加臭工艺在城市燃气中的应用与改进
Outline:
彭峻峰
,
谢瑜
摘要：为了确保燃气泄漏及时被发现，在进行民用燃气供应时，必须对民用燃气加臭。目前，民用燃气加臭工艺在西南地区运用十分广泛，以达州市、南充市民用燃气加臭工艺为例，从设备选型、运行状况、管理方式等方面入手，通过对加臭装置的加注量、监测浓度数据的对比分析，发现在加臭剂加注过程中存在加注量过大、浓度不稳定、对环境影响大等需要改进的地方，提出将手动固定频率加注工艺改进为自动适时加注，有效控制后端浓度，降低对大气环境的影响，减少加臭剂的浪费，达到降本增效、确保安全使用燃气的目的。
关键词：城市燃气 加臭工艺 改进
Application and improvement of deodorization process in the city gas
Outline:
Peng Junfeng
,
Xie Yu
Sichuan Chuangang Gas Group Corporation Limited, Mianyang, Sichuan, China
Abstract: In order to ensure timely detection of gas leakage, civil gas must be odorized when it is supplied. Civil gas deodorization technology is widely used in southwest China. Taking the deodorization technology of Dazhou City and Nanchong City as an example, the selection of equipment, operation status and management mode were discussed in this paper. The comparative analysis of the dosage of deodorizer and monitoring concentration data has been done. It is found that there are some factors to be improved such as excessive dosage in the dosage of deodorizer, unstable concentration and great environmental impact. In order to reduce the cost and increase efficiency, ensure the safe use of gas, it is proposed to change the manual charging process in fixed frequency to automatical charging timely in order to control the back-end concentration effectively, reduce the atmospheric environment impact, and decrease the waste of deodorant.
Key words:
city gas deodorization process improvement
安全供应和清洁使用燃气是人们正常生活的有力保障，其对社会和经济的发展有着十分重要的意义。在西南地区居民使用的燃气类型中，天然气占主导地位。在输送或使用天然气过程中，一旦泄漏达到爆炸极限后极易发生燃烧爆炸事故，造成人员伤亡和财产损失，属于重点管控环节。而在天然气中加入臭味剂后，即使有微量的泄漏也容易被发现，从而找出漏点，消除安全隐患，同时控制输差，降低损失。对目前西南片区现状而言，不仅要考虑采取什么样的加注工艺，加注量如何有效控制，以便尽可能降低天然气中含硫化合物的浓度，减少对环境的影响，保证使用安全，同时还需进一步深入思考节约生产成本的问题。
1 加臭工艺现状
1.1 工艺原理
将罐装储存的加臭剂采用机械泵定频加压，以高于管道输送压力的泵注压力连续注入管道中，与天然气进行混合，由天然气气流自然携带至下游各个用气点，达到供气管道、用气设备任何一个点位出现泄漏都能及时被嗅觉发现的目的[1]。
1.2 工艺流程
加臭装置主要包括储罐、柱塞泵、加注管路、注入器等。具体加注流程为：储罐药剂被吸出—加注泵升压—加注管线—燃气管道内与燃气混合—管网—各用气点[2]。工艺流程如图 1所示。
1.3 加注量的确定
西南地区使用的天然气是净化气，属于无毒燃气，与有毒燃气的加注标准不同，泄漏到空气中的浓度要求也不一样。通常的做法是在理论计算的基础上，采用1.2节加注工艺定频定量加注。
加臭量按照公式(1)进行计算[3]：
| $
{{\mathit{Q}}_{\text{0}}}\text{=}\frac{{{\mathit{L}}_{\text{d}}}{{\mathit{\rho }}_{\text{v}}}}{\text{0}\text{.02}{{\mathit{L}}_{\mathit{s}}}\mathit{b}}\mathit{ }
$ |
(1) |
式中：Q0为理论加注量，mg/m3；Ld为嗅觉感知体积分数，10-9；ρv为臭气蒸汽密度，kg/m3；Ls为燃气爆炸下限，%；b为燃气加臭剂的纯度，%。
达州市城区和南充市民用气加臭量分别见表 1和表 2。
表 1
表 1 达州市城区民用气加臭记录
Table 1 Odorization records of city gas in Dazhou
| 工况编号 |
输气量/(104 m3·d-1) |
臭剂加注量/(kg·d-1) |
末端1质量浓度/(mg·m-3) |
末端2质量浓度/(mg·m-3) |
| 1 |
3.5 |
10 |
210 |
202 |
| 2 |
3.8 |
10 |
195 |
193 |
| 3 |
4.2 |
10 |
173 |
170 |
| 4 |
4.5 |
10 |
162 |
159 |
| 5 |
4.8 |
10 |
152 |
147 |
| 6 |
5.0 |
10 |
149 |
140 |
|
表 1 达州市城区民用气加臭记录
Table 1 Odorization records of city gas in Dazhou
|
表 2
