加臭裝置在天燃?xì)廨斉渲械膽?yīng)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(fā)現(xiàn)，而加入燃?xì)庑孤妒揪�的臭味劑之后，即使有微量的泄露，也可被及時發(fā)現(xiàn)，補救，所以臭味劑的添加至關(guān)重要。目前，國內(nèi)外城鎮(zhèn)燃?xì)馄毡椴捎冒l(fā)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?xì)夤��?yīng)不必要的成本，造成資金的浪費，加臭劑在燃燒后又產(chǎn)生了過多的含硫物，加大了環(huán)境污染的潛在危險，但是加臭量偏低又將導(dǎo)致燃?xì)庖坏┬孤稌r不能被用戶即使發(fā)現(xiàn)，報警，起不到示警作用，給燃?xì)夤��?yīng)和使用帶來了不安全隱患。如何才能控制好每標(biāo)準(zhǔn)立方米中加臭劑的含量穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，對于確保用戶的用氣安全，以及我們?nèi)細(xì)馄髽I(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益兩方面都有重大意義。國家《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)劃》(GB50028—93)第223條規(guī)定“城鎮(zhèn)燃?xì)鈶?yīng)具有可以察覺臭味，無臭味或臭味不足的燃?xì)鈶?yīng)加臭”并規(guī)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(yīng)的門站，以 2004 奶奶為例，全年天然氣供應(yīng)量占全市總量的 60% ，在城市燃?xì)夤��?yīng)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?fàn)t燃?xì)�，伍德燃�(xì)�，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(yè)效益****的是石油煉廠干氣，盈利****，有利可圖的是天然氣，LNG,焦?fàn)t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(chǎn)品價格倒掛(銷售價格)低造成。因此發(fā)展城市燃?xì)庖�合理利用我國現(xiàn)有氣源，選擇合理的工藝路線，做到物盡其用，發(fā)揮****效益。南郊站位于北京市南郊的豐臺區(qū)，華北油田供應(yīng)的天然氣高壓管道直達(dá)南郊站，燃?xì)庠谠撜窘?jīng)計量，調(diào)壓，氣體分析和加臭后向中關(guān)村和市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)方向燃?xì)夤芫W(wǎng)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(xù)，高質(zhì)量的運行，對該廠的加臭系統(tǒng)有十分嚴(yán)格的要求，擁有一個完善，可靠。高性能的加臭系統(tǒng)，是保證南郊站安全穩(wěn)定生產(chǎn)的必要基礎(chǔ)。
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(fù)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(fù)運動的周期均可調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)是通過泵體上部的行程調(diào)節(jié)螺栓來實現(xiàn)的，調(diào)節(jié)螺栓可改變施壓于柱塞上彈簧的預(yù)置張力，從而限制了柱塞的行程。由于柱塞的往復(fù)運動是靠柱塞上部的活塞來驅(qū)動的，而導(dǎo)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(shè)有正反饋的氣動積分單元組成，調(diào)節(jié)裝置上的針型閥即可趕邊積分時間常數(shù)，也就是改變了導(dǎo)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(dāng)達(dá)到一定值時，使得定時器中正反饋部件動作，關(guān)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(diào)節(jié)現(xiàn)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(shè)定每分鐘次數(shù)及調(diào)節(jié)每次加注量的方式加臭。我們最初依據(jù) 華北油田提供的流量，加臭標(biāo)準(zhǔn)及加臭泵每工作一次的臭液加注量，估算出應(yīng)設(shè)定的每分鐘加臭的次數(shù)。由于進口加臭裝置設(shè)計為每分鐘最多工作20次，只可滿足燃?xì)饬髁啃∮?4000m⒊/h的加臭需要，冬季燃?xì)饬髁扛哂?4000m⒊/h加臭量過少，但是，燃?xì)夤��?yīng)應(yīng)具有時不均勻性、日不均勻性、月不均勻性，導(dǎo)致小時、日、月供氣量相差幾倍—幾十倍甚至上百倍，在燃?xì)夤��?yīng)量超過南郊站原設(shè)計的****流量時就不可能達(dá)到加臭精度要求。據(jù)南郊站近幾年流量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，每小時供氣量最小時僅為幾百標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到加臭的要求。因此原有的加臭裝不適合在燃?xì)夤��?yīng)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?xì)饧映袅炕�驗結(jié)果也證實燃?xì)庵蠺HT的含量極不穩(wěn)定，為1mg/m⒊—29mg/m⒊。

　1999 年 2 月南郊站自動化測控系統(tǒng)試運行后，初步實現(xiàn)了按流量加臭運行，但經(jīng)過一年的運行，我們認(rèn)為愛裝置存在下述缺點：
