吳紅光

(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

天然氣采氣平臺(tái)和處理終端，為了了解氣藏組分變化情況、滿足氣體外輸需求、滿足下游用戶的需求，都需要運(yùn)用到色譜儀，對(duì)天然氣組分進(jìn)行分析。當(dāng)前，在本天然氣生產(chǎn)和處理平臺(tái)和陸岸終端，均使用DANIEL氣相色譜儀[1]。DANIEL色譜儀能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)天然氣組分分析需求，但在運(yùn)行過(guò)程中，由于使用不當(dāng)、或維修保養(yǎng)不到位，就不可避免出現(xiàn)各種故障，導(dǎo)致分析組分不正確甚至無(wú)法分析組分；然而，由于色譜儀內(nèi)部系統(tǒng)復(fù)雜，流程復(fù)雜，分析軟件設(shè)置復(fù)雜，因此，出現(xiàn)設(shè)備故障后，導(dǎo)致分析無(wú)頭緒、無(wú)法快速鎖定故障等，耗費(fèi)大量人力物力，但設(shè)備依然無(wú)法投用，最后只能通過(guò)請(qǐng)廠家服務(wù)來(lái)解決問(wèn)題。

本文主要針對(duì)常見(jiàn)故障進(jìn)行歸納總結(jié)，并借助譜圖進(jìn)行故障分析，幫助維修人員進(jìn)行故障分析和推斷，縮小故障范圍，鎖定故障點(diǎn)。

1 DANIEL氣相色譜儀介紹

DANIEL氣相色譜儀，一般包括5部分：分析儀系統(tǒng)、樣氣系統(tǒng)、標(biāo)氣系統(tǒng)、載氣系統(tǒng)、控制器。其中，載氣系統(tǒng)，是運(yùn)輸樣氣或者標(biāo)氣，讓樣氣、標(biāo)氣能夠正常通過(guò)分析儀系統(tǒng)；樣氣系統(tǒng)，采取天然氣樣品，為分析儀提供干燥、干凈、低壓、實(shí)時(shí)的樣氣；標(biāo)氣系統(tǒng)，將合格的、減壓后的標(biāo)氣送入分析儀，進(jìn)行標(biāo)定，以核對(duì)色譜儀準(zhǔn)確性或者標(biāo)定色譜儀；控制器是對(duì)整體分析流程進(jìn)行控制、采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算的設(shè)備；分析儀系統(tǒng)的核心部分是色譜柱，采用氣相色譜法，即以氣體為流動(dòng)相的色譜法，它利用物質(zhì)在流動(dòng)相與固定相中分配系數(shù)的差異，當(dāng)兩相做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流動(dòng)相將出現(xiàn)差距，最后被測(cè)樣品得到分離[2]，通過(guò)TCD探頭采集組分?jǐn)y帶的溫度，送給控制器進(jìn)行分析計(jì)算。

圖1 DANIEL氣相色譜儀結(jié)構(gòu)圖[3]

2 DANIEL氣相色譜儀常見(jiàn)故障

由于色譜儀系統(tǒng)較多，且分析儀和控制器[4]的部件也比較多，分析儀里面的電磁閥、六通閥、色譜柱、TCD[5]、驅(qū)動(dòng)板等，以及控制器里面的主板、CPU板、IO板、通訊板等硬件都可能存在故障，且組態(tài)數(shù)據(jù)的改變、操作方式的改變，都可能導(dǎo)致各種故障，且不好分析和統(tǒng)計(jì)，在此，主要通過(guò)分析出來(lái)的數(shù)據(jù)方面的故障，進(jìn)行歸納。

2.1 單組分值為0mole%的故障

這種情況多出現(xiàn)在色譜儀進(jìn)行維保、維修后的情況，或者長(zhǎng)期未維保、樣氣情況有變化，大部分情況為其他組分分析準(zhǔn)確，僅僅是甲烷組分值為0mole%。

圖2 甲烷組分值為0mole%

2.2 多組分值為0mole%的故障

多組分值為0mole%的情況，表現(xiàn)為輕組分(如C1/C2/N2/CO2)整體為0mole%或者重組分整體為0mole%。

圖3 重組分值為0mole%

2.3 全部組分值為0mole%的故障

全部組分的組分值均為0mole%的情況，即10種氣體組分值全部為0，這種情況判斷相對(duì)比較簡(jiǎn)單。

圖4 所有組分的組分值為0mole%

2.4 組分值誤差大的故障

全部組分的組分值都有，但是分析不準(zhǔn)確，存在較大誤差。

3 DANIEL氣相色譜儀譜圖法故障分析

3.1 DANIEL氣相色譜儀譜圖

DANIEL氣相色譜儀的控制器可以顯示組分?jǐn)?shù)據(jù)、 報(bào)警信息和分析儀操作功能；但無(wú)法提供對(duì)過(guò)程顯示和分析功能。這一部分的功能由專(zhuān)門(mén)軟件MON2000來(lái)實(shí)現(xiàn)。

MON2000軟件除開(kāi)能夠?qū)崿F(xiàn)控制器的所有功能外，提供譜圖顯示、保存等的功能，能夠?qū)CD探頭采集過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)、電磁閥動(dòng)作時(shí)間、開(kāi)始積分和結(jié)束積分時(shí)間等，實(shí)時(shí)的在譜圖上進(jìn)行顯示[4]。

