陽(yáng)清帆

【摘 要】近年來(lái)，在線分析儀器在我國(guó)石油、化工、天然氣、安全環(huán)保等領(lǐng)域的使用與日俱增。但目前我國(guó)在線分析儀器的應(yīng)用維護(hù)水平較低，大批價(jià)格昂貴的儀器運(yùn)行并不理想其作用和效能并未充分發(fā)揮。根據(jù)長(zhǎng)期使用經(jīng)驗(yàn)，提出一套用于天然氣處理廠的典型在線分析系統(tǒng)，并進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，該套在線分析系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)與手工化驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，可大量替代手工化驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】在線分析；樣品處理；手工化驗(yàn)

1 國(guó)內(nèi)外在線分析技術(shù)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

在線分析系統(tǒng)（on-line analyzer system，簡(jiǎn)稱為OAS），是根據(jù)在線分析項(xiàng)目的應(yīng)用要求集成構(gòu)建的、滿足過(guò)程工藝特性和運(yùn)行環(huán)境等諸多因素要求的成套分析裝置。它的核心技術(shù)是在線分析儀器技術(shù)。在線分析儀器（on-line analyzers） 又稱過(guò)程分析儀器（process analyzers ），是指直接安裝在工業(yè)生產(chǎn)流程或其他源流體現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)被測(cè)介質(zhì)的組分或物性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)測(cè)量的一類儀器[1]。

隨著我國(guó)石油、化工和天然氣裝置的大型化和技術(shù)裝備水平的提高，隨著對(duì)節(jié)能減排、降低成本、提高質(zhì)量和安全生產(chǎn)的日益追求，在線分析系統(tǒng)的使用量和重要性與日俱增[2]。然而，我國(guó)在線分析系統(tǒng)的運(yùn)行情況不理想，應(yīng)用水平較低。據(jù)近期對(duì)中國(guó)石化集團(tuán)所屬企業(yè)的調(diào)查[3]，約有 30% 的在用儀器處于故障率高、運(yùn)行不正常甚至停運(yùn)狀態(tài)。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 樣品處理

樣品處理是調(diào)節(jié)樣品的溫度、壓力、流量等參數(shù)，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(cè)量條件。

2.2 在線分析儀器

2.2.1 過(guò)程氣相色譜儀

色譜檢測(cè)法的基本原理是被測(cè)介質(zhì)在色譜柱里分離的過(guò)程。當(dāng)載氣攜帶樣品氣以一定壓力和流量連續(xù)通過(guò)色譜柱時(shí)，流動(dòng)相的各組分與固定相進(jìn)行多次吸附、脫吸、溶解和解析。由于各物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)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(dòng)速度就不同，經(jīng)過(guò)一定柱長(zhǎng)后，流動(dòng)相中的各種組分被先后分離開(kāi)來(lái)，按順序從色譜柱末端流出。如圖1，色譜柱和熱導(dǎo)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(xù)組分依次通過(guò)柱2、柱3，以作進(jìn)一步分離，該分離方法可以從組分分離最佳位置處收集結(jié)果。通過(guò)色譜圖，即可判斷各組分及相應(yīng)含量，由出峰的位置可確定組分的名稱，計(jì)算峰面積可獲得該組分的濃度。

2.2.2 水露點(diǎn)分析儀

選用電解式水露點(diǎn)分析儀，根據(jù)電解池吸濕并電解水分的原理進(jìn)行工作的。當(dāng)被分析樣氣進(jìn)入電解池內(nèi)，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(yīng)過(guò)程是：

P2O5+H2O→HPO3 （吸濕）

HPO3→P2O5+H2↑+O2↑ （電解）

在電解過(guò)程中，產(chǎn)生電解電流。根據(jù)法拉第電解定律和氣體狀態(tài)方程可導(dǎo)出：在一定溫度，壓力和流量條件下產(chǎn)生的電解電流正比于氣體中的含水量。測(cè)量出電解電流的大小，即測(cè)出含水量。由計(jì)算得出，在一個(gè)大氣壓下，被測(cè)氣體以400ml/min的流量流經(jīng)電解池，則當(dāng)樣氣含水量為1PPM時(shí)，電解電流為50μA。從工藝管道取樣點(diǎn)到檢測(cè)器樣氣輸入端之間應(yīng)設(shè)單獨(dú)的取樣管線。管線的長(zhǎng)度盡可能縮短，以減小測(cè)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(jù)H2S氣體對(duì)不同光的光譜吸收特性不同，由Beer-Lambert定律知，光通過(guò)被測(cè)氣體后，會(huì)被吸收而衰減，根據(jù)吸收前后光強(qiáng)度的變化可測(cè)得氣體濃度。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

在西北某天然氣處理廠，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將在線分析儀器測(cè)得的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

對(duì)比分析可知，該套在線分析系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)與手工化驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，可大量替代手工化驗(yàn)。

4 結(jié)論

隨著氣田的發(fā)展，商品天然氣的質(zhì)量控制、安全輸送和能量計(jì)量的需求，在線分析儀的高水平運(yùn)行已是大勢(shì)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(tǒng)，通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證該套在線分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可大量替代手工化驗(yàn)。本方案可為在線分析儀器在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)較好的使用效果開(kāi)辟了一條道路。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王森主編.在線分析儀器手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版，2008.

[2]朱良漪.過(guò)程分析儀器的發(fā)展[J]，世界儀表與自動(dòng)化，1998，2（6）：8-10.

[3]王森.在線分析儀器技術(shù)進(jìn)展、市場(chǎng)前景、存在問(wèn)題及建議[J].中國(guó)儀器儀表，2009，02：26-30.

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

[5]王樹青，樂(lè)嘉謙，主編.自動(dòng)化與儀表工程師手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)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(zé)任編輯：朱麗娜]