燃气加臭设备的原理、应用及故障诊断

燃气加臭设备的原理、应用及故障诊断培训基地特邀讲师周启胜先生邮箱:[e-mail]前言一、加臭技术的发展概况二、加臭标准的形成和确定三、加臭方法及原理四、加臭设备的应用及检测技术五、加臭设备的运行、维护、故障及诊断六、环保型加臭设备简介目录•燃气加臭作为一门安全防范的技术在燃气及有毒无味气体泄漏检测中被广泛使用，尤其是在欧美国家以及日本都以一种法规形式来约束煤气公司、加臭剂制造商以及中间供应商。这一技术在国内，虽然已应用了很长时间，但就其理论渊源及其发展应用的重要性，加臭设备了解及认识不足。今天借此机会，将几点见解拿来与各位专家及同仁交流以期增进对此技术的了解，提高业界及全民对燃气安全防范的重要性的认识。前言背景：在上世纪初，很多国家开始使用人造气体（人工煤气），它有一种强烈的气味儿，这是制造过程中的副产品（伴生品）造成的。有了这种气味表明“已漏气了”。然而，在后来开发和利用天然气的过程中，天然气无色无味，即使有味，也会由于环保的要求，在使用前要去掉有害的硫化物（硫化氢、甲基或乙基硫醇等），当以这种气体替代人工气体时，公认的需要一种警戒剂。国外情况：•国外在上世纪六十年代完成了从人工燃气向天然气、管道液化气的全面转换。由于人工燃气本身在生产过程中产生的副产物具有强烈气味，而天然气、管道液化气为无味或微味气体，一旦泄漏就失去了警戒作用，于是开始探索加臭剂及其加臭装置的研究。一些发达国家在这项技术上的研究及应用情况已十分成熟。•在二次世界大战的刺激下，新的化学工艺过程和化学物得到开发。通过多年来对各种化学物作为加臭剂的调研，低分子重支链烷基硫醇、烷基硫醚和环状硫化物脱颖而出，成为首选的加臭剂化合物。一、加臭技术的发展概况国内现状：•我国天然气的应用基本开始于上世纪80年代，本世纪初得到了规模化的开发和利用。随之而来的燃气加臭技术也得到了长足的发展，日臻成熟。在借助发达国家的加臭技术，结合国内传统经验的同时，形成了独具特色加臭技术理论体系。在•这不到三十年的时间里，在业界同仁的共同努力下，制定了燃气加臭浓度的标准、加臭装置的行业标准《城镇燃气加臭技术规程》、各厂商开发了各种门类、满足不同用户需求的加臭装置，无论在加臭装置的可靠性、加臭精度、安全环保方面都达到了国际先进水平。一、加臭技术的发展概况人们很早就知道，硫化物硫醇等具有令人作呕的强烈刺激性气味，因此最初的加臭剂多使用硫化物及硫醇的混合物。而国外在研究加臭技术的同时，也开发生产了加臭剂，有代表性的就是THT（四氢噻吩）。硫是有害的，无论对动植物都一样，燃气应加臭，但加入多少臭剂达到何种比率合适，都是一个值得探讨的问题，因为加入合适的臭剂量的好处是①能迅速对泄漏报警，防患于未然；②解决环境污染问题，避免对人体的伤害；③降低煤气公司的运营成本。二、加臭标准的形成和确定标准如何制定，比率如何确定呢？最初的也是最有效的实验是这样的，在一个实验间里，集中一批实验测试者，向这一实验间缓慢泄放臭味剂，每个觉察到臭剂气味的人可以离开，当觉察到的人占被测试的人数比率97.3%时，取气样分析其臭味剂浓度，这样一个浓度换算到燃气中得到的浓度作为加臭标准。用这一标准浓度对燃气加臭，对上面的试验数据进行反复验证，得出的结论基本上可作为标准执行。各个国家制定的现行标准，无论是参照别人或自己试验结论，对THT而言，都在16～24mg/m3之间，而硫醇及硫化物都在4～9mg/m3之间，这样一个标准量有效的原因是很显然的，就是使用者（人）的觉察是决定性的。二、加臭标准的形成和确定•表1Sales气味强度等级0无味0.5非常微弱气味1稍有气味2中度气味3强烈气味4非常强烈气味5最大气味（感觉上限）气味强度2级通常被当作适宜警戒的计量等级。随着传感技术的深入发展，现在已能对燃气泄漏进行自动监测，但在广泛的使用者中，家庭的比例是巨大的，人的嗅觉还是最基本的传感器。