第三章 城市天然气.doc

第三章 城市天然气

§3.1 城市燃气管道压力级制分类
城市燃气管道压力级制如表3-1。
城市燃气管道压力级制 表3-1
名 称
压力值P(MPa)
高压燃气管道
A
0.83）储气站。
（4）电讯与自动化设备、电子计算机中心。
输配系统应保证不间断地、可靠地给用户供气并做到安全稳定、系统维护简便、信息实时检测、控制同步，还应考虑到检修或发生故障时，不致影响全系统的工作。
在输配系统中，宜采用标准化和系列化的站室、构筑物和设备。采用的系统方案应具有最大的经济效益，并能分阶段地建造和投入运行。
3.2.1 管网系统的构成
城市输配系统的主要部分是燃气管网，根据所采用的管网压力级制不同可分为四种系统。
1. 一级系统
只有一个压力等级（通常是低压）的管网分配和供应燃气的系统称为一级管网系统。这种系统一般只用作小城镇的供气系统。如供气范围较大时，则输送单位体积燃气的投资和管材用量将急剧增加，是不经济的。
2. 两级系统
它由低压和中压，或低压和次高压两级管网组成。低压和中压两级管网系统可以全部采用铸铁管，能节约钢材，但承压能力低，不能较大幅度地升高管网运行压力以提高管网的输气能力，其发展的机动性较小。低压和次高压（或高压）两级管网系统由于次高压（或高压）管网需采用钢管，当供气规模扩大时可以提高管网的运行压力，有较大的机动性，其主要缺点是钢材用量较大，在敷设次高压或高压管道时，与建筑物，构筑物或其它管道之间要保持较大的安全距离。
3. 三级系统
它一般由低压、中压（或次高压）和高压三级管网组成。这种系统适用于大型城市，通常是在城市中心区或市区内难以敷设高压燃气管道，而中压管道又不能有效地保证长距离输送大量燃气，或者由于敷设中压管道金属用量和投资过大，因而在城市郊区建造高压环网，形成三级管网系统。
4. 多级系统
它由低压、中压、次高压和高压，甚至更高压力的管网组成。在以天然气为主要气源的特大型城市，城市用气量很大，为了充分利用天然气的输送压力，提高城市燃气管道的输气能力和保证供气的可靠性，往往在城市边缘敷设高压或超高压管道的环网，形成四级或五级等多级系统。
3.2.2. 采用不同压力级制的原因
1. 采用不同的压力级制是比较经济的
因为大部分燃气管道由较高压力的管道输送，管道的管径可以选得小一些，管道单位长度的压力损失可以选得大一些，以节省管材。如由城市的一地区输送大量燃气到另一地区，则应采用较高的压力比较经济合理。有时对城市附近的大型工业企业用户，可敷设压力较高的专用输气管线。当然管网内燃气的压力增高了，输送燃气时为了给燃气加压的能量消耗也随之增加了。
2. 类用户所需要的燃气压力不同
如居民用户和小型公共建筑用户需要低压燃气，即使有单户调压器或楼栋调压装置时，一般也只与中压管道相连。而大多数工业企业则需要中压或次高压，甚至高压燃气。
3. 其它原因
城市未改建的老区，建筑比较密集，街道和人行道都比较狭窄，不宜敷设高压或次高压管道。此外，由于人口密度较大，从安全运行和方便管理的观点看，同时大城市的燃气输配系统的建造、扩建和改建过程是要经过许多年的，所以在城市老区的燃气管道的压力，大都比近期建设的管道的压力为低。
3.2.3 选择燃气管网系统的依据
1. 气源情况：燃气的性质，是人工燃气（煤制气或油制气）、天然气，还是利用几种气体燃料的混配燃气；供气量和供气压力、燃气的净化程度和含湿量；气源的发展或更换气源的规划。
2. 城市规模远景规划情况、建筑特点、人口密度、居民用户的分布情况。
3. 原有的城市燃气供应设施情况。
4. 对不同类型用户的供气方针、气化率及不同类型的用户对燃气压力的要求。
5. 工业企业用户的数量和特点。
6. 储气设备的类型。
7. 城市地理条件敷设燃气管道时遇到障碍物（如河流、湖泊、铁路等）的情况。
8. 城市燃气项目所需的材料及设备的生产和供应情况。
规划和设计城市燃气管网系统时，应全面考虑上述诸因素进行综合，从而提出数个方案进行技术经济计算，以便选出经济合理的方案。方案的比较必须在技术指标和工作可靠性相同的基础上进行。

§3.3 城市燃气管网系统举例
3.3.1 低压——次高压两级管网系统
这一系统的气源为天然气，用长输管线的末端储气，如图3-1所示。
天然气由长输管线从东西两方向经燃气分配站送入该城市。次高压管道连成环网，通过区域调压室向低压管网供气，通过专用调压室向工业企业供气。低压管网根据地理条件分成三个互不连通的区域管网

