浅析焦炉煤气杂质对输配系统的危害及其对策建议.doc

浅析焦炉煤气杂质对输配系统的危害及其对策建议前言城市燃料的气体化，是衡量一个城市现代化的尺度之一。据九四年底全国统计资料表明，我国已有400多个城市，9448.2万人用上了煤气。天然气和液化石油气，气化率达57。根据我国国情，城市气化的出路仍将离不开煤气，而大多数以焦炉煤气为气源的城市(镇)，由于荒煤气杂质含量很高；生产过程本身也未对净化做彻底的处理；有些净化设施不全；有些项目设计时虽做了考虑，但施工中由于费用问题而舍弃；有些净化设施虽建成了，但由于管理上的问题(净化在气源厂，贮配、输送在煤气公司，由于净化对气源厂无明显经济效益，因而时开时停)，发挥不了应有的作用。这样使出厂煤气进入输配管网时的温度较高，使大量的水分和杂质随煤气一同输出，逐渐凝结在管道内，使原管道有效输气管径缩小，降低管道输气能力和增加了压送输配煤气的能耗。城市煤气管道的堵塞故障是影响煤气输配和应用系统正常运行的重要问题之一。地下干、支管的大部分和局部堵塞，均会造成供气能力的普遍下降或地区性停气，使工业停产，福利停业，民用断炊。因此，在发展城市管道煤气时应将煤气的净化作为一项重要的课题认真加以解决，以取得城市气化的更大经济、社会和环境效益。下面以宝鸡等城市管道煤气净化不好造成的一些问题为例，粗略地算几笔经济帐，说明管道煤气净化的重要性与必要性，以引起广泛的重视。 一、城市煤气的组分变化及质量要求(标准)城市煤气是在压力状态下输送具有易燃易爆和毒性的气体，由于设计施工等存在问题或操作使用不当，往往会引起漏气，有时会引起失火、爆炸或人身中毒事故。因此，在城市煤气规划及设计中，必须充分考虑其组分的变化和质量问题，要求其变化应符合GB13612-92规定：1.煤气的华白指数(是指各种煤气的高热值与根号下煤气相对密度的比值，即：煤气的高热值它是衡量煤气质量的一个指标)波动范围，一般不超过5；2、煤气燃烧性能的所有参数指标，应与用气设备燃烧性能的要求相适应；3、低热值应大于14.7MJ/m3；4、含氧量小于1(体积比)；5、一氧化碳(CO，足无色、无臭、有剧毒的气体)城市煤气中一氧化碳含量应小于10；6、城市煤气应具有可以察觉的臭味，无臭或臭味不足的煤气应加臭，其加臭程度符合下列要求：(1)有毒煤气泄漏到空气中，达到对人体允许的有害浓度之前应能察觉;(2)无毒煤气泄漏到空气中，达到爆炸下限的20的浓度时，应能察觉。7、焦油和灰尘含量应小于10mg/m3；8、硫化氢(H2S)含量应小于20mg/m3；9、氨含量应小于50mg/m3；10、萘含量应达到冬季50mg/m3；夏季100mg/m3；所以焦炉煤气经过净化处理后，做为城市煤气使用，其组分要求一般应达到(见下表)：组分氢甲烷不饱和烃一氧化碳二氧化碳氧氮分子式H2CH4CnHmCOCO2O2N2含量（体积比） 54-5923-282-35.5-71.5-2.50.3-0.73-5宝鸡市外供煤气组分：组分氢甲烷不饱和烃一氧化碳二氧化碳氧氮分子式H2CH4CnHmCOCO2O2N2含量（体积比） 53-6222-272-33.2-52-30.2-0.65-10 二、焦炉煤气的杂质处理与质量要求对比焦炉煤气做为城市煤气外供使用，必须对其按照一定的工艺要求进行处理使其满足输配管网和燃烧使用的要求。煤气的净化就是将荒煤气中的焦油、氨、萘。硫化氢等杂质脱除到城市煤气允许含量以下，以防止输配设备的堵塞和腐蚀，保证煤气的正常输送和使用。1、焦油及灰尘：焦油是一种由许多物理、化学性质各不同的物质组成的混合物，焦油粘性较大，易和灰尘粘在一起，两者不易分离。焦炉煤气经过集气管用氨水喷洒和初步冷却器冷却后大部分焦油气被冷凝，从煤气中分离出来，但还有一部分焦油呈雾状存在于煤气中。