淺談天然氣管網(wǎng)加臭濃度檢測

上海飛奧燃氣設(shè)備有限公司 李建軍

上海航天能源股份有限公司 高 宇

淺談天然氣管網(wǎng)加臭濃度檢測

上海飛奧燃氣設(shè)備有限公司 李建軍

上海航天能源股份有限公司 高 宇

管網(wǎng)天然氣加臭濃度的檢測，作為天然氣加臭效果評價的重要依據(jù)，其可靠的檢測手段尤為重要。通過便攜式氣相色譜儀在天然氣管網(wǎng)中的檢測應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)所得數(shù)據(jù)有些與預期值存在較大偏差甚至矛盾，但正是這樣，使我們對管網(wǎng)天然氣加臭的復雜狀態(tài)有了進一步認識，為有效的分析提供了實踐依據(jù)。

便攜式氣相色譜儀 加臭濃度檢測 管網(wǎng)天然氣

1 管網(wǎng)天然氣加臭濃度檢測的重要意義

天然氣作為清潔能源，以其綠色環(huán)保、經(jīng)濟實惠等優(yōu)點而在人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)中得到越發(fā)廣泛的應(yīng)用。它是以甲烷成份為主，并含少量乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳以及氮氣等氣體的混合物，無色無味，易燃易爆，使用過程中，如遇泄漏，將不易察覺，對人們的生命、財產(chǎn)安全帶來一定的威脅。因而，給天然氣加臭，使之泄漏后易于察覺，對人們及時采取有效防護措施，起到十分重要的作用。而要知道氣味濃度值是否達到國家或行業(yè)標準說明的指標時，則需要依據(jù)可靠的檢測手段。

中華人民共和國行業(yè)標準《城鎮(zhèn)燃氣加臭技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 148—2010)中，有如下條款說明：

“3.1.4城鎮(zhèn)燃氣加臭劑的添加必須通過加臭裝置進行，燃氣中加臭劑的最小量應(yīng)符合下列規(guī)定：

1 無毒無味燃氣泄漏到空氣中，達到爆炸下限的20%時應(yīng)能察覺；

2 有毒無味燃氣泄漏到空氣中，達到對人體允許的有害濃度時，應(yīng)能察覺；對于含有CO的燃氣，空氣中CO含量達到0.02%(體積分數(shù))時，應(yīng)能察覺。

3.2.1 應(yīng)定期對城鎮(zhèn)燃氣管道內(nèi)的加臭劑濃度進行檢測，并應(yīng)做好記錄。

3.2.2 加臭劑濃度檢測點應(yīng)根據(jù)管網(wǎng)和用戶情況確定，并宜靠近用戶端。

3.2.3 應(yīng)保證用戶端加臭劑最小檢測值符合本規(guī)程第3.1.4條的規(guī)定。

3.2.4 加臭量的檢測應(yīng)采用儀器檢測法。檢測儀器可采用氣相色譜分析儀和加臭劑檢測儀。”

此外，在該標準條文說明中，也有如下解釋條款：

“3.2.1~3.2.3為了提高燃氣供應(yīng)的安全性，加臭濃度應(yīng)保持在一定的數(shù)值范圍內(nèi)，以保證管道末端的加臭劑濃度大于最小檢測量。城鎮(zhèn)燃氣管道內(nèi)加入加臭劑后，由于管道對加臭劑的吸附，隨著時間的變化和與加臭點距離的增加，加臭劑濃度會逐漸衰減；當管道末端的加臭劑濃度低于最小檢測量時，一般要在加臭點加大加臭量或增加加臭點?！?/p>

2 幾種管網(wǎng)天然氣加臭劑濃度檢測手段及比較

目前燃氣加臭劑四氫噻吩(THT)以其良好的穩(wěn)定性和特有的警示氣味而得到國內(nèi)外行業(yè)內(nèi)的廣泛認可和應(yīng)用。然而，由于管網(wǎng)條件錯綜復雜，雖然在加臭點可以準確設(shè)定燃氣加臭量，但在管網(wǎng)的中間或下游任意點，其加臭劑濃度與起始點的對比情況不得而知，此時，能利用持續(xù)可靠的檢測設(shè)備進行檢測，則尤為必要。

