摘要：针对转换天然气后铸铁管接口发生泄漏的问题，讨论了如何选用加湿剂以及加湿方法来防止铸铁管接口泄漏，论述了加湿应注意的问题。

关键词：天然气加湿；铸铁管；接口

    Natural Gas Humidification to Prevent Leakage at Cast Iron Pipe Joints

LI Pei-ming，JIAO Wen-ling

Abstract：Aimed at the problem of leakage at cast iron pipe joints after natural gas conversion，choosing humidizer and humidification method to prevent leakage from cast iron pipe joints is discussed，and the problems needing attention during humidification are explained.

Key words：natural gas humidification；cast iron pipe；joint

    随着我国天然气事业的蓬勃发展，天然气转换人工煤气已经成为许多城市燃气管网发展的目标之一。我国很多城市曾用铸铁管输送人工煤气，在转换时如何改造原有城市燃气管网系统，使之适应输送天然气，已经成为城市燃气管网建设的任务之一。

    铸铁管连接方式分为承插式和机械式两种，其中承插式接口铸铁管在承口和插口之间的环形间隙中填入麻丝或胶圈，再用水泥或铅密封，以获得接口的严密性；机械接口的密封材料则采用橡胶垫圈，常用的机械接口形式主要有N₁型和S型。

    人工煤气除含有常见的可燃气体成分外，还含有一定的水蒸气和微量的芳香烃成分。对于承插式接头，麻丝遇到水蒸气会发生膨胀；对于机械接头，橡胶圈吸收微量芳香烃后适度膨胀，因此能保证其在输送人工煤气过程中的密封性能，从而使铸铁管接口能长期不漏。

    若使用输送人工煤气的铸铁管道输送天然气，密封填料油麻丝和橡胶就会干燥收缩而出现泄漏现象；同时，原来堆积在管道内的氧化物、灰尘等会逐渐脱水并从管壁上剥落下来，随气流运动，在调压器、阀门等处产生堵塞。

    解决铸铁管泄漏问题最直接有效的方法是将其更换为钢管或PE管，但由于城市燃气管网规模庞大，如采用此法，造价巨大，实施过程时间非常长。因此，干燥的天然气如不加以处理，在现有的铸铁管中输送是不可行的。对天然气进行加湿处理，能有效抑止铸铁管接口密封材料的收缩，减少接口的燃气泄漏。加湿法是天然气转换过程中，延后铸铁管更新时间的有效过渡方法。

    用于填充接头的麻丝填料是长链纤维素分子被其他有机分子束缚在一起而形成的一种纤维结构。这种纤维结构中含有大量的羟基团，使之具有吸附水或多元醇的能力，而被吸附的水或多元醇又利用氢键在相邻纤维素链之间建立联接。具体表现为麻丝填料吸附水或多元醇后使得纤维素分子相互排斥，麻丝填料呈现放散状膨胀状态。同时，该过程是可逆的，如果麻丝填料处于干燥的环境中，就会解吸水蒸气或多元醇，填料出现干枯、收缩，从而产生燃气泄漏。

    影响橡胶密封圈密封性能的是能溶解橡胶的芳香烃溶剂的含量。当橡胶接触到芳香烃蒸气时，溶剂能扩散到橡胶的内部，使其不断溶胀。随着溶剂分子的不断增加，橡胶内部的聚合物分子逐渐被稀释，而当溶剂分子数量超过橡胶的分子数量，溶剂成为连续相，橡胶反而被溶解。因此，橡胶圈长期处于无芳香烃蒸气的环境，橡胶就会收缩干燥失去弹性，无法密封；若溶剂量过多，也会使橡胶膨胀过度，引起更严重的密封不良。因此，只有在适当的芳香烃溶剂环境中，橡胶圈才能保持一定的膨胀度。

    加湿剂的载体是燃气，因此加湿剂必然以蒸气的形式混合在燃气中，而加湿剂蒸气在燃气中的含量可以用饱和度来评价，即燃气所携带加湿剂蒸气的量与携带加湿剂蒸气最大能力之比。选择加湿剂应遵循以下几个原则：

    ① 加湿剂价格便宜，来源广。

    ② 单位体积的加湿剂处理的燃气量大。

    ③ 填料对加湿剂较敏感，即能在较低的加湿剂饱和度上使填料达到膨胀要求。

    ④ 加湿剂没有腐蚀性，不会对燃气输配管道和设备产生危害。

    ⑤ 加湿剂应无毒，且不会造成环境污染。

    ⑥ 加湿剂化学性质稳定，不会与燃气、加臭剂等发生反应。

    ⑦ 加湿剂不会对燃气燃烧性能产生影响。

    对于麻丝密封的承插式接口，可用的加湿剂主要有水、乙二醇和二甘醇等，其中用水(蒸汽)进行加湿，是国内应用较多的加湿方法。水对麻丝的作用非常明显，它会通过麻丝材料的毛细作用，使其膨胀，改善接口的气密性；另外，水对螺纹连接(麻丝/白漆填料)的钢质户内管也有很好的作用，但对橡胶制品作用比较缓慢，一般认为没有作用。水对麻丝发生作用的前提是麻丝仍处于纤维状态。如果麻丝已暴露在干燥的气流中很长时间，不再呈纤维状态，即使浸在水中也不再会通过毛细作用而吸水。因此，建议在转换之前就开始加湿。选用水蒸气进行加湿，工艺流程简单、原理清晰、加湿剂便宜。但是蒸汽发生设备价格昂贵且体积庞大，操作复杂；能耗及运行费用较高；冬天气温较低时，管网中容易产生凝结水，影响调压器、过滤器等设备的工作；作用范围相对较小；影响天然气的热值。

乙二醇适合用作承插式麻丝接口的加湿剂，相对于水有以下优势：乙二醇更易被麻丝吸附；乙二醇的饱和质量浓度^[1]约为水的1%(见图1、2)，处理同样流量的天然气，所需的乙二醇比水要少得多；不会出现冬季结冰的问题；乙二醇在天然气中的体积分数很小，且乙二醇蒸气热值与天然气热值较接近，它的燃烧产物和天然气相近，加湿后不影响天然气的性质。