从影响净化工艺看，使洗苯洗油质量变坏，影响粗苯回收，造成文煤气冼苯不良和洗氨塔堵塞，焦油粘附在脱硫剂表面，使脱硫效能变坏。但从输配角度考虑，为防止管道和用气设备的粘堵，国标要求煤气中的焦油和灰尘含量小于10mg/m3。电捕焦油器在正常工作情况下，煤气中焦油可被除去99以上，但由于煤气中的含氧量难以控制，运行费用高，多数气源厂不愿开或时开时停，造成焦油含量超标，用气设施粘堵。宝鸡市焦炉煤气中焦油含量最高时达988mg/m3。2、氨：氨是一种具有特殊刺激性气味的无色气体，易溶于水，其水溶液呈强碱性。氨对净化工艺中的洗苯、洗萘塔有严重腐蚀，并对各种铜及铜合金燃气设施及其用具有腐蚀作用，且燃烧时产生的NO。NO2等有害气体影响人体健康，并污染环境。因此国标要求氨在城市煤气含量中不大于50mg/m3。宝鸡市焦炉煤气中氨含量最高时达2088mg/m3。3、萘：萘是一种很易升华的化合物，萘易溶于烃类物质中。从焦炉出来的荒煤气中的含萘量一般为6-8g/m3，焦炉煤气经初冷后能使大部分萘溶解在冷凝焦油中，其后经终冷，洗氨和洗苯后，煤气中萘含量仍高达200-500mg/m3，未达到国标要求。煤气长距离输往城市，煤气温度不断降低，气态萘即冷凝析出。煤气中的绝对含萘量大于管道中煤气温度相应的饱和含萘量时，达饱和部分的气相萘以结晶状态析出，积于管壁，煤气管道易被堵塞。萘的堵塞不因焦油灰尘的存在而加剧。宝鸡市目前在离气源厂260米处中压DN400主干管运行8年已有300多米几乎堵死，其它管线堵塞程度不同，户内严重。萘的实际最高含量为：九四年十二月份：1396.1mg/m3，超标27.9倍。4、硫化氢：硫化氢(H2S)是一种有毒、具有酸性和特殊恶臭的气体，在煤气的杂质中数其危害最大。当空气中含有1时就能使人致命。对于管道和设备有强腐蚀作用，在燃烧时产生二氧化硫等有害气体，影响人身健康，并污染环境。国标规定城市煤气中含H2S量不超过20mg/m3。宝鸡市焦炉煤气H2S含量最高时达2441mg/m3。宝鸡市焦炉煤气94年3月-95年8月化验分析一览表单位：mg/m3 三、杂质对输配系统的危害程度分析焦炉煤气的净化不彻底，就等于给运行中的输配设施埋下定时炸弹，如：(一)、气柜的影响程度分析：气柜主要是用来解决煤气供应的日和周不均衡问题，它可在用气低峰时把气源厂供来多余的气存起来，当高峰时用气量大于气源厂单位时间产气量时弥补不足。1、安徽省铜陵市煤气公司储配站于1984年建成投运的2号储气柜(5.4万立方米)，由于净化不彻底，煤气中的杂质含量严重超标，特别是硫化氢对气柜本体造成的腐蚀加剧，于1993年2月12日10时许，顶部钟罩出现大面积开裂，致使气柜中大量煤气迅速外泄，气柜各塔快速下降产生火花，燃爆泄出煤气，造成重大火灾事故和2号气柜壁严重受损，部分导轨断裂变形。经过半年时间的修复，于1993年11月1日组织实施了烟气置换后正式投入运行。整个修道工程耗资约220余万元。2、陕西省宝鸡市煤气公司于1987年8月投运的5.4万立方米气柜同样由于煤气的净化问题不解决，杂质含量严重超标(硫化氢含量最高时达2441mg/m3；超国家规范标准122倍)。使气柜腐蚀加剧，5.4万立方米低压湿式螺旋气柜柜体出现穿孔。钟罩部分从1992年就出现大面积锈蚀，严重处出现穿孔，最大裂缝长达200毫米(1992年穿孔24处之多)；不得不进行环氧树脂、玻璃丝布防腐补漏加强处理。到目前穿孔已达392处；最大裂缝长达630毫米；最大孔直径达40毫米，气柜带病运行，多次告急向市政府报告要求停修，因苦于仅一座气柜，2万多居民户和福利户近10万人的吃饭问题无法解决，只好继续带病运转，请专业防腐补漏修复队伍长期维修，从1992午防腐补漏至今五月一日，费用已达50万元之多。