污停止，废料罐与泵有一连接管线，必要时废料可以打开连管线输入燃气管道内。
3.2.3 控制部分原理
　 控制部分由一台工业控制计算机组成一套控制系统，包括显示器、主机、打印机、信号转换器等设备，计算机控制软件接受燃气管道的流量信号分析处理指挥加臭泵工作。控制路线为燃气流量信号首先进入信号机转换器，经信号转换器处理后，传入计算机。经计算机采样分析发出脉冲频率信号给信号转换器，经信号转换器放大处理成动力脉冲信号传至加臭泵，加臭泵进行加臭工作。工作正常时，微流量监控仪传出正常工作信号，此时计算机显示各部工作正常。工作不正常时，计算机不能传出正常工作信号，此时计算机荧光屏上显示工作不正常并伴有文字、也有声音报警，同样储液罐内的储量在荧光屏上有直观显示，当液位不足时，信号传输液过低指示，计算机分析后进行强制关泵处理，此时屏幕显示有文字，也有声音报警。此控制系统可指挥各泵分别或同时工作，各泵工作均有记录，存入电脑中，并可定时、随时打印。采用比例调节，加臭量正比于天然气流量。具体做法是先行根据公司提供的正常加臭量确定加臭比率（按照统计分析结果，我厂一般要求加臭量为25mg/m⒊用户家中检测值即大于20mg/m⒊的国家标准），计算机据此计算出当时流量下的加臭量，然后转成4mA—20mA的电信号输出，直接控制加臭装置，达到供出天然气含臭量恒定的目的。
3.3、原进口加臭装置作为备用保留
新自动加臭装置调试好后，仍保留原有加臭装置（LIQUID LEVEL LECTRONICS INC 的 85 — 12/2 型波纹管气动计量泵作为备用。
4、国产加臭装置投入运行
　 按照我们的设计方案，沈阳贝尔公司生产了新的家伙凑装置加臭，并于2000年11月16日试运行，开始阶段由于沈阳贝尔公司的泵是为新研制生产的加臭量最大隔膜泵，因此泵膜片、软件部分、硬件部分都出现了一些故障。经与贝尔公司共同研究，采用我们提出的双膜片方案运行以来，膜片运行了半年以上未损坏，除偶然出现故障以外，基本正常运行。2001年南郊输配厂供气量比 2000年增加了30%达到2.73亿m⒊，臭液的实际消耗仅为8t，比原装置节约了2.4t臭，合人民币24万元，2002年南郊站供气2.44亿m⒊，臭液消耗为7.2t,比原装置节约2.1t，合人民币21万元，真正实现了按流量自动加臭。该装置是沈阳贝尔公司在全国加药系统最大的一套实验装置，但设计远不够满足南郊输配厂需求，为此我们提出设计方案、要求。试用期间根据我们的建议厂家又对部分产品进行了多项改造，结果证明，加药隔膜泵采用双膜片的创新方案后膜片已用一年未损坏，其成型装置膜片寿命为3月—6月。新装置还具有自动补气，残液回收利用，低液位报警，数据自动采集等优点，工作情况远程监控，直观操作，提高了设备安全性，实现了无排放的环保要求等优点；同时解决了向加臭贮罐倒药改用金属软管螺纹联接避免软胶管联接的漏药问题；应用散流式汽化器比原有的靠重力流入的方式，更有利于 THT 与燃气混合均匀；新装置造价比原进口装置低 11 万元。按节约成本计算，近两年的运行已回收建设该装置的全部投资。
从2001年南郊站供气量增加到2.7亿m⒊至今。该国产化装置已8.6 亿m⒊天然气中共加入THT为 24.6t，而且加臭量检测结果基本稳定在22mg/m⒊—30mg/m⒊，真正实现了按流量同步、自动的加臭。 2002年6月采用边携式THT检测仪以来，南郊站取样检测结果，THT含量基本稳定在 25mg/m⒊—29mg/m⒊，偶尔出现的低点为21mg/m⒊、22mg/m⒊，达到了公司及国家标准的要求

综上所述，国产化加臭装置在天然气输配中完全可以替代进口装置，具有更高的性能价格比，解决了进口装置在国内天然气输送系统中适用范围小、过滤趋阻力大、零部件购置周期长、费用高、替代品短缺的缺点。国产加臭装置费用较低，常压储罐省却了压力容器检验费，加臭效果好，维修简单，完全可满足天然气输送的加臭要求，有很大的应用前景和推广价值。