针对铸铁管接口泄漏的天然气加湿法通用版.docx

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针对铸铁管接口泄漏的天然气加湿法通用版

针对铸铁管接口泄漏的天然气加湿法（通用版）

Safetyisinseparablefromproductionandefficiency.Onlywhensafetyisgoodcanweensurebetterproduction.Payattentiontosafetyatalltimes.

（安全论文）

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针对铸铁管接口泄漏的天然气加湿法（通用版）

备注：

安全与生产、效益是密不可分的。

只有安全好了，才能保证更好地生产。

生产中存在着一定的不安全隐患，与自然界作斗争,随时都会发生意想不到的事情，所以处处都要警惕、时时刻刻都要注意安全。

　　摘要：

针对转换天然气后铸铁管接口发生泄漏的问题，讨论了如何选用加湿剂以及加湿方法来防止铸铁管接口泄漏，论述了加湿应注意的问题。

　　关键词：

天然气加湿；铸铁管；接口

　　NaturalGasHumidificationtoPreventLeakageatCastIronPipeJoints

　　LIPei-ming，JIAOWen-ling

　　Abstract：

Aimedattheproblemofleakageatcastironpipejointsafternaturalgasconversion，choosinghumidizerandhumidificationmethodtopreventleakagefromcastironpipejointsisdiscussed，andtheproblemsneedingattentionduringhumidificationareexplained.

　　Keywords：

naturalgashumidification；castironpipe；joint

　　随着我国天然气事业的蓬勃发展，天然气转换人工煤气已经成为许多城市燃气管网发展的目标之一。

我国很多城市曾用铸铁管输送人工煤气，在转换时如何改造原有城市燃气管网系统，使之适应输送天然气，已经成为城市燃气管网建设的任务之一。

　　1天然气加湿的必要性[1～4]

　　铸铁管连接方式分为承插式和机械式两种，其中承插式接口铸铁管在承口和插口之间的环形间隙中填入麻丝或胶圈，再用水泥或铅密封，以获得接口的严密性；机械接口的密封材料则采用橡胶垫圈，常用的机械接口形式主要有N1

　　型和S型。

　　人工煤气除含有常见的可燃气体成分外，还含有一定的水蒸气和微量的芳香烃成分。

对于承插式接头，麻丝遇到水蒸气会发生膨胀；对于机械接头，橡胶圈吸收微量芳香烃后适度膨胀，因此能保证其在输送人工煤气过程中的密封性能，从而使铸铁管接口能长期不漏。

　　若使用输送人工煤气的铸铁管道输送天然气，密封填料油麻丝和橡胶就会干燥收缩而出现泄漏现象；同时，原来堆积在管道内的氧化物、灰尘等会逐渐脱水并从管壁上剥落下来，随气流运动，在调压器、阀门等处产生堵塞。

　　解决铸铁管泄漏问题最直接有效的方法是将其更换为钢管或PE管，但由于城市燃气管网规模庞大，如采用此法，造价巨大，实施过程时间非常长。

因此，干燥的天然气如不加以处理，在现有的铸铁管中输送是不可行的。

对天然气进行加湿处理，能有效抑止铸铁管接口密封材料的收缩，减少接口的燃气泄漏。

加湿法是天然气转换过程中，延后铸铁管更新时间的有效过渡方法。

　　2加湿机理[5、6]

　　用于填充接头的麻丝填料是长链纤维素分子被其他有机分子束缚在一起而形成的一种纤维结构。

这种纤维结构中含有大量的羟基团，使之具有吸附水或多元醇的能力，而被吸附的水或多元醇又利用氢键在相邻纤维素链之间建立联接。

具体表现为麻丝填料吸附水或多元醇后使得纤维素分子相互排斥，麻丝填料呈现放散状膨胀状态。

同时，该过程是可逆的，如果麻丝填料处于干燥的环境中，就会解吸水蒸气或多元醇，填料出现干枯、收缩，从而产生燃气泄漏。

　　影响橡胶密封圈密封性能的是能溶解橡胶的芳香烃溶剂的含量。

当橡胶接触到芳香烃蒸气时，溶剂能扩散到橡胶的内部，使其不断溶胀。

随着溶剂分子的不断增加，橡胶内部的聚合物分子逐渐被稀释，而当溶剂分子数量超过橡胶的分子数量，溶剂成为连续相，橡胶反而被溶解。

因此，橡胶圈长期处于无芳香烃蒸气的环境，橡胶就会收缩干燥失去弹性，无法密封；若溶剂量过多，也会使橡胶膨胀过度，引起更严重的密封不良。

因此，只有在适当的芳香烃溶剂环境中，橡胶圈才能保持一定的膨胀度。

　　3加湿剂的选择[1、6、7]

　　3.1选择加湿剂的原则

　　加湿剂的载体是燃气，因此加湿剂必然以蒸气的形式混合在燃气中，而加湿剂蒸气在燃气中的含量可以用饱和度来评价，即燃气所携带加湿剂蒸气的量与携带加湿剂蒸气最大能力之比。