人们在试验与研究的同时，将气味强度分为5个等级，即sales等级，该等级系统由0到5之间的数字组成：二、加臭标准的形成和确定国外资料显示，空气中的四氢噻吩（THT）为0.08mg/m3，硫醇（TBM）0.04mg/Nm3，一旦燃气在用户端泄漏，可用于反应报警的警戒值。那么以0.08mg/Nm3THT在空气中为最小值，天然气加臭剂应如何确定呢？我们知道天然气的爆炸下限为5%，一些国家规定，在空气中燃气浓度达到0.1%时，人就要有察觉，欧洲所有国家规定为1%，而美国则为0.1～1%，我国规范中规定爆炸下限的20%要有察觉，对燃气来说就是1%的浓度，这时四氢噻吩在燃气中的浓度为8mg/Nm3考虑一些臭剂的损失因素，尤其是燃气长输管网到达末端后，臭剂浓度降低，因而通常取理论值的2～3倍作为燃气的加臭标准，即16～24mg/Nm3天然气。二、加臭标准的形成和确定•表2国际上部分国家的加臭浓度及加臭剂汇总表序号国家燃气类型加臭剂加臭量（mg/m3）备注1比利时天然气四氢噻吩18-202法国天然气四氢噻吩硫醇25、53德国天然气四氢噻吩硫醇无硫加臭剂15-18、5-8、10-15部分地区使用无硫加臭剂4荷兰天然气四氢噻吩185英国天然气四氢噻吩硫醇16、66意大利天然气四氢噻吩硫醇20-40、4-87奥地利天然气四氢噻吩无硫加臭剂10-20、10-158丹麦天然气四氢噻吩189瑞士天然气四氢噻吩20二、加臭标准的形成和确定•在国内，2011年以前，加臭标准都是参考根据国外标准制定的，即16～25mg/Nm3THT，自2011-8-1起，执行《中华人名共和国行业标准-城镇燃气加臭技术规程CJJ/T148-2010》。•标准中加臭剂在空气中达到警示气味的浓度K值，用于燃气中最低加臭量的计算。•表3计算最低加臭浓度的K值加臭剂K值（mg/m3）THT0.08TBM0.03S-FREE0.07二、加臭标准的形成和确定•根据加臭剂的计算公式：•无毒燃气最小加臭量：Cn=K÷L1×0.2•Cn——末端最小加臭浓度mg/m3•K——加臭剂在空气中达到警示气味的最小浓度值mg/m3•L1——燃气在空气中的爆炸下限（体积分数）•以及各个地区城市加臭剂的实际浓度值，推定出下表•表4无毒燃气的加臭剂管网起始端用量燃气种类加臭剂mg/m3四氢噻吩硫醇无硫加臭剂天然气204-815-18液化石油气(C3\C4各占50%)50液化石油气混空气：比例50%25二、加臭标准的形成和确定上表中的数值为推荐值，实际用量还要根据供货商的K值进行核实；当燃气成分与此表比例不同时，根据燃气在空气中的爆炸下限重新计算有毒燃气(含有CO)的加臭量计算：Cn=K×P÷0.02%(3.1.6)式中Cn—末端最小加臭剂浓度（mg/m3）；K—加臭剂在空气中达到警示气味的最小浓度值（mg/m3）；P—燃气中CO含量的体积百分比。二、加臭标准的形成和确定含有CO的燃气漏入室内，室内空气中CO浓度的增长是逐步累计的，但其增长开始时快而后逐步变缓，最后室内空气中CO浓度趋向于一个最大值X，并可用下式表示：（1）式中：V—漏出的燃气体积（m3/h）；K—燃气中CO含量（%）（体积分数）；I—房间的容积（m3）。此式是在时间t→∞，自然换气次数n=1的条件下导出的。对应于每一个最大值X，有一个人体血液中碳氧血红蛋白浓度值，其关系详见下表5。二、加臭标准的形成和确定•表5空气中不同的CO含量与血液中最大的碳氧血红蛋白浓度的关系空气中CO含量X（%）（体积分数）血液中最大的碳氧血红蛋白浓度（%）对人影响0.10067致命界限0.05050严重症状0.02533较大症状0.01825中等症状0.01017轻度症状二、加臭标准的形成和确定•德、法和英等发达国家，对有毒燃气的加臭剂用量，均规定为在空气中一氧化碳含量达到0.025%（体积分数）时，臭味强度应达到2级，以便嗅觉能力一般的正常人能察觉空气中存在燃气。•从上表3可以看到，采用空气中CO含量0.025%为标准，达到平衡时人体血液中碳氧血红蛋白最高只能到33%，对人一般只能产生头痛、视力模糊、恶心等，不会产生严重症状。