输气压力小于5KPa的低压干管上一般不设阀门。在低压管道上进行检修或处理故障时可用充气的橡胶球胆堵塞管道，也可采用水封阀代替阀门起关断作用。高压、次高压和中压燃气干管上，应设置分段阀门；在其分支管上的起点处，也应设置阀门。在调压室的进出管上、过河燃气管道的两端、与铁路和公路干线相交的两则侧均设置阀门。阀门应设置在非常必要的地方，以便在检修、处理故障或进行改扩建时方便使用，当然，每增加一个阀门，既增加了投资，也增加了漏气的可能性，因而降低了管网工作的可靠性。但是，设置了阀门，在发生故障的情况下，只影响到少量用户，而不使大量用户停气，则又提高了管网工作的可靠性。
图3-1上与铁路相交的燃气管道敷设在套管内。过河的地方一处用双管穿越河底，另一处则利用已建的桥梁采用沿桥敷设跨越河流。
居民用户和小型公共建筑用户都直接由低压管网供气。根据居民区规划和人口密度等特点，一种情况是低压管道沿大街小巷敷设，以组成较密的低压环网；另一种情况是枝状的低压管道敷设在街区内，而上游的分配管道与主干管网连成环网。
第一种情况适用于城市的老区，因为那里建筑物鳞次栉比，又由街道和胡同分割成许多小区，所以低压管道要敷设在每条街道上和胡同里，互相交叉而连成较密的环网，再从低压管道上连接各用户引入管。
第二种情况适用于城市的新建区，那里居民住宅区的楼房整齐地布置在街区内，楼房之间保持必要的间距。在这样的条件下，低压管道可以敷设在街区内，这些楼房可由枝状管道供气，而只将主要的街道低压干管连成环网，以提高供气的可靠性和保持供气压力的稳定性。
低压管网中只将主干管连成环网是比较合理的，而次要一些的管道可以是枝状管道。为了使压力留有余量，以保证环网工作可靠，主环各管段宜取相近的管径。不同压力等级的管网应通过几个调压室相连接，以保证在个别调压室因发生故障而关断时，仍能正常供气。这样的管网方案，既安全可靠，又比较经济。近年来，城市燃气输配系统的低压燃气管网不再连成统一的大环网了，而分成一些互不相通的区域管网。因为从供气安全可靠的角度来看，一个大型或中型城市的低压管网连成大片的环网必要性不大，再则如要穿越较多的河流、湖泊、铁路和公路干线也并不合理。
另外如居民用户和小型公共建筑用户均设置单独调压器时，低压管网的系统也没有原则性的变化，只是低压管网中燃气的压力值可提高。
每个区域调压器供气范围的作用半径，应由技术经济计算确定。调压室宜布置在其供气区中心，并应靠近管道的汇交点。调压室一般应设在地上单独的建筑物内。
3.3.2 低压—中压两级管网系统
这一系统的气源是人工燃气，用低压贮气罐储气，如图3-2所示。
从位于该城市郊区的燃气厂生产的低压燃气，经加压后送入中压管网，再经区域调压室调压后送入低压管网。设置在用气区的低压贮气罐由中压管道供气，高峰用气时既要向低压管网供气，也可加压后送入中压管网。这种两级系统的特点是中压管网经调压后与低压贮气罐相连，中压管道和低压干管都连成环网。但由于低压罐站设在城市里，对市容和安全是不利的。另外，区域调压室与低压贮气罐站的位置必须布置合适，以避免局部地区出现供气量和压力不足的情况。

目前我国大多数有燃气供应的城市采用这种形式的两级管网系统。这是因为：近期内供气量还不太大，用中压管网输气可以满足要求；以人工燃气作为城市气源，输气距离较短，如采用更高的压力，加压所耗费的电能过多，是不经济的；中压管道可以采用铸铁管，管材比较容易解决，而铸铁管还有耐腐蚀的优点；一般城市中心区人口密度较大，街道狭窄，要敷设次高压以上压力的燃气管道，安全距离往往难以保证；这种两级管网系统可以采用低压贮气罐。
3.3.3 三级管网系统
这一系统由低压、中压和高压管网组成，气源是来自长输管线的天然气（也可以是高压的人工燃气），用高压贮气罐储气，如图3-3所示。
该城市原为低压和中压两级管网，气源是煤制气，随着燃气气源的变化，天然气送入该市，逐步建立了压力为3Kpa、0.07～0.15Mpa和0.3～0.5MPa的三级管网。
为了充分利用该城市原有的供气系统，开初天然气与煤气厂的煤制气混配，然后再送入城市管网。通常在一个城市中采用分区置换的办法，分期分批地改变气源待全部用户使用天然气时煤气厂也就可停产。