　 (1) 加臭量小，隨燃?xì)馐聵I(yè)的迅速發(fā)展，原設(shè)計日供氣40萬—50萬m⒊，的南郊站至2000年日均供氣已達(dá)到近60萬m⒊，****日供氣量已達(dá)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��；曾經(jīng)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(xiàn)加臭化驗結(jié)果偏低情況；
●　觀察加臭情況的流量看窗里面經(jīng)常充滿臭液，根本不能起到觀察加臭的作用；
●　加臭裝置出現(xiàn)故障，現(xiàn)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(diào)整只能到現(xiàn)場調(diào)整，不能進行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)；
●　向儲罐內(nèi)加臭采用位差方式，每噸 THT 加入儲罐需要 910min ，效率低。

　經(jīng)一年的使用，加臭量檢測結(jié)果為7mg/m⒊—29mg/m⒊與手動加臭相比，同樣不能實現(xiàn)加臭量檢測濃度達(dá)到20mg/m⒊要求。為保證達(dá)到THT下游檢測標(biāo)準(zhǔn)的要求，只能提高加臭比例，導(dǎo)致加臭化驗結(jié)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?xì)廨斉惆踩�平穩(wěn)，因此公司決定在原有基礎(chǔ)上，對南郊站加臭系統(tǒng)進行技術(shù)改造。

2.2、西郊站進口加臭裝置簡介
西郊站加臭系統(tǒng)使用的而組加臭系統(tǒng)為美國YZ公司1997年產(chǎn)品，型號為：NJBX8202GM—Oxy4— A4—6每組站加臭系統(tǒng)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(tǒng)1997年11月投運以來，運行基本穩(wěn)定。該系統(tǒng)優(yōu)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(jié)構(gòu)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(jīng)濟性較高。
但也存在如下問題：
●　兩組加臭系統(tǒng)為獨立運行，無互補性。如果一組加臭系統(tǒng)中的儲液罐或注點出現(xiàn)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(tǒng)中的儲液罐或注臭點正常，而加臭泵出現(xiàn)問題，該系統(tǒng)的儲液罐或注臭點只能閑置。若兩組加臭系統(tǒng)可互補運行，將提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性
●　加臭系統(tǒng)只有 1 個動力天然氣調(diào)壓器。兩組加臭系統(tǒng)（四臺臭泵）只靠一個動力天然氣調(diào)壓器供氣。若此調(diào)壓器出現(xiàn)故障，將影響整個加臭系統(tǒng)。
●　加臭系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)****加臭量 2259L/d ，相當(dāng)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(tǒng)天然氣管、臭液管應(yīng)有加裝置。冬季經(jīng)常出現(xiàn)天然氣、臭液中的水分結(jié)冰的現(xiàn)象。若天然氣氣管、臭液管有加溫裝置可解決冬季結(jié)冰的問題。
● 配件價格較高。(相關(guān)備件價格表略)
● 動力系統(tǒng)采用天然氣作為動力氣。對系統(tǒng)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(zhì)將在儲液罐內(nèi)污染臭液，造成臭液濾芯經(jīng)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(jīng)加工模具后改用國產(chǎn)模片替代。
● 儲液罐為壓力容器，需定期檢驗及標(biāo)定安全閥。
3、加臭裝置國產(chǎn)的設(shè)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(chǎn)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(chǎn)加臭裝置。
3.1、國產(chǎn)化加臭裝置設(shè)計要求
●　設(shè)計的指導(dǎo)思想是技術(shù)先進、安全方便、經(jīng)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(jiān)測的原則；
●　四氫噻吩加入量連續(xù)可調(diào)，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(jù)燃?xì)饬髁繌男〉酱�，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(xiàn)全過程自動加臭的設(shè)計目標(biāo)。采用通用設(shè)備便于檢修、更換備件；
●　工作泵輸出行程可調(diào)，即調(diào)節(jié)每次注入的臭劑量，可調(diào)范圍外50mg/次—1300mg/次；
