在線分析儀表在天然氣處理站的應用

李興候

(中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司，北京 100085)

在線分析儀表在天然氣處理站的應用

李興候

(中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司，北京 100085)

以中東某天然氣處理站工程項目為背景，針對工藝控制需要連續監測的各組分及其物料特性，介紹在線分析儀表的選型和樣品處理系統。

分析儀表 天然氣 樣品處理系統

在線分析儀表是直接安裝在工業生產流程或其他源流體現場，對被測介質的組成成分或物性參數進行自動連續測量的一類儀表。依據分析儀表的環境適應性和儀表自身的特性，分析儀表有直插管道和從取樣點引至樣品處理系統二次處理兩種在線測量方式[1]。

在中東某天然氣處理站項目中，為了保證安全生產并提高產品質量，同時實現節能降耗、治污減排，針對工藝控制需要連續監測的各組分及其物料特性，介紹在線分析儀表系統的設計、分析儀

表選型和樣品處理系統。

根據中東某天然氣處理站項目的工藝方案，主要分析儀表安裝在干氣外輸出口和液化石油氣(LPG)外輸出口，用于分析樣品的組成成分和物料特性。項目中，LPG和干氣的工藝條件、配置分析儀表、分析儀表的主流測量技術及其所遵循的標準見表1、2。

為了使測量數據準確可靠，分析儀表一般選用國外進口產品。下面根據項目配備簡述分析儀表選型要求。

表1 LPG指標參數

表2 干氣指標參數

(續表2)

1.1氣相色譜儀

氣相色譜儀的測量對象是干氣中的C1～C6+、N2、CO2、H2S、RSH，LPG中的C2～C5+和總硫。根據測量分析參數，氣相色譜儀通常包括取樣探頭、樣品預處理系統、檢測分析系統、計算/顯示及信號傳輸系統等。

鑒于熱導檢測器(TCD)和火焰光度檢測器(FPD)的高靈敏度和成熟性，氣相色譜儀主要采用熱導檢測技術和火焰光度檢測技術，同時對于這兩種技術不適用的其他微量組分檢測，允許采用其他適用的檢測技術。熱導檢測器和火焰光度檢測器要求進行抗氧化處理。

采用的色譜柱形式、數量、分布和分離技術應該能夠對測量樣品進行快速有效分離。同時要求色譜柱的穩定性好、使用壽命長。采用的多通道色譜閥動作靈敏、穩定性好、使用壽命長。除了正常的樣品分析管路，還應該有旁路管路設計，避免分析管路產生背壓。分析周期宜控制在7min之內。同時要求配備足夠內存，記錄并存儲氣體組分、密度、熱值、壓縮因子及色譜圖等檢測、計算和報警數據。同時根據存儲數據自動生成報告和色譜圖。要求儀表能夠顯示氣體組分、密度、熱值及壓縮因子等信息，支持鍵盤/鼠標選擇。

1.2烴露點分析儀

烴露點分析儀的測量對象是：干氣中當樣氣被冷卻時, 碳氫開始形成凝露時的溫度(恒定壓力)。根據測量分析參數，烴露點分析儀通常包括取樣探頭、樣品預處理系統、檢測分析系統、計算/顯示及信號傳輸系統等。

測量原理宜選擇冷鏡法。要求抗干擾能力強，并要求顯示烴露點值、工作狀態等信息，支持鍵盤/鼠標選擇。而且要求測量分析元件應穩定性好、使用壽命長、易于操作和更換。

1.3水露點分析儀

水露點分析儀的測量對象是干氣中當樣氣被冷卻時, 水開始形成凝露時的溫度(恒定壓力)和含水量。根據測量分析參數，水露點分析儀通常包括取樣探頭、樣品預處理系統、檢測分析系統、計算/顯示及信號傳輸系統等。

測量原理可采用阻抗法、光纖法和振蕩晶體法。要求顯示水露點值、樣氣含水量及工作狀態等信息，支持鍵盤/鼠標選擇。同時要求測量分析元件穩定性好、使用壽命長且易于操作和更換。

1.4硫化氫分析儀

硫化氫分析儀的測量對象是干氣中的H2S。根據測量分析參數，硫化氫分析儀通常包括取樣探頭、樣品預處理系統、檢測分析系統、計算/顯示及信號傳輸系統等。

要求儀表能夠對干氣中的其他硫化物、CO2及高碳烴等有很強的抗干擾能力。能夠單點自動標定。在運行過程中，除標氣和零氣外不需要其他輔助氣體。同時要求測量分析元件的穩定性好、使用壽命長、易于操作和更換。

1.5RVP分析儀

RVP分析儀的測量對象是液化石油氣的飽和蒸汽壓。遵循ASTM D323/ASTM D5191標準。分析周期宜控制在7min之內。壓力檢測器應有超壓保護功能。

2 樣品處理系統

為了保證在線分析儀表能夠在最短的滯后時間內分析有代表性的工藝試樣，滿足儀表操作條件，需要考慮配置樣品處理系統。在線分析儀表的樣品處理系統通常由取樣和前級預處理、預處理裝置、分析儀表本體及公用系統等組成[2]。取樣裝置從過程工藝管線或設備上提取待分析樣品，在前級預處理裝置進行初步冷卻、除水、除塵、加熱、汽化、減壓及過濾等預處理。接著在保護分析儀表的現場機柜或分析小屋里的預處理裝置，完成對來經的前級預處理樣品進行二次冷卻、除水、除塵、加熱、汽化、減壓及過濾等處理，現場機柜或分析小屋里的預處理裝置同時具有流路切換、樣品分配等功能，這樣提供了滿足分析儀表分析條件的樣品。預處理裝置和分析儀表本體一般放在專門為保護儀表設計的分析小屋和現場機柜內。整個系統的輔助能源(儀表風、蒸汽、冷卻水及電源等)由公用系統提供。樣品經分析儀表分析得出的代表樣品信息的處理數據通過電纜上傳至站控系統。

在線分析儀表的測量品質，除了分析儀表自身的性能外，另一個比較關鍵的因素就是樣品處理系統，分析儀表的分析精度受樣品代表性、實時性和物理特性影響。樣品處理系統需要有不改變樣氣組成、維護量少且運行周期長的特點。

通常情況下，樣品必須控制在一定的溫度、壓力和流量范圍之內。樣品處理系統對樣品做進一步處理和調節，如溫度、壓力、流量調節、冷卻、除水、除塵、加熱、汽化、減壓和過濾等，限流和流路切換也屬于該系統范圍。

該項目中，樣品提取應具有代表性，同時在滿足正常分析的前提下應盡量減少取樣量；樣品傳輸管線應盡可能短且筆直，以降低分析儀表的滯后時間；不同分析儀樣品處理系統應獨立設置；樣品處理系統應安裝在機柜或分析小屋內。

3 結束語

中東某天然氣處理站項目中，在干氣、液化石油氣外輸出口等關鍵位置、重要介質處設置了分析儀表，通過這些分析儀表的輸出信號，可以了解工藝介質的運行狀況，有效控制工藝流程在最佳工況下生產出滿足貿易交接級質量的產品。同時，保證了連續監測碳氫化合物的含量，為設備的防爆預警和站場的安全運行提供了保障。

[1] 李曄,袁學民,趙柱.在線分析儀表的選擇與應用[J].石油化工自動化,2012,48(4):70～72.

[2] 趙猛.在線分析儀表在乙烯裝置中的應用[J].工業儀表與自動化裝置,2009,(6):80～82.

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1000-3932(2016)06-0651-03

2016-03-27(修改稿)