3.3.4 多级管网系统：
多级管网系统如图3-4。

3.3.5 城市天然气供应流程
城市天然气供应系统如图3-6。

图3-5 城市天然气供应系统流程图

§3.4 用户用气规律和供需平衡
3.4.1 用户的用气规律
城市燃气年用气量不能作为计算管网系统和设备通过能力的唯一依据。为了解决这一问题，就必须研究各类用户的用气规律。
城市各类用户的用气情况是不均匀的，但是，它们都存在着一定的规律。
1. 月不均匀性
居民生活和公共建筑用气量月不均匀性最为显著，其主要因素是气候条件。气温降低则用气量增加。冬季，居民用户一般习惯吃热食，加上水温较低，所以制备食品和热水的燃气量相对增加。反之，夏季用气量将会降低。
但是，我国北方一些城市，有的居民用户冬季用煤炉采暖，并兼作热水或炊事，这样，冬季用气量反而比夏季的用气量少。
公共建筑用气量的季节或月不均匀情况与居民生活用气情况基本相似。
工业企业一般是连续生产的，用气量比较均匀。但是，随着冬季室外气温、水温的降低，用气量也有所增加。
建筑物采暖用气量取决于气候条件。采暖月用气量占全年用气量的百分数可按下式计算：
qm=100(t1-t2)n′/∑(t1-t2)n′
式中：qm——采暖用气量占全年用气量的百分数%；
t1——室内计算温度（℃）；
t2——该月平均气温（℃）；
n′—该月采暖天数。
根据各类用户年用气量和用气不均匀性，可编制出年用气量图表，它对制定供气和储气计划方案、安排管道和设备的季节维修计划有着实际意义。
K1=该月平均日用气量/全年平均日用气量
十二个月中平均日用气量最大的月，也就是不均匀系数最大的月，称为计算月，并将月最大不均匀系数K1max称为月高峰系数。月高峰一般出现在春节前后。
图3-6所示为居民生活和公共建筑月用气量变化曲线。

2. 日不均匀性
居民生活和公共建筑在月内或周内用气量的变化主要取决于生活习惯。平日与假日的用气规律不相同。我国城市，一般从星期一至星期五的用气量变化不大，星期六和星期日用气量则增加，节日前和节假日的日不均匀性尤其突出。
工业企业用气量的日不均匀性平日波动不大，只是在轮休日和节假日波动较大。
采暖期间，采暖用气量的日不均匀性不明显。
日不均匀性用日不均系数表示：
K2=该月中某日用气量/该月平均日用气量
该月中日最大不均匀系数K2max称为该月的日高峰系数。
图3-7所示为一周中各天居民生活和公共建筑用气量变化曲线。

3. 小时不均匀性
居民生活和公共建筑的小时用气量不均匀性最为显著。它与居民生活习惯、气化住宅的数量以及职工职业类别等因素有关。每日有早、午、晚三个用气量高峰，早高峰最低。由于生活习惯和作息制度不同，有的城市晚高峰低于午高峰。
星期日一般仅有午、晚两个高峰。
图3-8所示为居民生活和公共建筑小时用气量变化曲线。

工业企业小时不均匀性不那么明显。对于有集中采暖的用户，若为连续采暖，则小时用气量变化不大，一般晚间稍高一些；若为间歇采暖，则波动较大。
图3-9所示为各类用户小时总用气量变化曲线。

3.4.2. 用气量的计算和供需平衡
为了保证高峰用气时运行正常城市燃气管道及设备的通过能力，应按计算月最大小时流量来计算。因此，小时计算流量的确定，关系着燃气输配的经济性和可靠性。小时计算流量定得偏高，将会增加输配系统的投资；定得偏低，又会影响对用户的正常供气。
1. 用气量的计算
确定燃气小时计算流量的方法有两种：不均匀系数法和同时工作系数法。
(1) 不均匀系数法
在计算燃气分配管网时，最大小时计算流量可用不均匀系数法求得：
Q=(Qy/365×24)K1maxK2maxK3max
式中：Q——最大小时计算流量（标米3/小时）；
Qy——年用气量（标米3/年）；
K1max——月高峰系数，一般取1.1～1.3；
K2max——日高峰系数，一般取1.05～1.2；
K3max——小时高峰系数，一般取2.2～3.2。
用气的高峰系数应根据城市用气量的变化情况进行实际统计确定。
对于用气不均匀性不甚明显的用户，高峰系数可取较小值。
对于北方城市，居民冬季用煤炉采暖兼作热水和炊事时，K1max或取较小值。供应用户数多时，K2max可取较小值。工业企业小时不均匀性不甚明显，K3max可取较小值。采暖用气量不均匀性应根据当地的气象资料和采暖用气工程来确定。
(2) 同时工作系数法
在计算庭院燃气管道时，最大小时计算流量，应根据燃具的额定流量及其同时工作系数确定，计算公式如下：
Q=K0∑QnN
式中：Q——庭院及室内管道的最大小计计算流量（标米3/小时）；
K0——某种燃具的同时工作系数；
N——同一类型燃具的数目；
Qn——该类型燃具的额定流量（标米3/小时）。
根据调查与测定，《城镇燃气设计规范》（GB50028-93）推荐，当每户居民仅使用一台双眼灶时，其同时工作系数列于下表。当每户居民使用两个单眼灶时，同时工作系数也可参照此表选取同时工作系数K0的值。
居民生活同时使用双眼灶的同时工作系数 表3-2
同类型燃具数目
N
1
2
3
4
5
6
7
8
9
同时工作系数
K0
1.00
1.00
0.85
0.75
0.68
0.64

