摘要：文章闡述了城市氣源轉換時因天然氣與人工煤氣組分不同所導致的舊燃氣管網泄漏問題，探討了天然氣加濕的的必要性，介紹了加濕劑的選用和加濕流程.根據燃氣損耗率等數據的統計，說明了天然氣加濕技術的有效性。
關鍵詞：城鎮燃氣；轉換；鑄鐵管網；泄漏；加濕
1 前言
天然氣作為一種優質、清潔、高效的能源，因其資源豐富并能滿足可持續發展的要求，將成為21世紀的能源主力。隨著西氣東輸一、二線的貫通，很多城市從將從原來使用的人工煤氣置換成天然氣。氣源的轉換給原有煤氣鑄鐵管道帶來了許多安全隱患。而徹底改造城市燃氣管網難度大、實施時間長，如何渡過目前這個瓶頸難關、順利實現天然氣置換是我們面臨的一個現實問題。
2 氣源轉換帶來的鑄鐵管網安全隱患
鑄鐵管因其使用壽命長，耐腐蝕、無需防腐等優點，在早期城市管網建設中得到了廣泛應用，我國大多數城市都經歷了使用鑄鐵管網輸送人工煤氣的燃氣發展過程。
由于人工煤氣具有一定的含濕量和微量的芳香烴成分，原鑄鐵管網的承插接口或機械接口處的密封材料(麻絲或橡膠)吸收微量芳香烴后適度膨脹，因此能保證其在輸送人工煤氣的過程中的密封性能。置換為天然氣后，由于天然氣中幾乎不含有水蒸氣和芳香烴成分，密封材料就會因失去水蒸氣或芳香烴類物質，干燥收縮降低密封性能，造成接口處燃氣泄漏，從而產生安全隱患并帶來大量搶修工作。同時，管網接口的持續泄漏，也會造成嚴重的環境污染和燃氣企業巨大的經濟損失。
長年輸送人工煤氣的鑄鐵管內壁黏附有焦油、硫化物、灰塵和鐵銹等沉積物，置換為天然氣后，干燥環境下，這些沉積物會隨燃氣的流動在管道內飛揚，并堆積于閥門、調壓器、設備及管道彎頭處，造成設備故障和管道阻塞，降低流通能力，影響正常運行。
3 使用燃氣加濕技術的必要性
解決因氣源轉換而導致的鑄鐵管網安全問題，最直接有效的方法就是將鑄鐵管全部更換為鋼管或PE管。但由于城市燃氣管網規模龐大，且大部分鑄鐵管集中在人口稠密、交通繁忙、商業繁榮的中心地區，若對管道進行更換，不僅投資巨大，實施過程時間長、難度大，且短時間內更換全部鑄鐵管是不現實的，同時對尚未達到使用年限的管道過早更換會造成資源浪費。
部分城市在引入天然氣后，仍保持人工煤氣的生產，將生產的人工煤氣(或水煤氣)與天然氣按一定比例進行摻混使用。采用這種方法輸送的管道燃氣與原來的人工煤氣相比，仍含水分和芳香烴類物質，因此可延緩鑄鐵管的改造時間，但由于長時間維持制氣廠所需的人力及資金投入可能會遠高于管網改造的費用，絕非長久之計。
天然氣加濕工藝是自動向燃氣管道中加入濃度均勻的濕味劑，使“干”燃氣轉換成“濕”燃氣，從而保持一定的含水量和含烴量，使之適應鑄鐵管網輸送。這種方法可有效地解決管道泄漏和飛灰問題，是天然氣轉換過程中延緩更換鑄鐵管道的一種有效過渡方法。天然氣加濕工藝具體有以下幾個優點：
(1) 工藝安裝簡單、不破壞任何管網設施；
(2) 可以利用現有的輸送人工煤氣的管道直接輸送天然氣，提早大規模使用天然氣的時間；
(3) 延長原有管網的使用壽命，充分利用原有管網的殘值；
(4) 可以延遲換管時間，有充足的時間對管網進行逐步改造，減小施工壓力，合理規劃項目投資期，降低成本。
4 加濕工藝及加濕劑的選用
4.1 加濕劑的選用
加濕劑的選擇應遵循以下幾個原則：價格便宜，來源廣；單位體積加濕劑的燃氣處理量大；對管道和設備沒有腐蝕作用也不產生堵塞；對燃氣的燃燒性能沒有影響；填料對加濕劑較敏感，即能在較低的加濕劑飽和度上使填料達到膨脹要求；對人身健康和環境沒有負面影響。
(1) 水：
選用水蒸氣進行加濕，加濕劑便宜且來源廣，但是存在以下缺陷：
水對麻絲接頭的作用非常明顯，但水對橡膠制品作用比較緩慢，一般認為沒有作用。
設備昂貴且體積龐大，操作復雜；
冬天氣溫較低時，管網中容易產生凝結水；
作用范圍相對較小；
影響天然氣的熱值。
(2) 油類：
① 芳香烴類：在法國常用三甲基苯這種芳香烴類物質，由于橡膠對芳香烴相當敏感，因此對此類加濕劑的用量控制要求非常嚴格。加量過多會導致橡膠材料過度膨脹，從固定位置上脫落，不僅不能防止泄漏，反而會加重泄漏量。
