高酸气田中气体组分分析仪的应用

高酸气田中气体组分分析仪的应用【摘要】本文通过对普光气田在用天然气流量计的应用情况分析，引出了普光气田天然气计量中组分分析所使用的设备—气相色谱分析仪的应用情况，并详细阐述了气相色谱分析仪在普光气田计量系统的使用现状和维护办法。

虽然在高酸气田酸气计量中，使用色谱分析仪对原料酸气组分进行分析，仍处在运用的初级阶段，且存在一些未解决的问题，但就目前来讲，我们的使用仍然是最好的选择，并且我们将一如既往的继续探索下去。

【关键词】硫化氢天然气计量色谱分析仪1 引言普光气田是迄今为止中国规模最大、丰度最高的特大型整装海相气田之一。

普光气田的气质特殊，属高含硫化氢和二氧化碳性气田，其中硫化氢含量为15.16%，二氧化碳含量为8.64%。

由于气质特殊在计量上使用的是高级孔板阀差压计量法，而其中流量计算过程中使用的计量组分参数则是由气相色谱分析仪分析得出。

以下主要分析一下气相色谱分析仪的使用情况，以及目前所运用的维护办法和规律。

2 色谱分析仪在普光气田使用的必要性普光气田采气厂使用的原料酸气计量仪表是由emerson生产的floboss 103流量计算机，该流量计算机的流量计算是以流量守恒定律和流动连续性方程为基础的，通过测量节流装置前后差压来计量天然气流量。

其流量计算公式为（见公式1）：（式1）式子：qv——工况下的体积流量，m3/sc——流出因数，无量纲β=d/d——无量纲d——工况下孔板开孔直径，mmd——工况下上游管道内径，mmε——可膨胀因数，无量纲△p——孔板前后的差压值，paρ1——工况下流体的密度，kg/ m3由以上计算公式可知，工况下流体密度值ρ1的求解，对于整个流量计算十分关键。

使用由siemens公司提供的maxum ⅱ型气相色谱分析仪对原料酸气组分进行分析，将分析出的气体组分上传至计算机内置模块，流量计算机根据其内置模块中天然气相对密度的计算程序进行计算，便可得出流体密度值ρ1。

（见图1）通过floboss 103流量计的计算，气田实现了对原料酸气的实时计量，因此使用气相色谱分析仪对气体组分进行分析，就成为了必然选择。

考虑到气相色谱分析仪是使用在具有高含硫性质的普光气田，因此必须将其安装在取样点附近，而且色谱仪还要具有防爆功能。

（1）色谱分析仪选用的是空气浴加热炉，其最高炉温可达225℃。

空气浴加热炉具有循环流动的热空气兼吹扫和正压防爆作用，在普光气田特殊的工况条件下，能够最大限度防止带有高浓度硫化氢的酸性原料气进入柱箱，对色谱柱表面进行腐蚀；并且也有效的预防了在柱箱内高温环境下引发的气体爆炸。

（2）在检测器选用方面，考虑到需要计量的酸气组分中含有大量碳氢化合物，色谱分析仪选用了结构简单、稳定可靠、比较便宜的tcd热导检测器。

（3）普光气田在集气总站的原料酸气计量终端，使用了一台siemens的maxumⅱ型在线气相色谱分析仪，其由rs-485接口和标准的modbus—rtu协议将数据传送至集气总站的站控系统，实现了在scada系统的上位机上，实时读取色谱分析仪的数据。

（见图3）。

（4）在管线的取样箱中，使用了根部球阀、滤过器、气化减压阀；目的是使得样品气在进入气化减压阀之前得以过滤，而后者则是将压力从高压减压至0.4mpa的范围内；气化减压阀开启的加热是防止样品气在减压后发生冰堵，将取样管线堵塞而无法进入色谱；（5）使用纯度为99.99%的氦气和99.99%的氮气为载气，利用载气的流动，运载样品气经过色谱柱进行分析，两种载气都采用一用一备的原则，以保证色谱运行的连续性；（6）每一流路在进入色谱分析小屋的采样单元前，都有一个量程为（0-400）kpa的压力表，以检测流路压力是否在（0.1～0.2）mpa的正常运行范围；且在进入色谱柱之前每一流路都有一套样品预处理单元，其中包括一个过滤器对样品气进行简单的过滤处理，一个流量计以调整流路流量达到要求值；4 日常使用和维护针对普光气田气质较脏，且含有高浓度的h2s和co2，在日常使用和维护时，就必须特别注意流路的堵塞及备件的腐蚀。

（1）由于考虑到普光气田气质较脏，且易腐蚀管路的特性，在平时巡检时，重点需检查取样箱内的气化减压阀是否在设定范围；如若发现减压阀上压力表指数归零，或者超出设定压力，则需要更换压力表以排除压力表问题；在使用过程中，曾出现过更换压力表后压力表显示依然为零的情况，检查滤过器，隔膜污染严重已无法正常取样，采取更换滤过器膜片的维护办法使流路恢复正常。

（2）检查气化减压阀加热是否正常；在使用过程中，曾出现气化减压阀正常工作情况下，流路依然出现结冰堵塞的情况，分析原因为冬季温度较低，且取样流路过长，使温度降低的样品气出现冰堵现象，随即在流路上加装电伴热带，使得流路畅通。

（3）检查进色谱分析仪柱箱前采样单元压力表是否在正常值；在使用过程中，曾出现压力表损坏超出量程的情况，更换压力表后，依然出现压力表超出量程损坏的情况，分析为取样箱减压阀损坏致使流路压力升高，而样品入口的安全阀因样品气质较脏而堵塞，安全阀未在超压时起跳，从而导致了流路压力表的损坏。

