第六节 城镇燃气的质量要求和加臭
一、城镇燃气的质量要求
城镇燃气中常含有硫化氢、焦油、灰尘、氨、萘和水分等,如不将这些有害物质控制在一定范围内,会对燃气的应用和环境产生不同程度的影响。国家对供应城市的燃气规定了相应的技术要求,要求供应城镇的燃气应符合相关规定。
1. 天然气
开采出来的天然气中,常伴有一些有害和在应用中不利的物质,如硫化物、二氧化碳和水分等。硫在大气中存在的形式主要有硫氧化物、硫酸盐、硫化氢和硫醇等。硫化物及其燃烧产物是主要的大气污染物之一,硫化物的燃烧产物二氧化硫(SO2)释放至大气中,经气相或液相氧化反应生成的硫酸是造成酸性降水,即酸雨的主要原因之一。燃气中的硫化氢(H2S)是一种无色气体,有臭味,吸入人体进入血液后,可与血红蛋白结合,生成硫化血红蛋白,使人出现中毒症状,甚至死亡。另外,H2S会造成运输、储存和蒸发设备及管道的腐蚀,也可使含铅颜料和铜变黑,还会侵蚀混凝土等。
国家标准GB 17820—2018《天然气》对天然气的质量指标做了如下规定:
1)天然气发热量、总硫和硫化氢含量、水露点指标应符合天然气技术指标(见表1-12)的规定;
2)在天然气交接点的压力和温度条件下:
天然气的水露点应比最低环境温度低5℃;
天然气中不应有固态、液态或胶状物质。
表1-12 天然气质量要求
① 本标准中使用的标准参比条件是101.325kPa,20℃。
② 高位发热量以干基计。
2. 人工燃气
人工燃气中含有的杂质有焦油和灰尘、萘、氨及硫化氢等。焦油和灰尘容易堵塞管道和用气设备,特别是干馏煤气中含萘量较高,当输送燃气温度下降时,过饱和结晶出来的萘将因焦油和灰尘的存在,使堵塞状况加剧。人工燃气中多含一氧化碳(CO),CO是一种无色、无味、有剧毒的可燃气体,对神经系统是一种极危险的气体;它与血红蛋白的亲和力比氧与血红蛋白的亲和力大200~300倍,当CO被吸入人体后,会很快与血红蛋白结合成碳氧血红蛋白(COHb),使血液因失去吸氧能力而中毒致死。另外,CO的燃烧产物CO2也是造成大气温室效应和酸性降水的主要污染物之一。
国家标准GB/T 13612—2006《人工煤气》中,有关人工煤气的技术要求见表1-13。
3. 液化石油气
液化石油气中的主要杂质有硫化物、游离水和C5及C5以上的组分。液化石油气对人体是有害的。这是由于吸入的重碳氢化合物溶于人的脂肪肌体内,将破坏人体的神经系统和血液。吸入的重碳氢化合物的分子量越大,危险性就越大。另外,因C5和C5以上的组分沸点较高,在常温下难以汽化,形成的残液将占据一定的容积。液化石油气中若含有水和水蒸气能与液态和气态的C2、C3和C4生成结晶水化物,将减小管道的过流面积,甚至堵塞管道以及如安全阀等设备与仪表。
表1-13 人工煤气的技术要求
① 本标准煤气体积(m3)指在101.3kPa,15℃状态下的体积。
② 一类气为煤干馏气;二类气为煤汽化气、油汽化气(包括液化石油气及天然气改制)。
③ 燃烧特性指数:华白数(W)、燃烧势(CP)。
④ 萘系指萘和它的同系物α—甲基萘及β—甲基萘。在确保煤气中萘不析出的前提下,各地区可以根据当地城市燃气管道埋设处的土壤温度规定本地区煤气中含萘指标,并报标准审批部门批准实施。当管道输气点绝对压力(P)小于202.65kPa时,压力(P)因素可不参加计算。
⑤ 含氧量系指制气厂生产过程中所要求的指标。
⑥ 对二类气或掺有二类气的一类气,其一氧化碳含量应小于20%(体积分数)。
