天然氣處理廠在線分析系統研究與應用

陽清帆

【摘 要】近年來，在線分析儀器在我國石油、化工、天然氣、安全環保等領域的使用與日俱增。但目前我國在線分析儀器的應用維護水平較低，大批價格昂貴的儀器運行并不理想其作用和效能并未充分發揮。根據長期使用經驗，提出一套用于天然氣處理廠的典型在線分析系統，并進行實踐驗證。經實驗數據對比，該套在線分析系統測量數據與手工化驗數據基本吻合，可大量替代手工化驗。

【關鍵詞】在線分析；樣品處理；手工化驗

1 國內外在線分析技術研究和應用現狀

在線分析系統（on-line analyzer system，簡稱為OAS），是根據在線分析項目的應用要求集成構建的、滿足過程工藝特性和運行環境等諸多因素要求的成套分析裝置。它的核心技術是在線分析儀器技術。在線分析儀器（on-line analyzers） 又稱過程分析儀器（process analyzers ），是指直接安裝在工業生產流程或其他源流體現場，對被測介質的組分或物性參數進行自動連續測量的一類儀器[1]。

隨著我國石油、化工和天然氣裝置的大型化和技術裝備水平的提高，隨著對節能減排、降低成本、提高質量和安全生產的日益追求，在線分析系統的使用量和重要性與日俱增[2]。然而，我國在線分析系統的運行情況不理想，應用水平較低。據近期對中國石化集團所屬企業的調查[3]，約有 30% 的在用儀器處于故障率高、運行不正常甚至停運狀態。

2 系統方案設計

2.1 樣品處理

樣品處理是調節樣品的溫度、壓力、流量等參數，消除或減少樣品中的障礙組分和干擾組分，使樣品符合分析儀器所需要的測量條件。

2.2 在線分析儀器

2.2.1 過程氣相色譜儀

色譜檢測法的基本原理是被測介質在色譜柱里分離的過程。當載氣攜帶樣品氣以一定壓力和流量連續通過色譜柱時，流動相的各組分與固定相進行多次吸附、脫吸、溶解和解析。由于各物質的物理化學性質有所不同，在色譜柱上的吸附能力、溶解度等都不相同。因此，各組分在色譜中的流動速度就不同，經過一定柱長后，流動相中的各種組分被先后分離開來，按順序從色譜柱末端流出。如圖1，色譜柱和熱導檢器（TCD）以串行方式連接，分離柱1將C6+以上的組分全部攔截，后續組分依次通過柱2、柱3，以作進一步分離，該分離方法可以從組分分離最佳位置處收集結果。通過色譜圖，即可判斷各組分及相應含量，由出峰的位置可確定組分的名稱，計算峰面積可獲得該組分的濃度。

2.2.2 水露點分析儀

選用電解式水露點分析儀，根據電解池吸濕并電解水分的原理進行工作的。當被分析樣氣進入電解池內，氣體中的水分即被涂敷在探頭表面上的P2O5吸濕劑完全吸收，并被加在探頭電極上的直流電壓電解成H2和O2，隨樣氣排出。

其反應過程是：

P2O5+H2O→HPO3 （吸濕）

HPO3→P2O5+H2↑+O2↑ （電解）

在電解過程中，產生電解電流。根據法拉第電解定律和氣體狀態方程可導出：在一定溫度，壓力和流量條件下產生的電解電流正比于氣體中的含水量。測量出電解電流的大小，即測出含水量。由計算得出，在一個大氣壓下，被測氣體以400ml/min的流量流經電解池，則當樣氣含水量為1PPM時，電解電流為50μA。從工藝管道取樣點到檢測器樣氣輸入端之間應設單獨的取樣管線。管線的長度盡可能縮短，以減小測量滯后。

2.2.3 硫化氫分析儀

選用紫外法硫化氫分析儀，基于紫外線照射分光吸收原理。根據H2S氣體對不同光的光譜吸收特性不同，由Beer-Lambert定律知，光通過被測氣體后，會被吸收而衰減，根據吸收前后光強度的變化可測得氣體濃度。

3 實驗數據

在西北某天然氣處理廠，搭建實驗平臺，將在線分析儀器測得的數據與實驗室化驗數據進行對比。

對比分析可知，該套在線分析系統測量數據與手工化驗數據基本吻合，可大量替代手工化驗。

4 結論

隨著氣田的發展，商品天然氣的質量控制、安全輸送和能量計量的需求，在線分析儀的高水平運行已是大勢所趨。本文提出一套用于天然氣處理廠的典型在線分析系統，通過實際驗證該套在線分析系統數據準確，可大量替代手工化驗。本方案可為在線分析儀器在國內實現較好的使用效果開辟了一條道路。

【參考文獻】

[1]王森主編.在線分析儀器手冊[M].北京：化學工業出版，2008.

[2]朱良漪.過程分析儀器的發展[J]，世界儀表與自動化，1998，2（6）：8-10.

[3]王森.在線分析儀器技術進展、市場前景、存在問題及建議[J].中國儀器儀表，2009，02：26-30.

[4]任軍.淺談在線分析系統技術[J]，化工自動化及儀表，1996，23（4）：61-62.

[5]王樹青，樂嘉謙，主編.自動化與儀表工程師手冊[M].北京：化學工業出版社，2010.

[6]Gary D. Nichols，Anal. Chem. Process analyzer sampling systems[M].1981，53（3）：489A-500A.

[7]Tony Water. Industrial Sampling Systems Reliable Design & Maintenance for Process Analyzers[M].2013.

[8]EEMUE. DESIGN AND INSTALLATION OF ON-LINE ANALYSER SYSTEMS[Z].1988.

[責任編輯：朱麗娜]