目前，國內(nèi)燃氣行業(yè)對于燃氣加臭濃度檢測工作的開展還處于初級階段，普遍缺乏可靠的檢測手段，以使用手持電化學式檢測儀為主。電化學式檢測儀器雖攜帶及操作簡便，但電化學傳感器穩(wěn)定性普遍不夠，易漂移，且探頭壽命期相對較短，但價格相對便宜。大型的氣相色譜儀，一般只適用于實驗室使用，參數(shù)設(shè)置及操作復雜，一般需要比較專業(yè)的技術(shù)人員方可操作，且價格昂貴，其檢測精度很高，但很難普遍適用。

便攜式氣相色譜儀(如圖1)，順應(yīng)時代需求，從某種程度上來說，它結(jié)合了一般檢測儀和大型色譜儀的優(yōu)點，提供可在線持續(xù)檢測，操作簡便，精度高且價格相對合理。它具有高速分析的特性，結(jié)構(gòu)緊湊的機身，卓越的靈敏度等特點，能檢測10-6(ppm)級的樣品物濃度，如加臭劑THT在天然氣中濃度一般就只有幾個10-6(標況下，20 mg/m3換算約為5×10-6）。

圖1 便攜式氣相色譜儀

便攜式氣相色譜儀應(yīng)用于加臭劑濃度檢測主要是通過將檢測點未知的樣氣與已知濃度的標準氣在色譜儀同樣設(shè)定參數(shù)下進行檢測對比，從而得出未知樣氣的濃度值，主要表現(xiàn)為色譜峰高或峰面積的對比，圖2為加臭濃度檢測色譜示意。

圖2 加臭濃度檢測色譜示意

3 天然氣管網(wǎng)加臭點及常規(guī)檢測點設(shè)置情況

以上海市為例，目前天然氣主要管網(wǎng)如圖3所示，管線壓力從高壓6 MPa，逐級調(diào)壓下降，經(jīng)歷4 MPa，2.5 MPa，1.6 MPa等，直至最終到達終端用戶。圖中“○”處天然氣調(diào)壓門站同時設(shè)有天然氣加臭系統(tǒng)。可見，加臭點主要設(shè)置于管網(wǎng)外圍高壓處，屬于集中加臭的方式。圖中“□”處為目前選定的定期進行濃度測試的常規(guī)檢測點。一處設(shè)于“XG站”加臭點旁，屬于源頭濃度檢測；一處設(shè)于下一壓力級的下游“BC站”站點；另外兩處位于再下一壓力級的下游“YT站”站點和更遠端的“HJ站”站點。

該集中加臭方式的特點是從源頭加臭，加臭點數(shù)量的設(shè)置可相對較少，便能覆蓋整個管網(wǎng)，在整個管網(wǎng)內(nèi)任意節(jié)點處發(fā)生泄漏均可被察覺。

圖3 上海天然氣管網(wǎng)示意

4 常規(guī)檢測點加臭濃度檢測數(shù)據(jù)的匯總及分析

本文對應(yīng)用便攜式氣相色譜儀在上海天然氣管網(wǎng)目前的4個常規(guī)檢測點的2011年1月~7月的檢測數(shù)據(jù)進行匯總。這些數(shù)據(jù)是每個點每次連續(xù)30分鐘檢測所得數(shù)據(jù)的平均值，且每個點平均間隔30天檢測一次。統(tǒng)計結(jié)果及分析如下圖4所示：

圖4 加臭濃度檢測數(shù)據(jù)匯總

從圖4發(fā)現(xiàn)，XG站的濃度檢出值相對較低，且出現(xiàn)過較大波動；尤其在二月份的時候出現(xiàn)過高點。根據(jù)調(diào)查，XG站是以人工調(diào)節(jié)加臭泵行程或輸入頻率為主，未完全實現(xiàn)加臭量隨燃氣流量變化定比例控制。而圖中波動的高點出現(xiàn)在一季度，尤其二月份，那時正值寒冷天氣。冬季及寒天一般都是用氣高峰期，且二月初正是中國的春節(jié)假期，這段時間對用氣安全更是要倍加重視。這期間檢測值相對高有可能是人工調(diào)高加臭頻率的結(jié)果。