0.60
0.58
0.55

同类型燃具数目
N
10
15
20
25
30
40
50
60
70
同时工作系数
K0
0.54
0.48
0.45
0.43
0.40
0.39
0.38
0.37
0.36

同类型燃具数目
N
80
100
200
300
400
500
600
1000
同时工作系数
K0
0.35
0.34
0.31
0.30
0.29
0.28
0.26
0.25
随着人民生活水平的提高，使用燃具类型越多。对于同时使用双眼灶和小型热水器的用户，其同时工作系数K0可参考表来选取。
从表3-2可见，用户数越多，同时工作系数就越小，其计算流量远非所有燃气灶具额定流量之和，并且该系数还随燃具类型而异。
居民生活同时用双眼灶、小型热水器的同时工作系数 表3-3
同类型燃具数目
N
1
2
3
4
5
6
7
8
9
同时工作系数
K0
0.8
0.55
0.47
0.42
0.38
0.35
0.33
0.31
0.29

同类型燃具数目
N
10
15
20
25
30
40
50
60
70
同时工作系数
K0
0.27
0.25
0.22
0.215
0.21
0.20
0.195
0.19
0.185

同类型燃具数目
N
80
100
200
300
400
500
600
1000
同时工作系数
K0
0.18
0.175
0.17
0.165
0.16
0.155
0.15
0.145
2. 供需平衡
城市燃气用户的用气量随时在变化着，但生产和供应燃气的设备不可能按用户的用气量而变化。为了解决供、需之间的矛盾，就必须研究生产与使用的平衡的问题。
燃气的生产不可能按用气量小时不均匀情况进行调节。一般来说，制气设备的最大日产量是不变的，并以小时平衡制气能力进行生产。确定设备平均小时制气能力，既要考虑设备、管道投资的经济性，又要保证任何时候供气的可靠性，也就是不宜过大或过小。否则，在一日内，各用气高峰时，会出现供不应求的现象；相反，在一日内，各用气低峰时，会出现供过于求的现象。这样，供不应求时燃气的不足部分或供过于求时燃气的剩余部分，必须进行合理、有效的平衡。
目前在城市燃气供应中常用的平衡方法有下列几种：
（1） 用储气设施
大多数有人工燃气的城市，都采用金属贮气罐储气。这种储气方式投资较大，但它有多种功能。如：A可随燃气用气量的变化，补充制气设备不能及时供应的部分燃气量；B在计划检修或制气设备发生暂时故障时，能维持一定程度的供气；C贮罐本身可起到大混合器的作用，可混合各种不同性质的燃气，同时又输送性质均匀稳定的燃气。
在天然气资源丰富的国家，根据地质构造条件可设置地下贮气库，它具有储气量大、投资省的特点。
对于高压长距离输送的天然气，可在城市管网门站前缘的高压管道上，采取管道末端储气。
一些进口天然气的国家，越来越注重发展天然气液态储存技术，因为天然气在0.56大气压、-161℃时可液化，并可在固定或活动的贮罐内储存；而将它由液态再气化成气态时，则体积膨胀600倍，对调节小时用气不均匀性非常方便。
（2） 设置缓冲用户和发挥调节作用
有些工业企业、锅炉房可被选作城市燃气调峰的缓冲用户。即夏季用气低峰时，将剩余的燃气供给它们使用，而冬季用气高峰时，这些用户改用其它燃料。这样，可平衡季节不均匀用气和部分日不均匀用气。
另外，可调整大型工业企业用户的厂休日和作息时间，以平衡部分日不均匀用气。
（3） 设置机动气源
一般的制气设备生产能力变化幅度不大，如果要靠改变气源生产能力实现调峰，投资势必很大。如焦炉煤气的生产，产气量受焦炭产品的需要的制约，通常产气量是不能改变的。但在保证燃气燃烧特性不变的前提下，设置机动灵便的制气设备（油制气炉、发生炉等），还是可以调节季节或日用气不均匀性的，甚至也可平衡小时用气不均匀性。
根据气源的可调能力，通常贮气罐的容积是以最大日燃气供需平衡要求确定的，也可按计算月平均周的燃气供需平衡要求来确定。
为了平衡一天中的不均匀用气设置储气设备，则制气设备可以最大日平均小时供气量均匀地供气。夜间用气量低时，多余燃气储存在贮气罐内，以补充日间用气量高于生产量（供气量）时的不足部分。

