噴霧系統知識
無錫天然氣管網的加濕輸送技術與效果
更新時間 2025-05-09
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摘要文章闡述了舊燃氣管網改造時因天然氣與人工煤氣在組分、輸送材料方面的不同所導致的問題, 說明了天然氣加濕的技術工藝和加濕劑的作用。介紹了無錫在部分舊管網輸送天然氣時的加濕流程, 根據接頭泄漏數量的統計, 說明了天然氣加濕技術的有效性。
前言
隨著國家能源結構調整的步伐和一大批天然氣項目的建成, 越來越多的城市開始轉入天然氣為主導氣源的供應格局。我國城市燃氣事業起步于鋼鐵工業大發展時期, 將煉焦副產品的煤氣作為城市燃氣的主要氣源。由于輸配氣的壓力不高, 在輸送人工煤氣時, 一般采用鑄鐵管敷設。鑄鐵管因耐腐蝕、使用壽命長、不需設置防腐蝕措施等優點, 在城市燃氣事業發展的早期得到了廣泛的應用。鑄鐵管的連接方式有承插式和機械接口兩種, 前者主要有油麻絲填料水泥和鉛密封兩種機械接口的密封材料則采用橡膠墊圈。由于人工燃氣具有一定的含濕量和微量的芳香烴成分, 對于承插式接頭, 麻絲遇濕會發生膨脹對于機械接頭, 橡膠圈吸收微量芳香烴使橡膠適度膨脹, 因此鑄鐵管所采用的連接方式能保證其在輸送人工燃氣的過程中得到密封。天然氣與人工煤氣的一個主要差別, 在于前者是“ 絕干” 的, 不含水分或烴類, 而且輸配氣的壓力有所提高而后者則含有相當比例的水分或烴類
物質。因此, 對承插式接口的鑄鐵管道, 在輸送人工煤氣時, 承插接口處的密封填料會從煤氣中吸收水分或烴類, 從而溶脹、保持系統的氣密性, 不會發生漏氣等事故。這些承插接口, 在轉換為輸送天然氣時, 密封填料中的水分或烴類, 會逐步進入到天然氣中, 其結果就是密封填料失去溶脹性, 直至最終完全失去密封作用、產生漏氣。從各地在進行天然氣轉換期間所產生的問題來看, 承插式接口在輸送天然氣時均會發生不同程度的泄漏, 產生安全問題。更重要的是鑄鐵管的舊管網大部分集中在人口稠密、交通繁忙、商業繁榮的中心城區, 泄漏帶來了大量的事故隱患, 同時泄漏也造成嚴重的環境污染、經濟損失。對于承插接口的鑄鐵管道在輸送天然氣時產生的泄漏問題, 通常采用更換管道、加固接頭、天
然氣加濕、天然氣改質為人工煤氣后輸送等方法予以解決。其中天然氣加濕技術具有施工量小、成本較低等優點, 己在國內外的天然氣轉換工作中獲得了成功的應用。
本文主要介紹在無錫市燃氣公司開展的天然氣加濕輸送工程及其使用效果。天然氣加濕輸送技術加濕原理與效果加濕的實質是還天然氣以人工煤氣的雜質水、烴類等, 使之維持在與人工煤氣相當的水平。加濕除了可以有效地降低泄漏外, 另外一個重要作用就是防止管道內的飛灰。在輸送煤制氣時, 由于水分和氧的存在, 管道內壁會產生腐蝕, 鐵銹、焦油等會在管道中逐漸沉淀, 嚴重時其堆積高度可達管道直徑的75%。在有液態水時, 任何松散的沉積物均為泥狀, 不會被氣流帶走。當煤氣的濕度下降, 沉淀物會逐漸脫水, 在氣流速度較高時, 細小的顆粒就會被煤氣夾帶前行。低碳鋼比鑄鐵易于腐蝕, 腐蝕后的產物通常粘性較差。