(二)、加压风机的影响分析：杂质的严重超标，对于风机的危害不亚于气柜的严重，88年11月份，宝鸡市在中压供气前派人分别去北京、太原、大连等11个城市学习，由于季节和杂质等原因，对于加压风机的起动和维修所到之处均有同感，有些我们亲眼看着，职工用链钳加1米多长的套管盘车，每个加压车间均有拆开正修的风机，上面有坚固的粘接物(焦油等杂质)，清理非常困难，宝鸡煤气由于净化未达到国家标准，(焦油最大超标98倍)，净化设施不全对整个输配系统造成很大危害，加压风机出口逆止阀，风机传动叶轮等均因焦油等物粘接牢固每次停开后很难起动。开始凤机加注煤油浸渗，再用链钳加套管两人盘车后启动，逆止阀加注煤油浸渗开起。停用时间4小时以上的风机和逆止阀仍无法开启，只好用蒸汽吹扫，起动前用蒸汽吹扫数分钟盘车起动，这样既直接影响着城市煤气的正常输送，又造成了风机及阀门各密封圈老化，特别象风机内部密封圈因蒸汽吹扫，高温运行造成的变形老化是密封性不严，油气互相泄漏，加大了维修工作量和设施磨损，五台风机到九二年十月就换掉一台，其余几台也分别换叶轮等部件，从八八年底-九四年底仪五台风机维修费就高达31万元。(三)、管道及其设施的堵塞分析：以输送人工煤气为主的输配管道，由于净化不好最易形成堵塞故障。焦炉煤气制造时伴生的萘(C10H8)虽经过净化，但仍有一部分混在煤气中进入市区及家庭管道，若遇气候变冷则饱和度以上的萘就会析出，附着在管壁上成为供气障碍，寒冷季节低压管道大量析出的萘成层状积聚在管内壁引起堵塞，重点多发生在离气源厂260米以外或在管道高程较低弯曲、变径等部位，露出地面部位以及引入管接头部位。如：1、宝鸡市煤气工程中压于管离气源厂不到一公里处的宝天铁路立交桥北DN400煤气主干管堵塞长达27米(管道弯曲、起伏变化大)，投运仅6年于1993年8月检修时流通截面仪剩1/8过气。几乎造成全市停气。其余中压干管离气源厂260米处向外300米(无拐弯)，运行不到8年堵塞流通面仅剩1/6，低压庭院，楼前管及户内水平管也堵塞严重，每年用于清通换管等费用就高达近70万元，既造成供气不正常，用户意见大；又是不安全因素增加，甚至一部分用户无法做饭。只好重新使用蜂窝煤炉作饭。2、北京市煤气第三高压管线是从气源厂(北京焦化厂)到建国路高、中压调压站的一条主要输气干线，管径为DN500，该线从72年投运后，由于煤气杂质含量严重超标，萘堵非常严重，造成设备失灵，压力损失约0.2MPa，大大降低了输气能力，76年迫使该线不得不停用清堵，每年用于各种管道及设备清堵费用也相当可观。3、太原市煤气公司1989年8月在更换82年投运的一条主管线上DN500阀门时，发现其管道内壁积萘达150多毫米；管道有效过气直径部分仅剩下不足200毫米；严重阻碍了煤气输送。据查此条管线的2Km529钢管及0.1Km245钢管管段中积萘厚度普遍达70-100毫米之间，同样造成其它管线及设施堵塞严重，影响城市供气的正常输配。4、西安市煤气公司在83-86年两年中由于净化未落实，杂质含量严重超标，中低压管道局部、大部分堵塞，最严重的是过三十米龙首渠水下中压煤气主管道DN600毫米管径被堵塞450多毫米，输气能力大大降低，正常用气无法保障，使这段管道最终报废，造成焦炉煤气中断供用半月之多，直接经济损失达数万元，该公司86年仅因煤气杂质超标给该公司造成直接经济损失竟达120万元之多。5、安徽省马鞍山市也因煤气净化不好，杂质含量严重超标，各种煤气管道及其设施粘堵严重，输气能力降低到局部停供，最后不得不采取强硬措施，对20多公里煤气管线进行了改造和更换，提高了管线的输配能力。(四)、调压器堵塞及故障分析：由于杂质的粘结堵塞与腐蚀造成调压器压力失调，维修频繁，皮膜老化破裂，影响正常供气。