§3.5 安全及科学管理
燃气行业作为与城市建设、发展和人民日常生活及生命财产息息相关的特殊行业，其安全重要性已得到社会的广泛重视。天然气气质纯净、热值高，比重小，较其他燃气安全性高。但毕竟是易燃易爆的物质，且运行压力高，输送速度（流速）大，所以，安全管理作为燃气行业的生命线仍必须放在首位。
3.5.1 安全工作的全过程管理
1. 目的设计勘察阶段
（1） 要审查设计单位资质。
（2） 设计文件严格执行国家有关法律法规及技术规范。
（3） 设计部门应有完善的质保体系、责任落实。
（4） 安全设施应与主体工程同时设计、施工和投入使用，充分考虑管道沿线地质及社会环境等情况对管道安全可靠性的影响，以及项目规模、功能、使用期限、材料和设备的选择、抗震及抗外力破坏能力等。
2. 工程建设阶段（管网及设备施工安装）
（1）施工企业的相应资质认可，并在其等级许可的范围内从事施工。
（2）工程招、投标要公开、公平、公正：
（3）施工单位实行领导责任制，质量责任制：
（4）施工按规定实行工程监理制，其监理由取得相应资质的第三方承担。
（5）按设计要求进行压力试验及气密性试验，合格后方可投入试运行。按规定进行竣工验收，合格后方可交付使用。建设施工过程的质量监督，特别是隐蔽工程，如基础、防腐保护等都要签证。
3. 管道运行及管理措施
（1）对新建或停运后再启用的管道，在投用前必须编制投产方案，并严格组织实施。
（2）对运行中的管网，应当严格执行安全管理制度和技术操作规程，以及生产指挥系统的统一调度。
（3）根据供气量的改变和季节变化，合理调整管网运行的各项工艺参数。
（4）定期定时巡线检查和维护管网设施、设备，使其处于完好状态，按事故“三不放过”的原则，严格对事故隐患进行处置，定期对用户的供气设施及燃气用具进行安全检查。
（5）制定管网的事故预案，专业管理部门对抢修备件及工具、物品必须齐全。
（6）从业人员必须落实岗位技能培训和安全教育合格，不断提高员工业务素质。
（7）加强管网供气系统的信息传递（准确、及时）。
4. 重点部位的防范
我们将“若一旦出现故障或事故，会出现严重的社会和经济上负面效应的部位”为重点部位，如在天然气城市供气系统的门站高中压调压器（配气站）、高压管道、中低压区域调压器、楼栋调压箱、专用调压站
5. 新技术、新材料的引进和配套
（1）利用现有发展和成熟的信息及处理技术全面应用和普及到管网系统的过程管理。
燃气输配调度指挥系统
包括从门站到用户全过程的供气状态监测，至站、区域站和现场。对重要参数：压力、流量、温度、容积、设备开、停状态泄漏、供电等，采用有线通讯方式，各监测现场所采集的数据经通讯网络实时发送到区域站和总调度室（主站），并对其参数的情况，对输配系统进行调度和处理。
重要部位控制手段——遥控、遥调
主站和区域站可对重要部位的流量、压力、调峰供气手段等，利用有线或无线方式进行大小调整，开、停等远距离控制。
供气末端引进和应用网络燃气计量表，利用电信网络或宽带网络与区域站（管理中心）的计算机连接，a.完成购气量程序；b.远程事故控制并切断燃气；c.实时收集用气状况。
（2）设施、设备、材料
管道运行检查的管网检漏仪，检漏车，抢修及接旁路支管需要的燃气带压抢修工具，中压B级管网及低压管网建议均使用PE管及控制阀门，以能抵抗城镇中任何污染和腐蚀。
（3）消防略
3.5.2 经济、稳定运行措施
1. 组织落实
供气及输配运行组织管理应结合城市天然气的输配过程及工艺要求，考虑城市的区域特点来划分或调整。
（1）门站、高压管道部分：接收、分配、输送。
（2）高压管道以后的部分
可按配气站（高、中压调压站）供气区域划分。
可按运行压力划分管理责任。
（3）总调度室：负责所有运行管道供应的工艺参数调整、流量、压力、供气、价格为供气运行业务指挥中心。
2. 制度完善
应完善安全规定、设备管理、岗位责任制、工艺指标（参数）、操作规程
3. 经济运行
通过管网的输配运行及供应，要及时总结管网经济运行的方式，如供气流量与压力的关系，压力与管径的关系，供气量与建设投资的关系，力求以较低的输配成本，得到供气的满足和稳定。
3.5.3 经营措施
1. 扩大应用对象
除家庭使用外，还应扩大应用于工厂、医院、饭店、食堂、汽车等