选择加湿剂应遵循以下几个原则：

　　①加湿剂价格便宜，来源广。

　　②单位体积的加湿剂处理的燃气量大。

　　③填料对加湿剂较敏感，即能在较低的加湿剂饱和度上使填料达到膨胀要求。

　　④加湿剂没有腐蚀性，不会对燃气输配管道和设备产生危害。

　　⑤加湿剂应无毒，且不会造成环境污染。

　　⑥加湿剂化学性质稳定，不会与燃气、加臭剂等发生反应。

　　⑦加湿剂不会对燃气燃烧性能产生影响。

　　3.2麻丝密封的承插式接口

　　对于麻丝密封的承插式接口，可用的加湿剂主要有水、乙二醇和二甘醇等，其中用水（蒸汽）进行加湿，是国内应用较多的加湿方法。

水对麻丝的作用非常明显，它会通过麻丝材料的毛细作用，使其膨胀，改善接口的气密性；另外，水对螺纹连接（麻丝/白漆填料）的钢质户内管也有很好的作用，但对橡胶制品作用比较缓慢，一般认为没有作用。

水对麻丝发生作用的前提是麻丝仍处于纤维状态。

如果麻丝已暴露在干燥的气流中很长时间，不再呈纤维状态，即使浸在水中也不再会通过毛细作用而吸水。

因此，建议在转换之前就开始加湿。

选用水蒸气进行加湿，工艺流程简单、原理清晰、加湿剂便宜。

但是蒸汽发生设备价格昂贵且体积庞大，操作复杂；能耗及运行费用较高；冬天气温较低时，管网中容易产生凝结水，影响调压器、过滤器等设备的工作；作用范围相对较小；影响天然气的热值。

　　乙二醇适合用作承插式麻丝接口的加湿剂，相对于水有以下优势：

乙二醇更易被麻丝吸附；乙二醇的饱和质量浓度[1]

　　约为水的1%（见图1、2），处理同样流量的天然气，所需的乙二醇比水要少得多；不会出现冬季结冰的问题；乙二醇在天然气中的体积分数很小，且乙二醇蒸气热值与天然气热值较接近，它的燃烧产物和天然气相近，加湿后不影响天然气的性质。

　　研究表明[1～3]

　　，填料膨胀30%以上才能达到较好的密封效果。

要保证这个膨胀率，需要燃气中水蒸气的饱和度大于75%，而乙二醇的饱和度只需50%以上即可。

由于管道中尘埃和杂质也会吸附加湿剂，为了保证接口处加湿剂的饱和度，必须提高加湿处理站燃气中加湿剂的饱和度，显然乙二醇在扩大加湿站的作用半径方面更有优势。

由于乙二醇的消耗量小，因此乙二醇加湿设备要小得多，运行费用也少得多。

　　由于水蒸气热值为零，加湿后的天然气的热值将会减小。

相反，乙二醇热值与天然气接近，天然气加湿处理后热值的变化可以忽略不计。

麻丝填料吸附乙二醇的过程是一个扩散传质过程，因此在相同条件下，吸附量与填料和加湿剂的接触面积有关。

如果铸铁管接口处发生泄漏，泄漏的天然气必然要通过填料，吸附过程就在泄漏通道的周围进行，加大了天然气与填料之间的接触面积，于是在泄漏接口处的吸附量就大大增加，填料得以膨胀，从而减小泄漏通道的尺寸，甚至完全密封。

因此，天然气加湿除了能在管道转换初期，使承插式铸铁管接头填料始终处于一种膨胀状态、防止发生泄漏外，还可以在已经出现泄漏的铸铁管管网上使用，以减少现有泄漏甚至修复。

　　3.3橡胶圈密封的机械接口

　　国外常用的溶剂有芳香烃类（主要为三甲基苯）和馏出油。

　　①芳香烃类：

在法国常用三甲基苯这种芳香烃类物质。

由于橡胶对芳香烃相当敏感，因此对此类加湿剂的用量控制要求更高、更严格。

用量过多会导致橡胶材料过度膨胀，从固定位置上脱落，不仅不能防止泄漏，反而会加重泄漏。

芳香烃类主要作用于接头中的橡胶材料和调压器、用户管道阀门内的皮革密封材料。

　　②馏出油：

针对橡胶接口的常用加湿剂。

它是石油初期处理的柴油系馏分中的一种轻油，芳香烃的质量分数为10%～20%，降低了橡胶对加湿剂的敏感性，减少橡胶材料的过度膨胀，更容易控制和确保安全。

试验表明[8]

　　，对于馏出油只需要10%的饱和度就可以满足要求。

另外，橡胶密封材料对加湿剂的脱附作用要比麻丝填料慢得多，但是它的吸附速度却比麻丝填料快得多。

典型馏出油加湿处理天然气流量见图3[1]

　　。

　　4天然气加湿的实现方法[7、8]