特别是冬季，气体随调压器的湿度而下降，饱和的萘析出凝结成固态，依附在调压器内壁上，形成霜雪状结晶体，严重时可将阀门部分管道堵塞，导致超压供气或停止供气的故障。因此，平均每年投入维修的调压器(运行30台)费用递增5-8万元。由于宝鸡市使用的调压器型号繁多，因而，不同的型号其影响部位不一：1、雷诺式调压器的影响分析：a、中压辅助调压器的喷嘴最易被堵，随着萘结晶体的积聚，喷嘴被堵，中压(P1)不能按需要进入平衡器，平衡器皮膜压力降低，杠杆受铁砣的重力作用而下移，致使调压器阀口开大，形成超压送气，严重影响供气安全。b、针形阀被萘结晶堵塞，形成超压供气故障。其超压供气的原因与中压辅助调压器，喷嘴堵塞相同，排除不及时会出现超压供气，严重时会出现中压供气，给人民生命财产带来重大损失。c、过滤器被萘结晶体堵塞会导致供气不足，其故障判断较难，因为在过滤器与主调器之间一般不安装测压装置，压力表均安装在过滤器之前的中压管道。因此压力表显示中压，而过滤器被阻塞，低压记录仪反映的压力难以判断故障，应考虑过滤器问题。2、自力式调压器的影响分析：由于其制造精度高，技术要求严格，在冬季煤气中萘含量超标时影响较大。(1)、指挥器喷嘴粘堵使出气量减少，引起调压器皮膜上腔压力下降，以致调压器阀门随着薄膜上开而关小，严重时会使阀关闭，造成停止供气的故障。(2)、主调压器的调节杆被卡住。因调节管导管制造精密，光洁度要求高，其配合间隙很小，一但萘结晶在其间隙或调节杆上、下部位凝结，极易将调节杆卡住。当调节杆顶阀门而被卡住时，会形成超压送气，严重时将直接中压送气，危害极大。实践证明；自力式调压器超压供气故障多由此造成。当调节杆被卡死在阀门开启很小、或处于关闭状态时，便会产生供气不足或停止供气故障，必须引起高度重视。3、切断式(箱式)调压器影响分析：萘在切断式调压器中易凝结的部位，是主调压器阀口和中压进气管道。严重时萘结晶体可将阀口堵塞造成供气不足，甚至停止供气。4、活塞式调压器的影响分析：该调压器其结构复杂，当杂质含量高时，会出现以下情况：(1)、调压器上阀口极易形成茶杂质堵塞，造成调压器无关闭压力。(2)、该调压器属后压反馈间接作用式，当信号管出口出现堵塞时不进气，使调压器无法起动，出口压力低。(3)、硫化氢含量高时对密封橡胶有极强的腐蚀作用，造成调压器皮膜漏气或指挥器薄膜漏气，使负荷减少时指挥器不排气。活塞式调压器的皮膜腐蚀及阀口堵塞最终出现供气不足，压力不稳定，停止供气。(五)、煤气表的影响分析：煤气表的设计制造也和其它煤气设施一样，是以煤气成分符合国标的前提下设计的，但由于杂质含量严重超标，特别是硫化氢腐蚀作用大；萘、焦油等粘结堵塞，将会造成煤气表的皮膜老化，传动部位的中轴与连杆卡死，焊接部位开焊等造成煤气表不走。分析其原因，一般死表主要是由于表内立轴与膜盒上的焊口开焊，造成气室停止进、出气所致，但也有部分是腐蚀严重，杂质粘结牢固，运转阻力增大造成开焊。由于表使用时间长，煤气中有害物质硫化氢、萘、二氧化碳、焦油、水蒸汽等将表内零部件腐蚀，再加上表属封闭型运转，平时无法加油和维修，使各部位严重腐蚀或锈蚀、粘死、增大运行阻力造成焊口开裂停止运转即死表，以致使煤气计量不准，慢表、死表增多；维修频率高，既影响用户使用，又影响企业的经济效益，同时也给计量管理带来不少矛盾，一九九四年换表5967块(含保修期换表)，占全部用户(保修期用户除外)的26.9仪此一项造成直接损失费485174元(含保修期换表)。(六)、煤气出厂计量装置也因焦油和其它杂质粘附，通气孔变小，较好、准确的计量工作根本无法实施。煤气工程设计安装的孔板流量计，由于杂质含量严重影响，运行不到一年就全部堵塞，造成风机增压，温度升高，