对象，一般家庭用量占城市年销售量的约1/3比较合理。
2. 拓展应用领域
由以往的烹饪拓展到发电、制冷取暖、燃气电池、热电联供等领域。
3. 供销差率是影响燃气行业经济效益的最主要因素，在计量器具的设计安装及运行管理中，严格执行各项技术规范，杜绝每一个漏点。
（1）定期对系统的流量计进行检定。
（2）定期对管线泄漏情况进行检测。
（3）户内燃气表安装前必须100%检定，即使是智能燃气表，同时每月按一定比例上门检测。
4. 扩大市场规模：大力发展工业、商业用气。
5. 用信息技术提升燃气抄表、收费及供气管理作业水平，准确、及时、高效、低耗。
6. 合理确定燃气区域售后服务站点，设立区域服务中心，实行24小时报修服务，管理一定的供气用户和地域半径。

§3.6 其他技术保护措施
3.6.1 民用天然气的加臭处理
城市门站或配气站的任务是进行天然气接收，调压和计量，一般情况下还要向天然气中注入某种类型的加臭剂(odorant)，然后将天然气送至供气管网。在加臭过程中，通常向天然气中加入一定量的含硫化合物，使天然气具有类似合成城市煤气的臭味，这样便于发现供配系统有无天然气泄漏和确定泄漏点。
合理地选择天然气的加臭剂是很重要的，加臭剂必须具有特殊的臭味，化学性质稳定，价廉、无毒、无刺激性等。
现在天然气工业用的加臭剂主要是有机硫化合物，其臭味按以下顺序递增：（a）二硫化合物，（b）硫醚，（c）碳-硫环状化合物，（d）硫醇。按稳定性递增顺序，硫醇占第一位，然后是二硫化合物。在氧化铁的催化作用下（管壁一般都覆盖有一层氧化铁），微量氧和硫醇作用会产生比较稳定的，但臭味较小的二硫化合物，后者在管输条件下化学性质不活泼。天然气加臭剂加入量应低于天然气管输温度和压力条件下加臭剂在气相的溶解度。卡兹（D.L.Katz）给出下面关系式：
y=Pv/ Pt
式中y是加臭剂在气相的分子分数，Pv是加臭剂在一定温度下的蒸汽压，Pt是总气相压力，加臭剂的实际使用浓度应低于y值。
按天然气的%（体）计，在空气中天然气的爆炸下限大约是4.5%～5%，因此，对于天然气加臭剂合理利用是当空气中天然气浓度为1%（体）时，即可被一般正常人嗅觉鉴别出，对于民用天然加臭剂不宜用得过多。
新管线投入使用的最初阶段，加臭剂加入量应比正常使用量高2～3倍，直到管壁铁锈和沉积物被加臭剂饱和。在夏天加臭剂用量可以减少，因为在气温较高时人们能鉴别出更小量的加臭剂。天然气加臭设备一般安装在降压和调压设备之后。国外用于天然气的加臭剂分浓剂和稀剂两种，浓剂一般用于高压管线（压力为0.8～1.0MPa以上），稀剂用于低压配气管线。浓加臭剂的用量一般推荐值为8～16克/千米3天然气，稀加臭剂则按比例减少。
在燃烧时，加臭剂虽然会产生二氧化硫和三氧化硫等有害气体，由于浓度很低，对人和设备均无影响。
实际采用的天然气加臭设备可以分为以下两类：
（1）直接注入法天然气加臭设备（加臭剂是用“滴加器”注入天然气流）。如图3-10。
图3-10是直接注入法天然气加臭装置适用于天然气流速为1～20标米3/秒，加臭剂贮存在贮罐1，安装在天然气管线上的标准锐孔板6产生的压差Δp，通过仪表2控制马达泵（4和5）的转速，计量加臭剂通过四通阀门引入泵缸，四通阀用一个小透平做动力，透平受压差Δp控制，用这个方法控制加臭剂的注入量，加臭剂通过电磁阀7注入管线。

（2）吸收法加臭设备。这个方法是通过传质过程使加臭剂由润湿表面蒸发到流过润湿表面的气流中。
吸收法加臭设备多用于小流量天然气的加臭，适用的气体流速一般为0.1～1.0标米3/秒，这种加臭器是在不超过7公斤/厘米2压力下操作，加臭剂蒸发并在天然气中饱和，需要认真地控制温度，因为即使一个小的温度偏差（例如10～15℃）也足以使天然气流吸收的加臭剂量增加一倍。图3-11是吸代吸收法加臭设备示意图。