　　天然气加湿的实现方法通常可分为两类：

雾化加湿剂成微液滴，喷入燃气管道由燃气吸收；加热加湿剂产生蒸气喷入燃气管道中。

具体应用时，主要有直接雾化加湿法、鼓泡加湿法、喷淋加湿法。

　　①直接雾化加湿法

　　直接雾化加湿法是系统利用调压器前后的燃气压力差作为动力，不需额外动力就可实现雾化加湿功能。

利用天然气调压站前的中压或高压燃气，经调压器减压后，遇到管道内特制的雾化喷嘴形成高速燃气流，高速燃气流在燃气管道内产生负压，通过插入管道内的虹吸管引射加湿剂储罐中的加湿剂，形成天然气和雾化加湿剂的混合物，实现天然气加湿。

　　②鼓泡加湿法

　　鼓泡加湿法所用的储罐，其下部为被电加热器加热的加湿剂液池，上部为气相空间。

当把用作载气的天然气直接通入被电加热器加热的加湿剂液池时，气流分布器把天然气分成细小的气流，增大天然气与加湿剂的接触面积，使天然气逸出加湿剂液面时达到加湿剂蒸气饱和。

与此同时，另一部分稀释用天然气也通过浸在加湿剂液体里的盘管，使其温度与加湿剂温度一致。

盘管出口为储罐上方的气相空间，载气天然气和稀释用天然气在此气相空间混合，使加湿剂蒸气在天然气中变成不饱和，避免这部分天然气在进入管道前因环境冷却作用而造成加湿剂凝结析出。

　　③喷淋加湿法

　　喷淋加湿法是把载气天然气加热后，通过加湿剂喷淋塔，实现加湿的目的。

加湿设备通过测量天然气流量和温度来控制加湿剂计量泵，从而控制加湿剂的量。

为了增大气液两相接触面积，喷淋塔装载了多孔填料，使加湿剂能充分被载气天然气所吸收携带。

该方法适合天然气的大流量加湿处理。

　　5加湿器的有效作用距离[7、8]

　　加湿后的天然气虽然与燃气混为一体，但是在管道内流动时，温度、压力会不断变化，携带加湿剂的气、液两相间的平衡也在不断变化，这就是加湿器存在作用距离的根本原因。

影响加湿器有效作用距离的因素包括管道的敷设坡度、埋地深度、环境温度、麻丝材料的毛细作用及由此决定的脱水、吸水速度等。

同样的加湿器在不同的管网情况下使用，其有效作用距离可能会有很大差别。

　　6加湿时应注意的问题[7]

　　①天然气加湿输送方法仅是转换时使用的减少泄漏的方法之一，国外还使用过接口紧固等其他方法，各种方法都有其特点和适用场所。

　　②在实施加湿工艺前，应对管网现有接口种类、数量、完好程度、所输送的人工煤气中水和烃的饱和度进行调查，以决定加湿剂的种类。

　　③在确定加湿剂时，不仅要考虑尽可能地对管网中所有形式的接口都发生作用，而且要考虑加湿剂的经济性和可获得性。

　　④在管网中实施加湿技术时，必须建立严格的监测制度，定期对管网中有代表性的点进行采样、监测。

另外，还要随机采样，监测加湿效果。

　　⑤在采用加热的方法时，热的加湿后的天然气与冷的未加湿天然气混合，温度下降，到达露点后，加湿剂会凝结为液体。

在压力喷雾时，细微液滴的蒸发需要白天然气及管道吸收热量，当天然气向这些细微液滴的传热不足以将全部液滴蒸发时，就会有部分液体凝结下来。

凝结下来的量越多，加湿的效果越差。

　　7结语

　　天然气加湿输送工艺属临时性或过渡性措施，不能希望通过加湿来代替管网的更新改造，但加湿可延迟系统中对新气源适应性最差的管道的维修、更新工作，甚至直至管网的寿命到期。

这样可在确保安全的前提下，提高管网系统的利用率。

　　参考文献：

　　[1]冯良，姚晟宇，姚凯，等.转输天然气后铸铁管接头泄漏的加湿法处理[J].煤气与热力，2003，23（12）：

715-718.

　　[2]秦朝葵，张维，何琳.天然气加湿输送技术简介[J].煤气与热力，2001，21（6）：

250-252.

　　[3]葛志祥.加湿工艺在天然气转换中的应用[J]-城市燃气，2003，

（2）：

29-31.

　　[4]CromptonH，HunterP，KeeneDE.Leakagecontrolbygasconditioningwithmonoethyleneglycol[A].46thAutumnMeetingoftheInstituteofGasEngineering[C].London：

theInstituteofGasEngineering，1980.1-4.

　　[5]冯良，姚凯，张军.天然气加湿解决铸铁管接头泄漏问题[J].城市燃气，2004，（3）：

3-10.

　　[6]港华投资有限公司，中国城市燃气协会.天然气置换手册[M].北京：

中国建筑工业出版社，2006.

　　[7]彭雷.城镇燃气铸铁管网改造方式的比较[J].上海煤气，2006，

（1）：

11-13.

　　[8]张惠民，曹建勤，张维，等.天然气管网加湿工艺的研究[J].煤气与热力，2003，23（11）：

643-646.

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