GB 11174—2011《液化石油气》规定了液化石油气产品的技术要求(见表1-14)。该标准还对液化石油气的检验、采样法和加臭、包装、标志、运输、储存、交货验收以及对在生产、储存、使用液化石油气的场所安全等方面也相应地做了明确规定。
二、城镇燃气的加臭
为能及时消除因管道漏气引起的中毒、燃爆事故,城镇燃气应具有可以察觉的臭味。根据GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》规定,燃气中加臭剂的最小量应符合下列规定:
1)无毒燃气泄漏到空气中,达到爆炸下限的20%时,应能察觉;
2)有毒燃气泄漏到空气中,达到对人体允许的有害浓度时,应能察觉。
有毒燃气一般指含一氧化碳的可燃气体。若空气中含有0.01%(体积分数)左右的CO,人就会感到头痛、呕吐出现轻度中毒症状;含量达到0.10%为致命界限。可见,CO漏入空气中尚未达到其爆炸下限20%时(CO的爆炸下限为12.4%),人体早已中毒。CO的毒性主要是CO在人体血液中生成的碳氧血红蛋白(COHb),使血液失去吸氧能力。空气中不同的CO含量与血液中最大的碳氧血红蛋白浓度的关系见表1-15。
表1-14 液化石油气产品的技术要求
① 密度也可以用GB/T 12576方法计算,有争议时以SH/T 0221为仲裁方法。
② 液化石油气中不允许人为加入除加臭剂以外的非烃类化合物。
③按SY/T 7509方法所述,每次以0.1mL的增量将0.3mL溶剂残留物混合液滴到滤纸上,2min后在日光下观察,无持久不退的油环为通过。
④ 有争议时,采用SH/T 0221的仪器及试验条件目测是否存在游离水。
表1-15 空气中不同的CO含量与血液中最大的碳氧血红蛋白浓度的关系
CO中毒的影响程度取决于空气中CO的含量、吸气的持续时间和呼吸的强度。人体允许的有害物质的含量,在于空气中CO含量不应升高到足以使人产生严重症状。从表1-15可见,采用空气中CO含量为0.025%,达到平衡时人体血液中碳氧血红蛋白最高只能到33%,对人一般只能产生头痛、视力模糊、恶心等,不会产生严重症状。在实际操作运行中,还应留有安全裕量,因此规范中对于有毒燃气采用空气中CO含量为0.02%(体积分数)时,应能察觉。
当无毒燃气(如天然气)漏出时,尽管使人中毒的可能性较小,但其危险在于管道漏出的燃气逐渐将室内含氧的空气排出,使人因缺氧而窒息。正常的空气含氧量为接近21%(体积分数),如果空气中甲烷含量占19%,相当于氧含量减少到17%,人的呼吸开始感到困难;当空气中的含氧量小于12%~9%(甲烷为43%~57%),人难以生存。故规定无毒燃气泄漏到空气中,达到爆炸下限的20%时(甲烷的爆炸下限为5.6%),应能察觉。
在确定加臭剂及其用量时,应按国家有关标准并结合当地燃气的具体情况确定。有条件时,宜通过试验确定。
城镇燃气加臭剂应符合下列要求:
1)加臭剂和燃气混合后应具有特殊的臭味、不易被土壤和家具吸收、漏气消除后不应再有臭味保留。
2)加臭剂不应对人体、管道或与其接触的材料有害。
3)加臭剂的燃烧产物不应对人体呼吸有害,并不应腐蚀或伤害与此燃烧产物常接触的材料。
4)加臭剂溶解于水的程度不应大于2.5%(体积分数)。
5)加臭剂应有在空气中能察觉的加臭剂含量指标。
6)加臭剂应便于制造、价格低廉。
目前国内外常用的加臭剂有四氢噻吩(THT)和乙硫醇(TBH)等。
几种常见的无毒燃气加臭剂用量见表1-16。
表1-16 几种常见的无毒燃气的加臭剂用量