上海飛奧燃氣設(shè)備有限公司 施漢龍 王羽中 童國芳 陸雅娣

燃氣輸配系統(tǒng)一般由長輸管線、城市管線、城市門站、高中壓調(diào)壓站、儲配站以及運行操作管理和控制設(shè)施等組成。城市門站和高中壓調(diào)壓站是燃氣輸配系統(tǒng)中的重要設(shè)備，是集燃氣清潔過濾、調(diào)壓、計量、加臭、燃氣泄漏報警及數(shù)據(jù)采集監(jiān)控等功能于一體的高度集成化系統(tǒng)，必須具有極高的完整性和可靠性。

氣體預(yù)處理設(shè)備(旋風分離器、過濾器等)是燃氣城市門站及高中壓調(diào)壓站對燃氣進行預(yù)處理的設(shè)備，其通過有效去除燃氣中所含的固體及液體雜質(zhì)(即廢棄物)，以對下游的調(diào)壓器、流量計等精密設(shè)備起到保護作用，并相應(yīng)延長使用壽命。隨著城市的不斷擴大及對環(huán)境保護意識的增強，廢棄物中因含有一定量有毒、有腐蝕性的四氫噻酚臭劑，所以如何科學、安全、有效地收集、清理和處置這類固體廢棄物，是燃氣公司直接面對的難題。

1 常用固體廢棄物收集方法及缺點

集中在氣體預(yù)處理設(shè)備集污腔的固體顆?；蛞簯B(tài)顆粒，即廢棄物，需要通過合適的方法來清理、收集和合理處置。目前比較常用的固體廢棄物收集方法及缺點如下：

(1) 通過調(diào)壓裝置的集中排污管道，排至集污池。該方法的缺點是有燃氣排放，浪費能源，污染環(huán)境；廢棄物需二次收集處理；操作人員安全性差。

(2) 通過調(diào)壓裝置的集污罐進行收集。該方法的缺點是需要通過排污泵及金屬軟管，定期將廢棄物收集至特種專用車輛，后續(xù)再行處理，工藝系統(tǒng)復(fù)雜；需要特種車輛；操作人員安全性差。

(3) 通過旋風分離器或集污罐的人孔、清灰口進行人工收集清理或排放大氣。該方法的缺點是有燃氣排放，浪費能源，污染環(huán)境；操作人員安全性差。

2 固體廢棄物科學處置的原理

比較上述幾種固體廢棄物的收集方法，發(fā)現(xiàn)每種方法都存在一定的問題。為了解決固體廢棄物收集處理的難題，需要通過理論研究、原理論證以及實際應(yīng)用，以期達到預(yù)想的效果。

固體廢棄物科學處置系統(tǒng)是通過可移動服務(wù)車，將回收裝置運送至現(xiàn)場同調(diào)壓站氣體預(yù)處理設(shè)備的排污口對接后，利用燃氣自身的壓力能，對氣體預(yù)處理設(shè)備中的固體廢棄物進行科學、環(huán)保、經(jīng)濟回收，同時燃氣通過回收裝置后再次回到調(diào)壓站的出口管內(nèi)，從而實現(xiàn)無燃氣排放的一種科學處置系統(tǒng)，其中固體廢棄物集中交由專業(yè)公司進行后續(xù)處理。固體廢棄物科學處置系統(tǒng)的工作原理，如圖1所示。

圖1 廢棄物科學處置系統(tǒng)原理

固體廢棄物科學處置系統(tǒng)中，回收裝置的進口和調(diào)壓站預(yù)處理設(shè)備排污口相連接，接受含有大量固體顆粒的燃氣，經(jīng)圖1中的收集裝置進行收集，然后經(jīng)精過濾器和調(diào)壓器對天然氣進行過濾和調(diào)壓，再進入渦輪流量計，計量后通過連接管道，回到調(diào)壓站的出口總管。

2.1 理論研究

輸氣管道中氣體的含塵量一般為1～23 mg/m3，除塵不好的可達7～103 mg/m3。粉塵中以氧化鐵最多，占90%以上。前蘇聯(lián)國家標準對天然氣的含塵量規(guī)定為：生活用氣1 mg/m3，工業(yè)用氣4～6 mg/m3。通常采用所能達到的最低流速輸氣，減少氣流沖擊腐蝕和攜塵能力。