据此可理解为，空气中CO含量0.025%作为燃气加臭理论的“允许的有害浓度”标准，在实际操作运行中，还应留有安全余量，推荐采用0.02%。•一般含有CO的人工煤气未经深度净化时，本身就有臭味，是否应补充加臭，有条件时，宜通过试验确定。二、加臭标准的形成和确定加臭设备随加臭方法的不同有不同的选择。3.1、加臭方法通常使用以下几种：3.1.1对气态燃气大多采用液体添加挥发法；也就是通过加臭设备将臭剂直接注入燃气管道，随着燃气流速自然挥发混合3.1.2对液态燃气采用液体添加混合法；比如可以利用添加设备直接将臭剂随流量按比例的加入到LNG、LPG及其它液态燃气中3.2确定加臭方法的条件加臭方法的采用随特定条件而定，各人可取采取不同的方式，但需要考虑以下几点因素：加臭效果的优劣、精度的高低与稳定程度；设备的复杂程度、维修维护的难易程度；设备成本及加臭运行成本。燃气流量、运行压力三、加臭方法及原理3.3目前国际上流行的加臭方法，采用定量泵方式添加臭剂。其优点是：设备相对结构简单，便于维护；加臭效果好，定量精度稳定可靠；便于实现全自动闭环加臭；适合长期连续运行成本低廉。三、加臭方法及原理3.4典型的泵式加臭工艺流程图1-加臭工艺流程三、加臭方法及原理3.5泵式加臭设备构成3.5.1控制系统：可根据燃气流量控制计量泵定比例加臭；动态工艺界面显示；可实时修改的参数组；数据存储与输出；检测报警输出；标准的通讯功能；三、加臭方法及原理3.5.2机械部分构成隔膜计量泵---气动泵、电磁泵、电机泵，包括进、出口单向阀、调压阀、冲程调节机构臭剂储罐---包括可视智能液位计、呼吸阀、加料接口、排污接口工艺管路阀门组件---过滤器、截止阀、旁通阀、内循环阀、压力表等臭剂流量监测仪表---流量开关、质量流量计等防爆配电系统防雷击雷电干扰系统设备箱钢制基座集液槽或储液池汽化器组件---包括止回阀、截止阀加料系统---有气动加料系统、电动加料系统、槽车加料快速接头蒸发气吸收系统：活性碳吸收器、氧化剂吸收器三、加臭方法及原理3.6计量泵的工作原理3.6.1泵式加臭的原理是通过控制一个液压（机械）隔膜式栓塞计量泵，对燃气实行按比例加臭。经往复运动的活塞推吸液压油，以液压的方式来回推吸隔膜，交替地在吸入冲程中通过进口单向阀吸入臭剂在排出冲程中通过出口单向阀将气味剂排出。通过调整活塞冲程长度调整单冲程输出量，根据燃气流量所需要的臭剂量控制活塞往复次数。3.6.2计量泵多种多样，在加臭领域应用的都是无泄漏的隔膜计量泵。从隔膜驱动形式上可分为机械隔膜泵、液压隔膜泵、气动隔膜泵；从柱塞驱动形式上可分为电磁驱动式、电机驱动式、气动式。无论何种驱动方式，输出端的原理都是相同的3.6.3计量泵的输出特性：每一台计量泵都有一个输出压力范围，它的输出能力随负载压力（管网压力）的升高而降低，压力越高，输出量越小，每一个系列的计量泵都有它特定的输出曲线三、加臭方法及原理3.7典型控制算法：3.7.1时间算法F=Q×A÷SF---冲程频率(次数/min)Q---燃气流量（Nm3/min）A---标准加臭量（mg/Nm3）S---单冲程输出量（mg/冲程）此算法适合控制大流量的计量泵，也就是说适合大流量的燃气加臭设备。亦即，每分钟燃气流量所需要的臭剂量，至少大于等于计量泵的最小冲程量。至少计量泵每分钟工作一个冲程。无论是电磁驱动泵、电机驱动泵、气动泵3.7.2累加算法（Q0＋Q1＋……Qn）×A=SQx---单位取样时间的燃气流量累加算法适合于小流量加臭控制。由于计量泵的冲程量不能无限的小，因而以分钟为单位的燃气流量所需要加臭量小于计量泵的最小冲程量时，就必须如此控制才能满足加臭要求。三、加臭方法及原理3.8几种工艺界面图2-三泵两开一备两点加臭控制界面三、加臭方法及原理图3-双泵双罐燃气添加剂控制界面三、加臭方法及原理图4-PLC触摸屏双泵控制界面三、加