城镇燃气加臭技术探讨

城镇燃气加臭技术探讨
作者：唐立君李伟
来源：《中国化工贸易·上旬刊》2017年第08期
摘要：城镇燃气加臭是为了起到警示作用，确保用户用气安全。

本文从加臭剂发展历程、对燃气设备的影响、合理的加臭点、加臭频率和加注头的优化等方面进行深入探讨分析，为解决今后加臭工作中存在的问题和进一步优化加臭技术提供参考和借鉴。

关键词：城镇燃气；加臭；腐蚀
1 概述
天然气是无色无味、易燃易爆的气体，一旦发生泄漏难以察觉，极易引发事故，因此，注入一定量的加臭剂，泄漏时可以察觉，起到警示的作用，确保用气安全。

虽然对加臭剂提出一些要求，如对人体无害，对设备无腐蚀等，然而，加臭剂对设备腐蚀影响多大、如何选择合理的加臭剂注入点位置、如何提高加臭剂在管道中的分散效果等问题国内外却少有研究，本文从这几方面着手进行探讨，进一步优化加臭技术。

2 加臭剂的发展历程
自20 世纪 20、30 年代随着天然气的大规模开采，各国开始了对加臭剂的广泛研究，开发了几十种加臭剂，但由于这些加臭剂都是石油化工过程的副产物，其数量和质量都不是很稳定。

直至第二次世界大战后，菲利浦化学公司研制出了乙硫醇，20 世纪 50 年代中期开发出了四氢噻吩，由于乙硫醇和四氢噻吩燃烧后均有二氧化硫，20世纪90年代德国鲁尔燃气股份公司首次提出了无硫加臭剂的想法，并由世界第四大香精香料生产企业——德之馨股份公司参与配方的研究。

目前，国内外使用最广的加臭剂是四氢噻吩。

3 加臭剂对燃气设备影响
3.1 加臭剂对管材的腐蚀影响
为了解四氢噻吩对燃气设备腐蚀影响程度，国内对碳钢、不锈钢、铜及合金、聚乙烯、聚氯乙烯等材料分别在含有四氢噻吩的天然气（四氢噻吩的浓度在0-1000mg/m3）、纯四氢噻吩液体和四氢噻吩的水溶液（浓度为0-400*10-6）中腐蚀情况进行研究。

结果表明：①在含有四氢噻吩的天然气中，以上材料基本耐腐蚀，其中碳钢的腐蚀速度为0.01mm/a，从理论上讲，钢管使用寿命可达50年；②在纯四氢噻吩液体中，紫铜、聚乙烯和聚氯乙烯最不耐腐蚀，紫铜的腐蚀速度为0.15-0.2 mm/a。

聚乙烯和聚氯乙烯在几小时内严重溶胀。

碳钢腐蚀加速，腐蚀速度为0.03 mm/a；③在含有四氢噻吩的水溶液中，碳钢腐蚀比较严重，腐蚀速度为0.08
mm/a，因此天然气中含有水分会加速碳钢管道的腐蚀。

以上材料中，不锈钢和黄铜在几种试验环境下耐腐蚀性最好。

3.2 加臭剂对弹性材料的腐蚀影响
在燃气设备中经常会应用一些非金属弹性材料，如垫片、密封圈、皮膜等，其材料一般是四氟乙烯、聚四氟乙烯、丁腈橡胶等。

据研究表明，加臭剂在液态和气态时对弹性材料的腐蚀是不同的，具体详见表1。

因此，在选择弹性材料时，应考虑不同加臭剂形态、天然气压力等因素的影响，选择适用的材料，从而延长设备的使用寿命。

4 确定合理的加臭位置
目前，我公司加臭位置主要有两类：一类是在调压计量前，即在进站加臭，另一类是在出站加臭。

对于出站加臭，大部分公司选择在出站管道，少部分公司选择在最后汇管中心位置。

4.1 进站加臭的弊端
由于进站气体压力高，场站设备较多，通过分析可知，进站加臭存在以下几方面的问题：①由于行程短，场站内的加臭剂来不及完全气化，部分液态的加臭剂则会腐蚀密封元件和调压器皮膜，并会加速腐蚀碳钢材料的设备；②进站压力高，加臭泵所需功率更大，因此在选型方面要求更高，运行时能耗更大，增加了采购成本和运行成本；③进站压力高，气体密度则更大，流速相对较慢，这些因素不利于加臭剂的分散。

而在出站加臭则能有效避免以上问题，因此加臭位置应选择在计量调压后，即出站位置。

4.2 出站不同位置加臭效果比较
我公司各所属企业城市门站加臭位置不尽相同，有少部分公司加臭位置选择在出站汇管，理由是可以让加臭剂在汇管中充分搅拌混合，为进一步分析该公司加臭位置是否合理，现以该公司场站为例进行分析，其场站出站口示意图如图1所示。

通过FLUENT软件对天然气流态进行分析，检验加臭剂是否会在汇管B侧产生紊流，达到搅拌混合的效果；气体是否会在B 侧回旋，导致加臭剂在B侧富集。

测试条件：管道尺寸按照高安公司实际尺寸，流速为5m/s （每天10万方用气量时的流速），压力为0.35MPa，分析结果如图2所示。

从图中可以看出，①在进入汇管周边会产生一定的扰动，在汇管两侧，特别是B侧，气体扰动很小，因此起不到搅拌混合的效果，同时，加臭剂也不会在B侧富集；②天然气的速度越大，加臭剂滴入管道时气化效果更好，但是从图中可知，汇管边缘速度更大，而汇管中心位置速度较小，因此在汇管中心位置加臭效果不佳。

因此，出站口加臭位置选择出站管道更为合理，且应离汇管一定的距离。

此外，为避免液态加臭剂对PE材料的腐蚀，加臭位置应与PE管和PE阀门等设备至少保持30米的距离。

5 加注头优化
目前，各公司加臭装置的加柱头都是单孔的，加臭剂从单孔加注头进入管道时是呈滴状液体，在天然气用量不大，气体流速较慢的情况，加臭剂不能完全雾化，易在管道下方位置富集，导致下游加臭剂浓度不足，且液态加臭剂会加速管道本体的腐蚀。

如果能在加注头上开多个孔，能有效提高加臭剂雾化程度，避免在管道下方富集，如图3所示。

6 结论
①相比乙硫醇和四氢噻吩，无硫加臭剂对环境的污染小，是未来加臭剂的发展方向。

②在含有四氢噻吩的天然气对碳钢腐蚀很小，对弹性材料几乎没有腐蚀，但纯四氢噻吩液体和含四氢噻吩水溶液会加剧碳钢腐蚀，液态加臭剂还会对非金属弹性材料（丁腈橡胶）和聚乙烯材料有破坏性。

③加臭位置应选择出站管道。

和出站加臭相比，进站加臭有以下几方面问题：一是未完全气化的液态加臭剂会腐蚀场站设备的密封元件和调压皮膜等；二是进站压力高、导致加臭泵选型要求高和运行成本高，且压力高不利于加臭剂的分散。

此外，在出站管道加臭时，加臭位置应距离下游PE管道、阀门等设备至少保持30m的距离。

④通过优化加注头，即将单孔注入头改为多孔，可以提高加臭剂的雾化程度。