為了減少粉塵、防止儀表和調(diào)壓閥的指揮機構(gòu)等因為堵塞而失靈，基于伯努利方程中氣體勢能、動能和壓強能之和為常數(shù)考慮，中壓管道含塵粒徑一般要求小于50 μm，次高壓管道含塵粒徑一般要求小于10 μm。

采用旋風分離器進行一級固氣分離，當含塵氣體從側(cè)面的矩形進氣管切向進入器內(nèi)，然后在圓筒內(nèi)做自下而上的圓周運動。顆粒在隨氣流旋轉(zhuǎn)過程中被拋向器壁，沿器壁落下，自錐底排出。

采用深層過濾進行二級精過濾以滿足下游用氣的要求，顆粒進入濾芯介質(zhì)內(nèi)部，依靠深部流道尺寸小于顆粒尺寸來截流顆粒，其容塵量大。

應(yīng)主要根據(jù)流速確認固體廢棄物科學處置系統(tǒng)的管道尺寸，經(jīng)驗表明流體的沖蝕/腐蝕會造成管道壁厚的損失。由于流速、氧化鐵、沙子和妨礙流體流動的管件如彎頭而加速沖蝕的過程。可能發(fā)生的沖蝕速度可以通過經(jīng)驗公式確定：流體的沖蝕速度υ=C/(ρ1/2)(C為經(jīng)驗常數(shù)，回收系統(tǒng)存在固體產(chǎn)物一般不高于122；ρ為工況下的密度)。

現(xiàn)有的固體廢棄物科學處置系統(tǒng)除了可以作為排污系統(tǒng)的回收外，也可以通過配置快速接頭與放空管進行迅速連接，對場站日常維修和流量計定期標定時管道放空的余氣回收，也可以通過配置小型引射器來實現(xiàn)將管道中的剩余天然氣隨主管道氣流引射而出。也可以采用在線吹掃工藝對原有主管路的旋風分離、過濾分離設(shè)備的內(nèi)件進行反向吹掃清理，降低人力，物力成本及保證主場站的持續(xù)供氣能力，是可以廣泛推廣應(yīng)用的一套工藝系統(tǒng)。

以下是以某市城鎮(zhèn)燃氣公司天然氣高中壓站為例進行的選型計算：

(1) 天然氣調(diào)壓站參數(shù)依據(jù)城鎮(zhèn)燃氣常用規(guī)格：Q=40 000 m3/h，p1=0.7 MPa，p2=0.33 MPa。

(2) 收集裝置核心部件是旋風分離器，為了減少裝置總體尺寸，其內(nèi)部采用1個旋風管。根據(jù)選型要求，單個旋風管工況流量正常在70 m3/h，換算成標況流量為560 m3/h。

(3) 本回收裝置和調(diào)壓站之間類似氣體摻混系統(tǒng)。當回收裝置的出口壓力大于調(diào)壓站的出口壓力達到5 kPa時，回收裝置調(diào)壓后的燃氣就能進入到調(diào)壓站出口管道。而且隨著壓力差越大，其質(zhì)量流量和引射系數(shù)都呈增大趨勢[1]。但壓力差過大，會造成調(diào)壓站出口總管內(nèi)壓力不穩(wěn)定，易使超壓緊急切斷閥誤動作，因此，壓力差必須在一個合理的范圍內(nèi)。

(4) 根據(jù)進入管道內(nèi)氣體流動的基本方程和其他氣體動力學關(guān)系式，應(yīng)用自行開發(fā)的計算軟件，模擬實際不同的工況條件(調(diào)壓站出口壓力 0.1 ～0.4 MPa)，得到不同的最佳壓力差值，從而使得裝置的收集狀態(tài)為最佳。

2.2 參數(shù)的確定

結(jié)合城鎮(zhèn)燃氣高中壓調(diào)壓站不同工況條件，固體廢棄物科學處置系統(tǒng)中實際配套流量按 500～700 m3/h設(shè)計計算；出口壓力為調(diào)壓站出口壓力的1.05～1.15倍。