在含有腐蝕沉淀的管網中, 較大的氣流速度與較低的濕度會共同作用、引發粉塵飛揚。當氣流速度更大時, 即使燃氣的相對濕度為100%，也會產生嚴重的飛灰問題, 并堆積于閥門、調壓器、儲配站設備及管道彎頭等處, 造成設備的損壞和管道阻塞, 影響管網的正常運行。當然, 加濕也有一定的缺點。與接頭加固、管道更換等機械處理方法不同的是, 加濕必須持續進行。一旦天然氣中的含水量、含烴量下降, 密封填料就開始脫水。應當特別提醒注意的是加濕是一種“ 臨時性” 或“ 過渡性” 措施, 不可能代替管網的更新、改造。加濕的目的是將對氣源轉換適應性差的管道部分之維修、更新工作延遲, 在任何時候這種調節方法都不能代替管網中薄弱環節的更新和維修。
加濕劑
加濕劑是針對密封填料的不同而不同的, 可考慮的加濕劑有水、乙二醇、油類等。對于麻絲熔鉛密封填料的承插式接頭, 加水是比較有效的保持其膨脹水平的方法, 對于機械接頭的天然橡膠圈, 加油的效果比加水好。水對麻絲接頭的作用非常明顯, 特別是當濕度大于時, 水會通過麻絲材料的毛細作用、使其膨脹, 改善接頭的氣密性。水對麻絲發生作用的前提是麻絲處于纖維狀態, 如果麻絲已暴露在干燥的氣流中很長時間、不再呈纖維狀態, 即使浸在水中也不會通過毛細作用而吸水。另外, 水對螺紋連接麻絲白漆的鋼制用戶管、立管也有很好的作用。但水對橡膠制品的作用很緩慢, 基本沒有作用。在日本和英國的加濕資料中都介紹了乙二醇, 其作用對象是麻絲, 對麻絲的膨脹作用比水好、持久性更強。英國還將乙二醇作為對接頭處理的一種有效方法在已知泄漏接頭的位置時, 在距其最近的管道接入口噴入乙二醇, 可減少該接頭的泄漏。
加濕方法
有兩種加水的方法—向天然氣中噴注水蒸氣或直接噴霧。二者有一定的差別前者水蒸氣與天然氣比較好地混合在一起, 都呈氣相。直接噴霧是利用天然氣本身的壓力、或者利用其他的壓力霧化裝置, 將極細小的顆粒噴注到天然氣中。在這些細小的水顆粒隨天然氣流動過程中, 從氣體中吸收熱量而蒸發為氣態, 之后隨天然氣向前流動。法國煤氣公司和英國煤氣公司都使用過利用水噴霧加濕的技術。根據法國煤氣公司的實驗水噴霧到天然氣中, 在緊隨噴入點下游處, 溫度會下降9m,之后溫度又升高, 說明至少有部分水被汽化在管網末端的天然氣濕度為80%-100%.水噴霧技術比水蒸汽加注更受到關注, 主要是因為其操作上較為安全、價格相對較低。按一般的霧化理論, 粒徑越小的水滴, 與氣體的接觸面積越大, 受熱越容易、蒸發越快, 加濕的效果越好。因此, 應根據霧化后的粒徑來選用霧化噴頭。另外, 在加注水蒸氣的場合, 水中的雜質不會進入到管道內, 至多在加熱裝置內產生一些水垢,象鍋爐中的水垢一樣。因此, 法國的加濕設備要求使用水質較好的深井水或自來水, 有條件時可使用軟化水。英國煤氣公司的加濕機, 則
專門配備了軟化水設備和備用的軟化水箱。在水噴霧的場合, 水中的固體雜質一方面對噴頭造成磨損, 另一方面被凝結下來的水帶到回收水井, 之后隨回水泵返回到儲水箱, 這樣儲水箱中的雜質就越來越多。需要每周排空一次。
從天然氣轉換前后泄漏的接頭數量統計, 初步確定了加濕能夠緩解管網泄漏、延長使用壽命的結論。當然, 加濕是一項持續進行的工作, 加濕效果的評價還有待于長期的接頭檢測、氣質取樣分析。
關鍵詞語：天然氣管路加濕系統
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