② 油漆溶劑油：它是介于汽油與煤油之間的石油餾分。無色透明液體，芳香烴含量在10%～20%，降低了橡膠對加濕劑的敏感性，更容易控制，減少橡膠材料的過度膨脹，因此很安全。
4.2 加濕工藝
宜春深燃天然氣有限公司自2010年2月開始使用溶劑油加濕劑對天然氣進行加濕，溶劑油加濕工藝設備主要由控制器、儲藥罐、加濕泵、各閥門組、壓力表及加濕噴嘴等組成，工藝如圖1所示：
加濕設備安裝在天然氣輸配站或調壓站內，右天然氣中壓管道中軸線處安裝霧化噴嘴，管道內笮合理的運行壓力，加濕劑隨燃氣流量變化按比例沿入，直接順燃氣流動方向噴出。設計獨特的霧化噴嘴，可使加濕劑迅速霧化，與燃氣摻混均勻，充勻與燃氣管道的密封材料相接觸，恢復燃氣管道密蠢材料的密封性能。
由于燃氣的流量有比較明顯的高峰和低谷時段，因此如何根據燃氣流量的變化而控制加濕劑的注入頻率和數量是一個關鍵技術問題。我公司使用沈陽光正公司提供的設備和加濕劑，現運行良好，通過廠家提供的標準和自己實踐摸索，確定加濕劑加入標準為20mg/m3天然氣，根據燃氣流量和加濕標準計算泵的單行程輸出量：泵的單行程輸出量計算舉例如下：
燃氣流量=0～15000m3/h，加濕標準=20mg/m3，泵的工作頻率=0～50次/分，泵的單行程輸出量=50～500mg，泵的單行程輸出量：15000×20÷(50×60)=100mg/次。當燃氣流量=0時，泵的工作頻率=0，設備自動停止加濕。
通過計算，設置控制器參數，實施加濕操作，我公司參數如下：
設置泵的最高工作頻率：50次/分；
設置最大燃氣流量：4000m3/h
設置加濕標準：20mg/m3
設置泵的單行程輸出量：30mg/次
設置加濕運行模式：自動
選擇工作泵：A泵
設置液位報警點：20%
設置打印時間間隔：8小時，開始時間為控制器打印設置時間。
日常操作時還應注意二點：天然氣流量過小的時候，要采取分時段加濕或定時加濕，加濕結束后關閉加濕閥防止天然氣回灌；天然氣壓力變化過大時，應適當進行壓力補償加濕或在操作中避免低壓小流量運行。
5 加濕技術應用的結果驗證及經濟性分析
5.1 應用結果驗證
我公司2010年2月使用加濕技術時擁有干管鑄鐵閥門約61座，鑄鐵管網總長度84.8km，調壓站(箱)15個；日供氣能力約2.3萬m3。下面的一組圖表反映的是我公司2009-2010年加濕前后管網搶修及各月燃氣購、銷氣量及氣損統計情況：
從圖表中明顯看出，2010年2月前因濕氣-干氣的轉換造成的管網接口泄漏多、搶修頻繁，氣量損耗大。使用燃氣加濕技術后，管網搶修次數從平均每月12次大幅度減少到每月4.3次，加大了管網運行的安全系數，氣損率也從加濕前的月平均11.4%降低到5.85%，效果十分顯著。
5.2 經濟性分析
(1) 設備投資概算
該工藝流程簡單，所需設備簡單，每套投資為：
計量泵：2萬元
流量計：5萬元
儲罐及過濾器：2萬元
噴頭及連接管道：2萬元
控制箱：3萬元
安裝費：1萬元
合計：15萬元。
(注：該工藝為國內設備，投資遠低于國外的天然氣加濕設備的投資。)
(2) 運行費用概算
該設備為全自動加濕設備，無需專門投入運營成本，全年采購加濕劑成本及維護成本共計2萬元左右。
(3) 經濟分析
加濕前平均氣損率11.4%，加濕后2010年3-8月期間，綜合氣損率降為5.85%。加濕后半年累計供氣量為491.35萬m3，銷氣量為462.58萬m3，累計減少氣損量為27.25萬m3。累計減少天然氣采購成本約為95.37萬元，為公司創造了可觀的經濟效益。
6 結論
通過上述的分析論證，我們認為，在燃氣管網的中壓部位安裝噴霧加濕設備，向天然氣中添加加濕劑能夠解決城市氣源轉換后出現的鑄鐵管道接口泄漏問題，解決了重大的安全隱患，并有效控制氣損率。而且采用的噴霧加濕工藝簡單，投資經濟，且運行成本低。綜上所述，使用燃氣加濕技術，解決了城市氣源轉換帶來的鑄鐵管網安全運行問題，為實現城市天然氣順利置換保駕護航。
(本文作者：羅燦保 丁誼玉 宜春深燃天然氣有限公司 江西宜春 336000)
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