2.3 組成部件功能

固體廢棄物科學處置系統(tǒng)中各部件的主要功能如下。

(1) 收集裝置：分離并收集固體顆粒雜質(zhì)。

(2) 粉塵濃度檢測儀：檢測、顯示、遠傳(可選)收集裝置前后的粉塵濃度，通過前后濃度差，直觀顯示出收集的效果。

(3) 過濾器：精過濾燃氣，保證進入下游的燃氣潔凈。

(4) 調(diào)壓器：調(diào)壓至所需壓力，滿足進入下游調(diào)壓站出口管道所需壓力。

(5) 調(diào)壓前后壓力表:直觀顯示現(xiàn)場調(diào)壓前后的壓力，保證調(diào)壓后壓力滿足要求。

(6) 流量計：可直觀顯示裝置的順時流量工況流量、標況流量。

(7) 裝置前后閥門：可根據(jù)現(xiàn)場使用要求，開啟或關(guān)閉裝置。

3 廢棄物科學處置的效果

3.1 直接排放和通過回收裝置處置對比

對比直接排放和通過回收裝置處置這二種處置方法的結(jié)果可以看出：直接排放，粉塵很大，對環(huán)境污染嚴重；通過回收裝置后排放，粉塵幾乎沒有。

3.2 收集裝置前后粉塵濃度檢測儀數(shù)值對比

收集裝置前的粉塵含量為1 071 mg/m3，收集裝置后的粉塵含量為5.17 mg/m3。數(shù)值的巨大差別顯示出回收裝置的收集處置能力非常強。

3.3 收集裝置收集到的廢棄物實物

在某市一個燃氣公司的一臺高中壓調(diào)壓站中使用該固體廢棄物科學處置系統(tǒng)，通過該裝置收集20次后，共計收集到廢棄物182 kg，說明回收裝置完全達到科學、環(huán)保、經(jīng)濟回收的要求，大大改善了燃氣的供氣質(zhì)量。

4 固體廢棄物科學處置的效益分析

4.1 社會效益

固體廢棄物科學處置的社會效益表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1) 生產(chǎn)效率：可隨時在不停止輸送燃氣的情況下進行廢棄物處置，使燃氣生產(chǎn)效率提升。

(2) 燃氣品質(zhì)：回收利用的燃氣氣質(zhì)潔凈，不會對后續(xù)調(diào)壓設(shè)備、用氣設(shè)備有影響，保證燃氣品質(zhì)。

(3) 勞動強度：只需要操作人員觀察粉塵濃度計的數(shù)值變化，處置后的粉塵濃度增加較大時才需人工進行收集、清理、更換收納袋。大大降低操作人員的勞動強度，同時安全性也得到大幅提高。

(4) 環(huán)境保護：處置中無粉塵等廢棄物排出，除保證操作人員的安全外，還使周邊環(huán)境得到保護。

4.2 經(jīng)濟效益

以一套流量為Q=40 000 m3/h的高中壓調(diào)壓站為例，固體廢棄物科學處置的經(jīng)濟效益表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1) 減少過濾器濾芯、調(diào)壓器配件的更換頻率，延長使用壽命，每年可節(jié)約費用4萬元。

(2) 減少燃氣的浪費，以每年處置4次，每次4 h計算，可減少燃氣損失3萬元以上。

(3) 減少操作的頻率，由每2周1次減為每季度1次，大大提高技術(shù)工人的生產(chǎn)效率。

(4) 減少調(diào)壓站輔助功能集污池、集污罐等設(shè)備及占地，可有效地降低不必要的費用。

5 結(jié)語

通過上述的問題分析、科學收集原理研究、裝置設(shè)計和現(xiàn)場實際收集驗證，固體廢棄物科學處置裝置達到科學、安全、有效地收集、清理、處置燃氣系統(tǒng)廢棄物的作用，是燃氣輸配系統(tǒng)收集固體廢棄物的合理、經(jīng)濟、可行有效的科學處置方法，這種方法填補了國內(nèi)燃氣行業(yè)廢棄物處置的空白，可廣泛地推廣至各燃氣公司，實現(xiàn)安全、環(huán)保地使用天然氣。