譜圖界面包括以下信息：譜圖坐標(biāo)，縱坐標(biāo)顯示是組份出現(xiàn)的振幅，橫坐標(biāo)顯示的是組份出現(xiàn)的時(shí)間；圖中的曲線的峰是檢測(cè)到的組份，以及組份的出峰時(shí)間。事件時(shí)序，是分析儀的六通閥的電磁閥開(kāi)關(guān)時(shí)間、積算的時(shí)間、峰寬的選擇時(shí)間等，是由控制器直接控制的。對(duì)象時(shí)序，是各組份的出峰時(shí)間的設(shè)置，用來(lái)積算組份值。譜圖編輯，對(duì)譜圖曲線進(jìn)行各種操作，如移動(dòng)、放大、描述、保存、添加、刪除等操作。譜圖操作，讀取控制器和PC里面的譜圖，保存實(shí)時(shí)譜圖，讀取原始數(shù)據(jù)，基線等操作。

圖5 譜圖界面

3.2 使用DANIEL氣相色譜儀譜圖對(duì)常見(jiàn)故障進(jìn)行分析

借助譜圖，通過(guò)對(duì)比正常時(shí)譜圖和當(dāng)前異常的譜圖，能夠?qū)ιV儀的分析儀系統(tǒng)運(yùn)行狀況、控制系統(tǒng)進(jìn)行判斷，找出絕大部分故障原因。

3.2.1 對(duì)甲烷組分值為0mole%的故障分析

甲烷組分是在雙柱閥打開(kāi)一段時(shí)間后，開(kāi)始出峰，出峰前需要打開(kāi)積分，準(zhǔn)備計(jì)算峰面積。判斷方法如下：

打開(kāi)故障譜圖，查看在雙柱閥打開(kāi)后，在甲烷出峰時(shí)間段，沒(méi)有查到甲烷的峰。此時(shí)，一般是存在提前出峰，一般情況是雙柱閥關(guān)閉太早導(dǎo)致，可以查看雙柱閥在正常譜圖和故障譜圖的時(shí)間，可能存在調(diào)整情況。

圖6 甲烷無(wú)峰

圖7 分析儀流程[3]

如果甲烷峰存在，對(duì)比故障譜圖和正常譜圖，發(fā)現(xiàn)積分時(shí)間推遲，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)甲烷峰進(jìn)行積分，因組分值計(jì)算方式為響應(yīng)因子乘以積分面積計(jì)算出來(lái)，如果積分面積為0，則甲烷值就為0。

3.2.2 對(duì)多組分值為0mole%的故障分析

多組分值為0mole%，一般可分為輕組分值均為0mole%，或者重組分值為0mole%，或者C3～C5的組分值為0mole%的情況。

假設(shè)為輕組分值為0mole%情況，由于僅為部分組分值為0，則排除TCD探頭故障等公共問(wèn)題。通過(guò)對(duì)比故障譜圖和正常譜圖，如果整體組分出峰時(shí)間正常，則查看積分是否打開(kāi)，對(duì)比積分時(shí)間是否調(diào)整；如果整體組分出峰時(shí)間晚，則可能存在雙柱閥打開(kāi)時(shí)間較晚。

假設(shè)為重組分值為0mole%情況，查看故障譜圖，重組分如果有正確時(shí)間出峰，則檢查積分打開(kāi)情況；如果重組分沒(méi)有在正確時(shí)間段出峰，則在其他時(shí)間段查找異常峰，通過(guò)對(duì)比正常譜圖，調(diào)節(jié)采樣閥時(shí)間。

圖8 雙柱閥(Valve# 3 on)打開(kāi)時(shí)間

3.2.3 對(duì)全部組分值為0mole%的故障分析

圖9 積分(inhibit off)開(kāi)關(guān)

對(duì)于這種情況，通過(guò)打開(kāi)故障譜圖，查看是出峰情況：如果無(wú)任何峰，且譜圖與基線譜圖完全一致，則可以判斷為樣氣回路問(wèn)題，一般為樣氣采樣閥為打開(kāi)、樣氣電磁閥故障等；如果有峰但波動(dòng)異常，則檢查T(mén)CD探頭是否故障、模擬回路故障情況、模擬卡件故障情況；如果有峰且出峰正常，檢查積分開(kāi)關(guān)是否打開(kāi)。

3.2.4 對(duì)組分值誤差大的故障分析

有組分值，但沒(méi)有在誤差范圍內(nèi)，甚至誤差過(guò)大。通過(guò)查看故障譜圖和正常譜圖，不管是出峰時(shí)間還是峰高都幾乎完全一致，但就是誤差大；此時(shí)，可以查看MON2000存儲(chǔ)的標(biāo)氣組分與現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)氣組分一致情況，可能是色譜儀標(biāo)氣組分與樣氣組分值差異大，導(dǎo)致分析不準(zhǔn)確，或者是更換合適的標(biāo)氣后，未進(jìn)行標(biāo)定，響應(yīng)因子存在較大變化。

圖10 標(biāo)氣組分

4 結(jié) 語(yǔ)

DANIEL氣相色譜儀在使用過(guò)程中，不可避免出現(xiàn)各種故障，但只要抓住常見(jiàn)故障以及譜圖分析方法，就能夠解決大部分問(wèn)題。同時(shí)，對(duì)于譜圖分析法，不應(yīng)該脫離色譜儀分析儀系統(tǒng)的分析流程，只有對(duì)分析儀閥門(mén)動(dòng)作情況、積分開(kāi)關(guān)情況、積分開(kāi)始時(shí)間等都比較熟悉的情況下，分析對(duì)比故障譜圖和正常譜圖的情況，才能夠準(zhǔn)確分析故障，及時(shí)解決問(wèn)題。由于歷史正常譜圖的重要性，因此，建議經(jīng)常對(duì)歷史譜圖進(jìn)行保存，滿足維修需求。掌握譜圖分析法，能夠有效及時(shí)處理問(wèn)題，減少設(shè)備故障時(shí)間，同時(shí)減少?gòu)S家服務(wù)費(fèi)用。