李曉方

（中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000）

硫化氫在線分析儀在天然氣處理廠的應(yīng)用分析

李曉方

（中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000）

蘇里格氣田設(shè)計(jì)中不含脫硫脫碳單元，所有設(shè)備在材質(zhì)選擇上也未考慮抗硫性能，為了監(jiān)控天然氣中硫化氫含量情況，蘇里格天然氣處理廠通過每日對(duì)集氣干線硫化氫進(jìn)行檢測，及時(shí)掌握天然氣中硫化氫含量，但存在化驗(yàn)做樣時(shí)間長、人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、不能實(shí)時(shí)監(jiān)測、檢測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等弊端。本文通過對(duì)集中硫化氫檢測方法進(jìn)行分析，著重介紹Envent公司的Model 331型硫化氫在線分析儀在天然氣處理廠產(chǎn)品氣分析中的應(yīng)用情況，并對(duì)運(yùn)行過程中的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，同時(shí)與周期順勢取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并對(duì)331型H2S在線分析儀在日常運(yùn)行中的維護(hù)問題進(jìn)行說明。

天然氣處理廠；集氣干線；硫化氫含量；在線檢測儀

1 天然氣處理廠集氣干線硫化氫人工檢測方法

1.1 天然氣處理廠集氣干線簡介

天然氣處理廠目前有集氣干線9條，年天然氣處理能力達(dá)30億m3。目前9條集氣干線，其中蘇1-5干線、蘇4-3干線、蘇1-8干線硫化氫含量偶爾大于20 mg/m3，其余六條干線硫化氫含量均低于20 mg/m3。為確保外輸天然氣氣質(zhì)指標(biāo)合格，需要對(duì)配氣匯管天然氣中硫化氫含量進(jìn)行實(shí)時(shí)、持續(xù)性的檢測，當(dāng)硫化氫含量偏高時(shí)，及時(shí)調(diào)整上游氣源，防止發(fā)生生產(chǎn)事故。1.2處理廠集氣干線硫化氫檢測方法簡介

1.2.1 碘量法對(duì)集氣干線硫化氫進(jìn)行檢測

（1）碘量法簡介，用過量的乙酸鋅溶液吸收天然氣中的硫化氫，生成硫化鋅白色沉淀。然后加入過量準(zhǔn)確的碘溶液氧化已生成的硫化鋅，剩余的碘用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，與空白滴定相對(duì)比可測出天然氣中硫化氫的含量。反應(yīng)方程式為：

（2）計(jì)算方法，

式中：V空-空白滴定時(shí)，硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量；V測-樣品滴定時(shí)，硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量；C標(biāo)-硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；Vn-氣體的校正體積，L；17.04-硫化氫摩爾質(zhì)量，，g/mol； 11.88-20℃和101.325 kPa氣壓下，硫化氫的摩爾體積，，L/mol。

（3）允許差（兩次平行結(jié)果之差不大于表1中的數(shù)值）。

表1 碘量法允許誤差表

（4）存在問題：①化驗(yàn)一個(gè)樣的取樣時(shí)間是10 min～15 min，加上化驗(yàn)分析，搬運(yùn)取樣設(shè)備等，做樣時(shí)間較長，人員工作量大；②不可持續(xù)、實(shí)時(shí)性測量；③對(duì)于低含量的硫化氫取樣時(shí)間較長；④由于是手工操作，不利于分析數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)化采集與傳輸；⑤化驗(yàn)數(shù)據(jù)與人員操作熟練程度及標(biāo)準(zhǔn)程度有較大關(guān)系，偶然性大，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度低。

1.2.2 XP-302M可燃?xì)怏w檢測儀檢測法

（1）檢測氣體種類及檢測范圍：①可燃性氣體：0%～100%LEL；②硫化氫：0 mg/L～30 mg/L；③氧含量：0 vol%～25 vol%；④CO：0 mg/L～150 mg/L。

（2）可燃?xì)怏w檢測儀檢測法存在問題：①數(shù)據(jù)存在偏差，準(zhǔn)確度相對(duì)其他檢測方法較低；②硫化氫檢測范圍較小，超過30 mg/m3無法進(jìn)行檢測，存在局限性。

2 天然氣中硫化氫在線檢測方法簡介

就目前為止，國內(nèi)外有以下4種檢測方法可以實(shí)現(xiàn)在線硫化氫檢測（見表2）。

表2 4種檢測方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)照表

通過4種測量方法的對(duì)比，醋酸鉛紙帶法不僅有國家標(biāo)準(zhǔn)支撐，而且抗干擾能力強(qiáng)，準(zhǔn)確度高，維護(hù)簡單，功耗低，適應(yīng)處理廠的需求[1，2]。