●　臭液儲存及殘液儲備根據(jù)容積和防腐要求，設(shè)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(jīng)過處理后循環(huán)使用，真正實現(xiàn)無排放的環(huán)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?xì)庹�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(shù)和設(shè)備必須是成熟的技術(shù)，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(xiàn)場設(shè)備必須滿足相應(yīng)的防爆要求。南郊為氣源站，設(shè)計壓力為2.5Mpa—4.0Mpa ，安裝在燃?xì)夤艿郎系脑O(shè)備還要具備相應(yīng)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(shè)備故障易確定，選用設(shè)備必須易快速更換，絕大多數(shù)設(shè)備更換時不影響系統(tǒng)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(tǒng)工作原理
　用4t的臭劑常壓儲罐與加臭泵相連，中間設(shè)有過濾器及旁通管線，正確開關(guān)各閥，靠泵吸入臭劑加到燃?xì)夤芫�內(nèi)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(guān)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?xì)夤艿纼?nèi)。
3.2.3 控制部分原理
　 控制部分由一臺工業(yè)控制計算機組成一套控制系統(tǒng)，包括顯示器、主機、打印機、信號轉(zhuǎn)換器等設(shè)備，計算機控制軟件接受燃?xì)夤艿赖牧髁啃盘柗治鎏幚碇笓]加臭泵工作。控制路線為燃?xì)饬髁啃盘柺紫冗M入信號機轉(zhuǎn)換器，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換器處理后，傳入計算機。經(jīng)計算機采樣分析發(fā)出脈沖頻率信號給信號轉(zhuǎn)換器，經(jīng)信號轉(zhuǎn)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(jiān)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(nèi)的儲量在熒光屏上有直觀顯示，當(dāng)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(guān)泵處理，此時屏幕顯示有文字，也有聲音報警。此控制系統(tǒng)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(diào)節(jié)，加臭量正比于天然氣流量。具體做法是先行根據(jù)公司提供的正常加臭量確定加臭比率（按照統(tǒng)計分析結(jié)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(biāo)準(zhǔn)），計算機據(jù)此計算出當(dāng)時流量下的加臭量，然后轉(zhuǎn)成4mA—20mA的電信號輸出，直接控制加臭裝置，達(dá)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(diào)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(chǎn)加臭裝置投入運行
　 按照我們的設(shè)計方案，沈陽貝爾公司生產(chǎn)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(chǎn)的加臭量****隔膜泵，因此泵膜片、軟件部分、硬件部分都出現(xiàn)了一些故障。經(jīng)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(xiàn)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(dá)到2.73億m⒊，臭液的實際消耗僅為8t，比原裝置節(jié)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(jié)約2.1t，合人民幣21萬元，真正實現(xiàn)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(tǒng)****的一套實驗裝置，但設(shè)計遠(yuǎn)不夠滿足南郊輸配廠需求，為此我們提出設(shè)計方案、要求。試用期間根據(jù)我們的建議廠家又對部分產(chǎn)品進行了多項改造，結(jié)果證明，加藥隔膜泵采用雙膜片的創(chuàng)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(shù)據(jù)自動采集等優(yōu)點，工作情況遠(yuǎn)程監(jiān)控，直觀操作，提高了設(shè)備安全性，實現(xiàn)了無排放的環(huán)保要求等優(yōu)點；同時解決了向加臭貯罐倒藥改用金屬軟管螺紋聯(lián)接避免軟膠管聯(lián)接的漏藥問題；應(yīng)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?xì)饣旌暇鶆�；新裝置造價比原進口裝置低 11 萬元。按節(jié)約成本計算，近兩年的運行已回收建設(shè)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(chǎn)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(jié)果基本穩(wěn)定在22mg/m⒊—30mg/m⒊，真正實現(xiàn)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(jié)果，THT含量基本穩(wěn)定在 25mg/m⒊—29mg/m⒊，偶爾出現(xiàn)的低點為21mg/m⒊、22mg/m⒊，達(dá)到了公司及國家標(biāo)準(zhǔn)的要求

綜上所述，國產(chǎn)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(nèi)天然氣輸送系統(tǒng)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(chǎn)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(yīng)用前景和推廣價值。