準確測量天然氣水露點技術應用

武治年 康勇 趙一樺 黃健

長慶油田公司第三采氣廠第三天然氣處理廠 內蒙古 鄂爾多斯市烏審旗 017300

1 水露點測試方法及原理

水露點的檢測方法有電解法、電容法、冷卻鏡面式和阻容法4種。目前我們使用的是電解法和電容法，使用的測試儀器分別是微量水分儀和露點儀。

1.1 電解法原理

氣體以一定恒速通過電解池，其水分被電解池內作為吸濕劑的五氧化二磷膜層吸收，生成亞磷酸，然后被電解為氫氣和氧氣排出，五氧化二磷得到再生。若溫度、壓力和氣樣流量不變，根據法拉第電解定律可推導出水的電解電流與氣樣含水量成正比，因此可用電解電流來度量氣樣中的水含量。

1.2 電容法原理

氣體的電阻R是隨水分含量而變化的，水分含量愈大，電阻值R愈小；而氣體電容 C 的值則隨水分的增大而增大。當忽略電容的邊緣效應時，根據平行板電容器電容的計算公式（式（1）），當電容與極板的正對面積S和極板間距離 d 一定時，電容量C僅和極板間介質的相對介電常數 e 有關。干燥氣體的相對介電常數在1～5之間，在20℃時，水的相對介電常數為80，比干燥氣體的相對介電常數大得多。所以，樣品的相對介電常數主要取決于樣品中的水分含量，樣品相對介電常數的變化也主要取決于樣品中水分含量的變化。電容式微量水分儀就是依據這一原理工作的。

式中：k—靜電力常量。ε—相對介電常數，S—電容與極板的正對面積，d—極板間距離，C—氣體電容量。

2 電解法和電容法比較

用兩種方法進行現場水露點測試時，有時會出現露點儀（電容法）和微量水分儀（電解法）測試的水露點值差距較大的情況。為了確保水露點監測數據的可靠性，我們進行了兩種測試方法的對比試驗[1]。

2.1 處理廠外輸氣水露點對比

處理廠外輸氣（凈化氣）是經過凈化處理的天然氣，含雜質少，氣質凈化程度高。我們使用兩臺微量水分儀和1臺露點儀在同一時間對同一取樣口的天然氣進行水露點測試，結果見表1。

表1 處理廠外輸水露點測試數據

從表1可知，3臺儀器測定的數據值比較接近，說明兩種方法在進行凈化程度較高氣質的水露點監測時測量值準確。

2.2 集氣站外輸氣水露點對比

集氣站外輸氣是未經凈化處理的采出氣，含雜質較多，氣質凈化程度較低。我們采用1臺露點儀和1臺微量水分儀（電解法）同時對集氣站外輸口（脫水橇出口）天然氣水露點進行了多次測試，結果見表2。

從表2數據可見：微量水分儀測定值明顯高于露點儀測定值，證明兩種儀器中存在測量采出氣水露點不準確的情況，但無法判斷是哪種儀器測定的數據不準確。

2.3 兩種方法現場應用比對

為了確保水露點監測數據的可靠性，我們進行了兩種方法的現場應用試驗。

天然氣水露點和脫水橇的進氣量、重沸器溫度等生產運行參數都有密切關系。當生產運行參數達到規定值時，水露點檢測數據就較低，當工藝運行參數未達到規定值時，水露點檢測數據偏高。根據這一特點，我們用兩種方法分別對集氣站出口（脫水橇出口）采出氣的水露點進行了對比測試。

（1）用電容法測定脫水撬出口采出氣水露點我們使用露點儀對集氣站脫水橇出口天然氣水露點進行測試，同時記錄下脫水橇的相關運行參數，見表3。

從表3數據可以看出，使用露點儀進行脫水橇出口水露點測定時，測定的露點值變化不大，沒有隨著生產運行參數的變化而變化，證明測定的露點值沒有真實反映生產運行情況。

（2）用電解法測定脫水橇出口采出氣水露點

我們又使用微量水分儀對集氣站脫水橇出口水露點進行測試，也記錄下了脫水橇的相關運行參數，數據見表4。

表4 微量水分儀現場測量數據

從表4數據可以看出，使用微量水分儀進行脫水橇出口天然氣水露點測定時，當脫水橇進氣量及脫水橇溫度達到運行參數規定值時，水露點值低；當運行參數未達到規定值時，水露點值明顯偏高。證明微量水分儀的檢測值與工藝參數相互匹配，能夠真實反映生產運行情況。

2.4 試驗結論

通過上述對比試驗可以得出如下結論：

（1）微量水分儀（電解法）受氣質影響較小，能夠準確測量采出氣和凈化氣的水露點。

（2）露點儀（電容法）對氣質要求較高，只適用于凈化氣的水露點測試。

2.5 兩種方法（兩種儀器）的優缺點

現將兩種測試儀器的優缺點總結見表5。

3 影響微量水分儀檢測結果的因素

通過實驗數據分析，證明微量水分儀（電解法）更適合氣質條件復雜的水露點檢測，但在日常檢測過程中還應注意以下影響微量水分儀測量結果的因素[2]：

（1）壓力條件的變化。天然氣水露點隨氣體的壓力而改變，水露點與氣體壓力成正比，所以用微量水分儀測定天然氣水露點時，應注明取樣點壓力。

（2）天然氣中水分的飽和狀態。當管線內天然氣含水處于飽和狀態時，測定的氣樣可能攜帶析出的液態水。經取樣閥減壓、節流后，液態水可能以霧化狀態被攜帶出管線，且氣樣攜帶量是不可控的，攜帶量隨天然氣的流量、溫度、取樣閥開度等變化。攜帶出的液態水進入電解池后，會影響露點的測定。

（3）旁通流量的控制。微量水分儀旁通流量的目的是增加取樣總量從而降低測量流量被污染的比例，并使測量流量更加穩定，使測量結果更加快速、準確，所以旁通流量在測量時要大于 IL /min 。

（4）微量水分儀的干燥維護。長期存放的微量水分儀電解池會變潮濕，所以檢測前應進行電解池的干燥處理。干燥后2h之內的微量水分儀本底值變化較小，所以測定應盡可能在干燥后2h內完成。在不進行檢測時，應將進氣口及排氣口用堵頭堵死，防止空氣中的水分對電解池造成影響。

（5）現場環境溫度的影響。當夏季太陽直射、環境溫度很高時，微量水分儀測定結果會偏高；冬季氣溫較低時，對分析結果基本沒有影響。所以夏季進行水露點監測時應避免在環境溫度很高時進行，應盡量在早、晚氣溫較低時進行監測。

4 結論

1）電解法能夠在天然氣氣質較復雜的情況下準確測定天然氣中的水露點，所以電解法比電容法適合集氣站天然氣水露點的檢測。

2）電解法能夠準確進行集氣站脫水橇工藝條件下的天然氣水露點檢測。

3） 電容法能夠準確進行處理廠（凈化廠）凈化氣工藝條件下的天然氣水露點檢測。