3 331型硫化氫在線儀結(jié)構(gòu)及原理

針對(duì)天然氣處理廠氣質(zhì)條件及工藝條件，采用ENVENT公司生產(chǎn)的331型硫化氫在線分析儀，對(duì)產(chǎn)品氣中的H2S進(jìn)行連續(xù)精確測量，分析周期較短，提高了分析頻率，對(duì)外輸氣中的硫化氫含量實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測。

3.1 儀器結(jié)構(gòu)

331型硫化氫在線分析儀主要由：采樣系統(tǒng)、稀釋系統(tǒng)、分析系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)等五部分組成。采樣系統(tǒng)：包括氣源、進(jìn)樣閥、過濾器和壓力表等；稀釋系統(tǒng)：包括調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、檔位開關(guān)、稀釋器等；

分析系統(tǒng)：包括反應(yīng)氣室、醋酸鉛紙帶、光學(xué)傳感頭和中央處理單元等；

操作系統(tǒng)：包括顯示器、按鍵、操作菜單等；

記錄系統(tǒng)：包括下載軟件、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)線等。

3.2 測量的原理

331型在線硫化氫分析儀系統(tǒng)是基于醋酸鉛紙帶法原理，僅有硫化氫與醋酸鉛反應(yīng)，使紙帶變?yōu)楹稚蚧瘹涞暮恐苯优c醋酸鉛紙帶上顏色的變化成正比，通過高精度光電傳感器檢測紙帶上顏色的變化，從而推算出硫化氫的濃度值。檢測公式如下：

最后通過4 mA～20 mA信號(hào)傳至中控室，實(shí)現(xiàn)了與處理場內(nèi)DCS系統(tǒng)的無縫結(jié)合。醋酸鉛紙帶是最可靠的，不受其他硫化物的干擾，從而實(shí)現(xiàn)了高精度、線性輸出。

4 331型硫化氫在線分析儀在天然氣處理廠的應(yīng)用效果及維護(hù)

4.1 應(yīng)用效果分析

天然氣處理廠通過在配氣匯管增設(shè)331型硫化氫在線分析儀[3，4]，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品氣硫化氫含量實(shí)時(shí)、持續(xù)的檢測，331型硫化氫在線分析儀測量范圍0 mg/L～50 mg/L（0～33.33 mg/m3）。

硫化氫在線分析儀與碘量法檢測數(shù)據(jù)的對(duì)比分析（見圖1）。

圖1 在線分析儀與碘量法測量數(shù)據(jù)對(duì)比圖

從圖1數(shù)據(jù)可以算出，硫化氫在線分析儀與碘量法的最大誤差為1.73 mg/m3，平均誤差為0.14 mg/m3，方差為2.07。

硫化氫在線分析儀檢測數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)氣（24 mg/L）的5次對(duì)比分析（見圖2）。

圖2 在線分析儀與標(biāo)準(zhǔn)氣體數(shù)據(jù)對(duì)比圖

從圖2數(shù)據(jù)可以算出，硫化氫在線分析儀與標(biāo)準(zhǔn)氣的最大誤差為1.4 mg/L，平均誤差為0.34 mg/L，方差為0.28。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出：（1）311型硫化氫在線分析儀檢測結(jié)果與碘量法分析、標(biāo)氣基本一致，其誤差滿足儀表誤差要求，能滿足現(xiàn)場使用要求；（2）硫化氫在線儀在裝置運(yùn)行平穩(wěn)的情況下，其測量數(shù)據(jù)的重復(fù)性滿足儀器的技術(shù)指標(biāo)，儀器穩(wěn)定性良好。

4.2 日常使用過程的維護(hù)

（1）日常檢查過程中注意檢查轉(zhuǎn)盤是否緊，紙帶長度是否足夠，醋酸加濕器液面是否到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)線，流量計(jì)是否有灰塵或者水分，是否需要更換前過濾器；（2）定期對(duì)在線硫化氫分析儀進(jìn)行標(biāo)定，一般3～6個(gè)月標(biāo)定一次，標(biāo)定時(shí)注意標(biāo)準(zhǔn)氣體的硫化氫濃度應(yīng)該接近在線分析儀的報(bào)警值，也可選擇濃度為在線分析儀量程的3/4標(biāo)準(zhǔn)氣；（3）定期需要更換過濾器，更換的頻次根據(jù)樣氣中所含液體、大顆粒微塵的多少?zèng)Q定，每次校準(zhǔn)時(shí)對(duì)過濾器進(jìn)行檢查；（4）每次檢查時(shí)注意保證加濕器中含有醋酸溶液，當(dāng)校準(zhǔn)在線分析儀或者更換紙帶時(shí)注意將加濕器中的醋酸溶液加到刻度位置，以確保加濕器能夠?qū)託膺M(jìn)行加濕。