表 2 南充市民用气加臭记录
Table 2 Odorization records of city gas in Nanchong
| 工况编号 |
输气量/
(104 m3·d-1) |
臭剂加注量/(kg·d-1) |
末端1质量浓度/(mg·m-3) |
末端2质量浓度/(mg·m-3) |
| 1 |
18 |
40 |
166 |
162 |
| 2 |
19 |
40 |
155 |
150 |
| 3 |
20 |
40 |
150 |
146 |
| 4 |
22 |
40 |
135 |
132 |
| 5 |
21 |
40 |
141 |
135 |
| 6 |
23 |
40 |
130 |
124 |
|
表 2 南充市民用气加臭记录
Table 2 Odorization records of city gas in Nanchong
|
2 存在的主要问题
由加注情况看出，加注工艺与工况不相适应，未充分考虑到气量的适时变化对浓度的影响，也未考虑外输管道长度及管道清洁情况对浓度的影响[4]，总体加注量偏高，后端采用取样气组分分析法分析，加臭剂浓度超高，含硫化合物浓度偏高，且无法有效控制，对大气环境影响大，不但不满足GB 17820-2012《天然气》相关清洁生产的要求，也对生产成本造成极大浪费。
3 改进措施
3.1 修正加注量
考虑管道长度、管道清洁程度及季节变化对加臭浓度的影响，可在理论计算的基础上，根据式(2)对加注量进行修正[1]：
| $
\mathit{Q}\text{=}\frac{{{\mathit{K}}_{\text{1}}}{{\mathit{K}}_{\text{2}}}{{\mathit{K}}_{\text{3}}}}{\left( \text{1-}\mathit{a} \right)}\text{ }\!\!\cdot\!\!\text{ }{{\mathit{Q}}_{\text{0}}}
$ |
(2) |
式中：Q为实际加注量，mg/m3；K1为经验系数，一般取10；K2为修正系数，与环境温度有关，取值范围1.0~2.5；K3为修正系数，与管道的新旧程度有关，取值范围1.0~2.0；a为臭剂损失修正值，取值范围75%~85%。
3.2 将定频加注调整为按气量适时加注
采集臭剂加注点天然气流量数据和末端臭剂监测浓度，将流量数据和末端监测浓度导入远程终端控制系统(remote terminal unit，以下简称RTU)，RTU通过计算后对控制器发出动作命令，由控制器对加注泵泵注频率进行时时控制，从而达到精准控制降低加注量的目的。自动控制加注量工艺流程见图 2。
综合考虑浓度影响因素后，通过流量数据和末端浓度数据实现对泵注量的时时调整，对达州市城区和南充市民用气加臭的加注量进行修正，再次采用取样气组分分析法进行分析检测，效果明显。具体情况见表 3和表 4。
表 3
表 3 达州市城区民用气加臭记录
Table 3 Odorization records of city gas in Dazhou
| 工况编号 |
输气量/
(104 m3·d-1) |
臭剂加注量/(kg·d-1) |
末端1质量浓度/(mg·m-3) |
末端2质量浓度/(mg·m-3) |
| 1 |
3.5 |
1.2 |
8.5 |
8.4 |
| 2 |
3.8 |
1.4 |
9.0 |
8.9 |
| 3 |
4.2 |
1.5 |
8.8 |
8.6 |
| 4 |
4.5 |
1.6 |
8.6 |
8.4 |
| 5 |
4.8 |
1.8 |
9.1 |
9.1 |
| 6 |
5.0 |
1.9 |
9.0 |
9.1 |
|
表 3 达州市城区民用气加臭记录
Table 3 Odorization records of city gas in Dazhou
|
表 4
表 4 南充市民用气加臭记录
Table 4 Odorization records of city gas in Nanchong
| 工况编号 |
输气量/
(104 m3·d-1) |
臭剂加注量/(kg·d-1) |
末端1质量浓度/(mg·m-3) |
末端2质量浓度/(mg·m-3) |
| 1 |
18 |
5.9 |
8.2 |
8.1 |
| 2 |
19 |
6.4 |
8.4 |
8.5 |
| 3 |
20 |
7.4 |
9.3 |
8.9 |
| 4 |
22 |
7.6 |
8.6 |
8.8 |
| 5 |
21 |
7.0 |
8.4 |
8.6 |
| 6 |
23 |
8.1 |
8.8 |
8.9 |
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表 4 南充市民用气加臭记录
Table 4 Odorization records of city gas in Nanchong
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4 效益分析
4.1 经济效益
两个城市共计有燃气配气站4个，工艺改进仅需要在配气站增加控制器，将RTU控制功能在原来的基础上进行扩容。经测算，两个城市的加注工艺改进投入共计12万元。经统计，相比改进前，改进后每个配气站每年节约臭剂量约为600 kg，两个城市共计降低臭剂消耗量2500 kg，忽略人工成本的情况下，折算节约臭剂费用20万元。
综合分析，改进后一年内，除能够收回改进投入外，还能减少生产成本投入8万元。
4.2 社会效益
改进后，不但减少了臭剂的加注量，也相应减少了排放量，从而降低了对大气环境的影响，更加符合国家有关清洁生产的要求。改进措施的实施能够满足燃气泄漏后及时被发现，为应急处置工作提供了前置条件，大大降低了因燃气泄漏造成安全事故的概率。
5 结论
(1) 燃气在被输送到各个居民用气点之前，必须经过臭化处理，提高泄漏的发现率，是降低因燃气泄漏造成安全事故的有效方式。
(2) 城市燃气加臭剂加注量的确定必须在考虑气体流量、管道运行情况、环境温度变化等影响因素下，将理论与实际相结合进行合理确定。
(3) 将气体流量参数与泵注量进行自动联锁控制，依据气体流量变化可以实现对加臭泵的泵注频率的优化调整，达到精细化加注管理、减少加注量和臭剂费用投入的目的。
(4) 通过改进工艺，不但减少了臭剂的加注量，也相应减少了排放量，从而降低了对大气环境的影响，更加符合国家有关清洁生产的要求。
2019, Vol. 48