另外，從圖上我們也可看出，下一壓力級的下游BC站檢測點的濃度檢測值普遍相對較高，且隨著XG加臭點的變化呈近似同步變化。這便很樸素的說明了上游加臭量的變化會對下游產(chǎn)生同步的影響。

再者，圖中再下一壓力級的下游YT站和HJ站的濃度值相對平穩(wěn)，而都比上游BC站要低，且更為遠端的HJ站則更低一些。

從BC站、YT站、HJ站這三站的檢測數(shù)據(jù)來看，其基本符合濃度從上游到下游的逐步衰減的規(guī)律，但如果按照這個理論，源頭加臭點XG站的濃度檢測值應(yīng)是最高的，然而，檢測數(shù)據(jù)結(jié)果恰恰相反，XG站的濃度值基本都是偏低甚至是最低的。經(jīng)過多方研究分析，我們發(fā)現(xiàn)該檢測點位置僅距上游加臭點3~4米，據(jù)意大利同行專家實踐經(jīng)驗介紹，在加臭點下游1公里范圍內(nèi)，由于加臭劑未能充分與燃氣均與混合，大部分加臭劑還混合在管道氣流的中下部，而檢測的燃氣基本來自于管道氣流的的中上部，從而檢測值相對較低。

此外，應(yīng)用便攜式氣相色譜儀，我們還對BC站做過連續(xù)6小時的濃度檢測，如圖5所示：

圖5 BC站7月22日加臭濃度持續(xù)檢測匯總

從圖5可見，該檢測點的濃度值在這天早上9：40左右到下午15：40左右這段時間內(nèi)并不是十分穩(wěn)定的，最低值為20.6 mg/m3，最高值30.8 mg/m3。可見，在大流量高壓的管網(wǎng)節(jié)點，管網(wǎng)加臭濃度在一天內(nèi)也會存在不小的波動。

5 加臭劑濃度檢測的現(xiàn)實意義和下一階段工作

根據(jù)便攜式氣相色譜儀的檢測數(shù)據(jù)匯總分析，我們發(fā)現(xiàn)了一些符合理論規(guī)律的現(xiàn)象，如加臭濃度從上游到下游的衰減，但同時，加臭點濃度檢測值過低也讓我們了解到加臭劑與燃氣混合的一些變化規(guī)律，也使我們對今后選擇有效檢測點給予了一些實踐數(shù)據(jù)指導。某一特定檢測點一天內(nèi)濃度的波動變化，也更加說明了管網(wǎng)運行的復雜性，包括管道壓力、環(huán)境溫度、氣質(zhì)情況、管道新舊程度、管壁潔凈度、燃氣流量、同一壓力級管網(wǎng)中燃氣流向變化等眾多因素都會對燃氣加臭濃度產(chǎn)生影響。

目前的數(shù)據(jù)還相對有限，針對現(xiàn)有情況，我們還需在管網(wǎng)重要節(jié)點、復雜節(jié)點處多增加檢測點，同時，相應(yīng)提高檢測頻率。通過收集更多的可靠數(shù)據(jù)，來更加充分的掌握管網(wǎng)中加臭濃度季節(jié)性變化規(guī)律，也能夠更好的指導上游加臭點加臭量的安全、合理、經(jīng)濟的設(shè)設(shè)定，以更為科學的方式，來平衡和安全我們的燃氣管網(wǎng)，保障用氣安全。

Discussion on Concentration Detection of Natural Gas Odorizing Shanghai Fiorentini Gas Equipment Co.,Ltd. Li Jianjun

Shanghai Aerospace Energy Co.,Ltd. Gao Yu

As a basis for the evaluation of the effect of natural gas, detection of gas odor concentration is particularly important. This paper compares the different features of electrochemical detector and gas chromatography, then uses the portable gas chromatography to detect continuous variation in conventional detection points. Finally, it analyses the significance of the summary data and proposes the further study related this question.

Portable gas chromatograph, Odor concentration detection, Natural gas pipeline and network