4.3 使用過程中存在的問題和解決措施

（1）一級(jí)過濾減壓后氣體壓力偏高為137.9 kPa（正常為103.4 kPa）。解決措施：通過對(duì)過濾減壓閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，將現(xiàn)場的氣體壓力調(diào)節(jié)至103.4 kPa，氣體流速調(diào)節(jié)至2 m/s～4 m/s，并保持平穩(wěn)。

（2）在線監(jiān)測儀的儀表接地接在箱體上，同時(shí)在線檢測儀的供電接地通過接地端子連接至箱體，然后再連接到接地端。強(qiáng)電跟弱電的接地在一塊，可能導(dǎo)致信號(hào)干擾。解決措施：將原在線儀的供電接地中間部分拆除，直接從供電接地端連接至接地扁鐵。

（3）在線分析儀分析數(shù)據(jù)每天中午到晚上10點(diǎn)都保持正常，每到晚上11點(diǎn)到早上9點(diǎn)數(shù)據(jù)持高不下。解決措施：為在線分析儀的排氣管添加電伴熱，由于晚上溫度低，在線分析儀中的氣經(jīng)過醋酸溶液濕潤后，氣中帶有水分，水分在出箱時(shí)遇冷凝結(jié)，結(jié)冰堵塞排氣口，造成大量的天然氣集聚，導(dǎo)致紙帶一直與氣體反應(yīng)，紙帶顏色變?yōu)楹诤稚?，傳感器測得數(shù)據(jù)偏高。

5 建議及結(jié)論

5.1 建議

（1）將處理廠的硫化氫在線分析儀供電全部改為UPS供電，避免電源波動(dòng)對(duì)分析數(shù)據(jù)造成影響。

（2）進(jìn)入冬季運(yùn)行后，可以將在線分析儀中的醋酸溶液去掉（去掉醋酸后延長反應(yīng)時(shí)間降低監(jiān)測頻次），防止排氣管凍堵，分析數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

（3）監(jiān)測儀中醋酸溶液容器沒有使用密閉容器，醋酸遇熱揮發(fā)后在檢測儀內(nèi)部聚集，導(dǎo)致元器件和箱體容易發(fā)生銹蝕，建議在后續(xù)產(chǎn)品中能做到密閉醋酸溶液。

（4）在線檢測儀在運(yùn)行中為了確保運(yùn)行數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，需定期用碘量法和標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)行比對(duì)。

（5）當(dāng)在線分析儀發(fā)出硫化氫報(bào)警時(shí)，需要及時(shí)用碘量法進(jìn)行核查。

5.2 結(jié)論

（1）通過對(duì)天然氣處理廠集氣干線增設(shè)在線硫化氫分析儀，確保天然氣中硫化氫含量可以及時(shí)有效監(jiān)測，科學(xué)指導(dǎo)生產(chǎn)，降低生產(chǎn)中安全隱患。

（2）利用在線儀表對(duì)天然氣中硫化氫進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，降低化驗(yàn)工工作量，適應(yīng)氣田快速發(fā)展的需要，為進(jìn)一步建成數(shù)字化大氣田夯實(shí)基礎(chǔ)。

（3）促進(jìn)管理方式的數(shù)字化轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步提高和完善數(shù)字化管理措施，有利于基層單位管理水平進(jìn)一步提升。

［1］劉曉琴，等.硫化氫在線分析儀在天然氣分析中的應(yīng)用［J］.中國儀器儀表，2009，（12）：89-91.

［2］趙一平，等.在線分析儀在四川天然氣管線上的應(yīng)用［J］.天然氣工業(yè)，2003，23（3）：110-113.

［3］YK331-PL.在線硫化氫分析儀在天然氣管線上的應(yīng)用方案［S］.2011.

［4］黃韻弘.天然氣中硫化氫含量的測定-碘量法影響分析結(jié)果的主要因素［J］.天然氣與石油，2007，25（1）：23-25.

TE968

A

1673-5285（2016）01-0104-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.01.028

2015-12-16

李曉方，男（1989-），學(xué)士，助理工程師，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化控制及在線儀器儀表。