（4）检查每条气路流量计在前端供压正常的情况下，是否正常工作显示流量。

（5）检查流路切换的气动球阀是否在时序指令下正常切换。

（6）检查载气压力是否充足。

（7）在maintenance menu菜单中查阅alarms是否出现报警，且详细记录报警代码，并及时处理。

（8）在monitor menu菜单中查阅view results&realtime chroms，查阅谱图曲线及分析结果；主要检查谱图基线是否正常，峰是否正常等，同时对比化验室定期的气样成分分析报告，及时判断色谱分析仪是否故障。

（9）由于普光气田，主体区块与大湾区块气质结构有差异，因此需要对色谱进行每周一次的自动校验，每月定期对色谱进行手动标定，以纠正出现的接受因子偏差。

因此，保证标气的有效和充足，对色谱的准确应用也是十分重要的。

5 所出现问题的检修在普光气田此类高酸气田的恶劣使用环境下，经常出现故障现象及解决办法分析。

（1）tcd检测器热珠损坏。

长期使用在高含硫的恶劣环境下，出现温度加热不稳定的现象。

在日常维护时对谱图进行查看，发现谱图的基线发生了漂移，拆开检测器，发现热珠老化且断裂，表面附着有乌黑色氧化物，疑为氧化反应后出现。

解决办法：切断检测器电源，等温度充分降低后，再切断载气，更换tcd热珠（见图4），打开载气检查盖子的后部与检测器外壳是否有泄漏，在盖子四周边沿抹上“密封脂”，然后将盖子重新安装在检测器外壳上。

在重新启动色谱时，应先通载气5-10min，在较低的设定温度下接通温控电源开关，待温度基本稳定后，再将温度调至所需要的设定值。

如果载气因某种原因中断，就必须立即断开桥路电流。

（2）epcm模块损坏。

上位机出现四条流路数据全部丢失的故障情况，根据在 maintence menu菜单中查阅alarms，报警代码为3159，故障诊断报告为epc pic：测量的压力偏差超出相应的最大偏差值。

根据报告描述分析为载气输入不正常所致pid控制通道上没能以所需要的精度成功地控制加热器，故障集中在载气供气和供给加热器加热的载气流量上。

解决办法：检查载气压力是否正常，显示载气供气正常。

在temperature&pressure中查看气路检测压力为-137.49kpa，控制打开ec门，检查epcm模块，发现模块报警指示出现。

使用maxum system 保存色谱配置程序，停色谱分析仪，拆下epc（但不拆下epc气路模块），打开载气检查气路模块是否正常，未发现故障后，正确拆去供电及id跳线，更换epc，恢复线路及设置，重新启动色谱分析仪。

（3）50阀的膜片更换。

在每三个月的例行检查中，拆掉50阀载气入口取压管，对照技术协议中对载气的流量设置要求，分别对左右两套50阀进行载气流量测量，发现流量大小有出入。

解决办法：停色谱分析仪，在主交流电路断路器处，关闭分析仪主交流电源，切断流入到柱箱加热器中的空气，切断载气，切断样气，拆开50阀，对50阀膜片进行更换，再将50阀重新安装到位，打开载气并用验漏液对其进行验漏，直到没有发现泄漏为止。

注释：不要将光滑的顶板、中间板和底板放置在任何磨损面上。

将组件放置在一块没有外部污染物的无绒布上。

（4）色谱柱的活化和更换。

对50阀进行载气流量测量后，发现流量大小有出入，在更换了50阀以后，若测得的流量依然不能吻合，那么就可以判定的是色谱柱有污染的可能，需要对色谱柱进行在线活化处理。

解决办法：停样气进样阀，使用高纯度的载气对色谱柱吹扫，同时提高空气浴的设定温度，使加热器在温度提高的情况下配合活化。

活化吹扫时间保持在8小时。

若活化后测量的载气流量依然无法满足设定值，则要考虑色谱柱已经失效，需要更换色谱柱。

解决办法：打开maintence menu菜单中查阅results and chromatograms，查看谱图的基线是否偏移、出的“峰”是否有丢失、“峰”是否太多或“峰距”太近等情况，如果出现上述情况，再结合前面所做过的检查，那么可以判定为“色谱柱损坏”。

更换色谱柱后，需要使用分析级电子流量计测量载气流量是否与设置值吻合，如果不吻合需要对“epc的压力”和“峰保留时间”进行调整，以免出现谱图不完整现象。

go to sub-menu item 5，adjust flows对照色谱分析仪技术协议中载气流量设置的要求，对epc压力进行设置，直到出口的流量正确为止。

6 结束语由于普光气田介质的特殊性，国内目前尚无开发此类气田的经验。

对于色谱的维护策略基本上是照搬化工厂的经验，很多问题都是在学习和摸索中慢慢解决和总结。

对于现阶段面临的问题主要还集中在使用维护人员的维护技术上。

在线分析仪器的应用和维护是一门高技术，其难度较大、专业性强。

只有重视了日常维护工作，重视维护人员的系统培训和知识更新，才能最终使得色谱仪在高酸气田平稳运行。

参考文献[1] 王森，在线分析仪器手册.北京：化学工业出版社，2008，10月[2] 西门子（中国），maxum ⅱ过程气相色谱仪.上海：西门子（上海）分析仪器工程有限公司[3] 孙金玲，普光气田天然气计量仪表的选择和设计.《自动化仪表》第30卷第3期2009年3月。