3.6.2. 燃气管道的防腐
1. 燃气管道腐蚀的原因
腐蚀是金属在周围介质的化学、电化学作用下所引起的一种破坏。金属腐蚀按其性质分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
化学腐蚀是金属直接和介质接触发生化学作用而引起金属溶解过程，电化学腐蚀则是金属和电解质组成原电池所发生的电解过程。
输送燃气的钢管按其腐蚀部位的不同，分为内壁腐蚀和外壁腐蚀。
内壁腐蚀：
水在管道内壁生成一层亲水膜，形成了原电池腐蚀的条件，产生电化学腐蚀，还由于输送的燃气中可能含有硫化氢、二氧化碳、氧、硫化物或其它腐蚀性化合物直接和金属起作用，引起化学腐蚀。因此，在架空或埋地钢管的内壁一般同时存在化学腐蚀及电化学腐蚀。内壁防腐的根本措施是将燃气净化，使其杂质含量达到允许值以下。还可以在管道内使用合成树脂或环氧树脂等作内涂层，可防止管道内壁的腐蚀，并能降低管壁的粗糙度，相应地提高了管道的输气能力。
外壁腐蚀：
外壁腐蚀同样可以在架空或埋地钢管上发生。架空管的外壁用油漆覆盖层防腐。埋地钢管的化学腐蚀是全面性的腐蚀，在化学腐蚀的作用下，管壁厚度的减薄是均匀的，所以从钢管受到穿孔破坏的观点看，化学腐蚀的危害性不大。故通常埋地钢管的外壁腐蚀是以电化学腐蚀为主。
埋地钢管腐蚀的原因比较复杂，一般归纳为如下三类：
（1）电化学腐蚀。
这种腐蚀的原理如图3-12所示。由于土壤各处物理化学性质不同、管道本身各部分的金相组织结构不同，如晶格的缺陷及含有杂质金属受冷热加工而变形产生内部应力，特点是钢管表面粗糙度不同等原因，使一部分金属容易电离，带正电的金属离子离开金属，而转移到土壤里，在这部分管段上电子越来越过剩，电位越来越负；而另一部分金属不容易电离，相对来说电位较正。因此电子沿管道由容易电离的部分向不易电离的部分流动，在这两部分金属之间的电子有失有得，发生氧化还原反应。失去电子的金属管理段成为阳极区，得到电子的这段管段成为阴极区。
腐蚀电流从阴极流向阳极，然后从阳极流离管道，经土壤又回到阴极，形成回路。在作为电解质溶液的土壤中发生离子迁移，带正电的阳离子（如H+）趋向阴极，带负电的阴离子（如OH－）趋向阳极。在阳极区带正电的金属离子与土壤中带负电的阴离子发生电化学作用，使阳极区的金属不断电离而受到腐蚀，使钢管表面出现凹穴，以至穿孔，而阴极则保持完好。

（2）杂散电流对钢管的腐蚀
由于外界各种电气设备的漏电与接地，在土壤中形成杂散电流。其中对钢管危害最大的是直流电。泄漏直流电的设备有电气化铁路和有轨电车的钢轨、直流电焊机、整流器外壳接地和阴极保护站的接地阳极等。在电流离开钢管流入土壤处，管壁产生腐蚀。
（3）细菌作用引起
根据对微生物参与腐蚀过程的研究发现，不同种类细菌的腐蚀行为，其条件也各不相同。例如，在缺氧土壤中存在厌氧的硫酸盐还原菌，它能将可溶的硫酸盐转化为硫化氢，使土壤中氢离子浓度增加，加速了埋地钢管的腐蚀过程。硫酸盐还原菌的活动与土壤的酸碱度（pH值）有关。PH值在4.5～9.0时细菌生长最为适宜，pH值在3.5以下或11.0以上时，细菌的活动完全受到抑制。
2. 埋地钢管的防腐方法
针对土壤腐蚀性的特点，可以从下述三个途径来防止腐蚀的发生和降低腐蚀的程度：采用耐腐蚀的管材，如铸铁管、塑料管、玻璃钢或其它非金属管道。
增加金属管道和土壤之间的过渡电阻，减小腐蚀电流，如采用防腐绝缘层使电阻增大，在局部地区采用地沟敷设或非金属套管等方法。
采用电保护法，一般与绝缘层防腐法相结合，以减小电流的消耗。
（1）绝缘层防腐法
管道的绝缘层一般应满足下列基本要求：

