天然气处理厂在线分析系统研究与应用

时间：2024-05-19

阳清帆

【摘要】近年来，在线分析仪器在我国石油、化工、天然气、安全环保等领域的使用与日俱增。但目前我国在线分析仪器的应用维护水平较低，大批价格昂贵的仪器运行并不理想其作用和效能并未充分发挥。根据长期使用经验，提出一套用于天然气处理厂的典型在线分析系统，并进行实践验证。经实验数据对比，该套在线分析系统测量数据与手工化验数据基本吻合，可大量替代手工化验。

【关键词】在线分析；样品处理；手工化验

1 国内外在线分析技术研究和应用现状

在线分析系统（on-line analyzer system，简称为OAS），是根据在线分析项目的应用要求集成构建的、满足过程工艺特性和运行环境等诸多因素要求的成套分析装置。它的核心技术是在线分析仪器技术。在线分析仪器（on-line analyzers）又称过程分析仪器（process analyzers ），是指直接安装在工业生产流程或其他源流体现场，对被测介质的组分或物性参数进行自动连续测量的一类仪器[1]。

随着我国石油、化工和天然气装置的大型化和技术装备水平的提高，随着对节能减排、降低成本、提高质量和安全生产的日益追求，在线分析系统的使用量和重要性与日俱增[2]。然而，我国在线分析系统的运行情况不理想，应用水平较低。据近期对中国石化集团所属企业的调查[3]，约有 30% 的在用仪器处于故障率高、运行不正常甚至停运状态。

2 系统方案设计

2.1 样品处理

样品处理是调节样品的温度、压力、流量等参数，消除或减少样品中的障碍组分和干扰组分，使样品符合分析仪器所需要的测量条件。

2.2 在线分析仪器

2.2.1 过程气相色谱仪

色谱检测法的基本原理是被测介质在色谱柱里分离的过程。当载气携带样品气以一定压力和流量连续通过色谱柱时，流动相的各组分与固定相进行多次吸附、脱吸、溶解和解析。由于各物质的物理化学性质有所不同，在色谱柱上的吸附能力、溶解度等都不相同。因此，各组分在色谱中的流动速度就不同，经过一定柱长后，流动相中的各种组分被先后分离开来，按顺序从色谱柱末端流出。如图1，色谱柱和热导检器（TCD）以串行方式连接，分离柱1将C6+以上的组分全部拦截，后续组分依次通过柱2、柱3，以作进一步分离，该分离方法可以从组分分离最佳位置处收集结果。通过色谱图，即可判断各组分及相应含量，由出峰的位置可确定组分的名称，计算峰面积可获得该组分的浓度。

2.2.2 水露点分析仪

选用电解式水露点分析仪，根据电解池吸湿并电解水分的原理进行工作的。当被分析样气进入电解池内，气体中的水分即被涂敷在探头表面上的P2O5吸湿剂完全吸收，并被加在探头电极上的直流电压电解成H2和O2，随样气排出。

其反应过程是：

P2O5+H2O→HPO3 （吸湿）

HPO3→P2O5+H2↑+O2↑ （电解）

在电解过程中，产生电解电流。根据法拉第电解定律和气体状态方程可导出：在一定温度，压力和流量条件下产生的电解电流正比于气体中的含水量。测量出电解电流的大小，即测出含水量。由计算得出，在一个大气压下，被测气体以400ml/min的流量流经电解池，则当样气含水量为1PPM时，电解电流为50μA。从工艺管道取样点到检测器样气输入端之间应设单独的取样管线。管线的长度尽可能缩短，以减小测量滞后。

2.2.3 硫化氢分析仪

选用紫外法硫化氢分析仪，基于紫外线照射分光吸收原理。根据H2S气体对不同光的光谱吸收特性不同，由Beer-Lambert定律知，光通过被测气体后，会被吸收而衰减，根据吸收前后光强度的变化可测得气体浓度。

3 实验数据

在西北某天然气处理厂，搭建实验平台，将在线分析仪器测得的数据与实验室化验数据进行对比。

对比分析可知，该套在线分析系统测量数据与手工化验数据基本吻合，可大量替代手工化验。

4 结论

随着气田的发展，商品天然气的质量控制、安全输送和能量计量的需求，在线分析仪的高水平运行已是大势所趋。本文提出一套用于天然气处理厂的典型在线分析系统，通过实际验证该套在线分析系统数据准确，可大量替代手工化验。本方案可为在线分析仪器在国内实现较好的使用效果开辟了一条道路。

【参考文献】

[1]王森主编.在线分析仪器手册[M].北京：化学工业出版，2008.

[2]朱良漪.过程分析仪器的发展[J]，世界仪表与自动化，1998，2（6）：8-10.

[3]王森.在线分析仪器技术进展、市场前景、存在问题及建议[J].中国仪器仪表，2009，02：26-30.

[4]任军.浅谈在线分析系统技术[J]，化工自动化及仪表，1996，23（4）：61-62.