①与钢管的粘结性好，保持连续完整。
②电绝缘性能好，有足够的耐压强度和电阻率。
③具有良好的防水性和化学稳定性。
④能抗生物侵蚀，有足够的机械强度、韧性及塑性。
⑤材料来源充足，价格低廉，便于机械化施工。
目前国内外埋地钢管所采用的防腐绝缘层种类很多，有沥青绝缘层，聚氯乙烯包扎带、塑料薄膜涂层、酚醛泡沫树脂等塑料绝缘层。沥青是埋地管道中应用最多和效果较好的防腐材料。煤焦油沥青具有抗细菌腐蚀的特点，但有毒性。塑料绝缘层在强度、弹性、受撞击、粘结力、化学稳定性、防水性和电绝缘性等方面，均优于沥青绝缘层。
沥青绝缘层由沥青、玻璃布和防腐专用的聚氯乙烯塑料布组成。采用沥青玻璃布薄涂多层结构，外包扎塑料布或玻璃布，其结构按绝缘等级而异，如表3-4所示。
埋地钢管防腐绝缘层的结构表 表3-4
土壤腐蚀等级
绝缘
等级
包 扎 层 次
总厚度(毫米)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
低级
中级
普通级
底漆
一层
沥青层
～2毫米
玻璃布一层
沥青层～2毫米
玻璃布一层
沥青层～2毫米
塑料布一层

～6.0
较高级高级
加强级
底漆
一层
沥青层
～2毫米
玻璃布一层
沥青层～2毫米
玻璃布一层
沥青层～2毫米
塑料布一 层
沥青层～2毫米
塑料布一层
～8.0
应根据土壤的腐蚀性能来选取防腐绝缘等级。除根据沿管线的工程地质资料（土壤电阻率）外，还要参照管道所通过的不同地段的具体情况综合考虑来确定防腐等级较为合理，如土壤腐蚀等属于特高级或一些重要地段，则应采用特加强绝缘，即比加强级绝缘又增加玻璃布和沥青层和一层。
（2）电保护法
①外加电源阴极保护
利用外加的直流电源，通常是阴极保护站产生的直流电源，使金属管道对土壤造成负电位保护方法，称为阴极保护。阴极保护给直流电源的正极与接地阳极（常用的阳极材料用废旧钢材，永久性阳极材料有石墨和高硅铁）连接，负极与被保护的管道在通电点连接。外加电流从电源正极通过导线流向接地阳极，它和通电点的连线与管道垂直，连线两端点的水平距离约为300～500米。直流电由接地阳极经土壤流入被保护的管道，再从管道经导线流向负极。这样使整个管道成为阴极，而与接地阳极成为腐蚀电池，接地阳极的正离子流入土壤，不断受到腐蚀，管道则受到保护。
埋地金属管道达到阴极保护的最低电位值E，由土壤腐蚀性质等因素决定，一般需要通过较长期的实践或在实验室测定来决定其数值。当阴极保护通电点处金属管道的电位过大时，可使涂在管道上的沥青绝缘层剥落而引起严重后果，故通电点的最高电位E1也必须控制在一安全数值之内。
一个阴极保护站的保护半径R=15～20公里，两个保护站之间的保护距离S=40～60公里。
当被保护的管道与其它地下金属管道或构筑物邻近时，必须考虑阴极站的杂散电流对它们的影响。当这种影响超过现行标准时，就应考虑燃气管与相邻地下金属管道或构筑物共同的电保护措施。
②牺牲阳极保护法
采用比被保护金属电极电位较负的金属材料和被保护金属相连，以防止被保护金属遭受腐蚀，这种方法称为牺牲阳极保护法。电极电位较负的金属与电极电位较正的被保护金属，在电解质溶液（土壤）中形成原电池，作为保护电源。电位较负的金属成为阳极，在输出电流过程中遭受破坏，故称为牺牲阳极。
3.6.3 防腐材料介绍
1. 煤焦油瓷漆
煤焦油瓷漆应用于管道外防腐已有近百年历史，它由底漆、内缠带、外缠带及其它附加保护材料组成，具有吸水率低，抗微生物侵蚀性及抗植物根茎穿透性等特点，由于价格低廉，在十九世纪应用相当广泛。
2. 石油沥青
石油沥青热浇淋防腐最早于50年代应用于前苏联，由于其吸水率高，细菌啃食及机械性能较差，等缺点，虽然价格低廉。但在欧美国家不采用现浇方式，而主要在工厂或现场以半自动方式将粘胶带螺旋缠绕于钢管上，使用石油沥青粘胶带，主要原因是其成本低廉，容易施工且较煤焦油磁漆安全无毒。
随着管道输送压力提高，管径加大，温度增加及各种环境变化需求，上述2种防腐材料有以下几个问题需要克服解决：
（1） 机械外力的破坏
（2） 土壤应力
（3） 适用温度受限
（4） 剥离
为了