在線分析儀表在天然氣處理站的應(yīng)用

李興候

(中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司，北京 100085)

在線分析儀表在天然氣處理站的應(yīng)用

李興候

(中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司，北京 100085)

以中東某天然氣處理站工程項(xiàng)目為背景，針對(duì)工藝控制需要連續(xù)監(jiān)測(cè)的各組分及其物料特性，介紹在線分析儀表的選型和樣品處理系統(tǒng)。

分析儀表 天然氣 樣品處理系統(tǒng)

在線分析儀表是直接安裝在工業(yè)生產(chǎn)流程或其他源流體現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)被測(cè)介質(zhì)的組成成分或物性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)測(cè)量的一類(lèi)儀表。依據(jù)分析儀表的環(huán)境適應(yīng)性和儀表自身的特性，分析儀表有直插管道和從取樣點(diǎn)引至樣品處理系統(tǒng)二次處理兩種在線測(cè)量方式[1]。

在中東某天然氣處理站項(xiàng)目中，為了保證安全生產(chǎn)并提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、治污減排，針對(duì)工藝控制需要連續(xù)監(jiān)測(cè)的各組分及其物料特性，介紹在線分析儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析儀

表選型和樣品處理系統(tǒng)。

根據(jù)中東某天然氣處理站項(xiàng)目的工藝方案，主要分析儀表安裝在干氣外輸出口和液化石油氣(LPG)外輸出口，用于分析樣品的組成成分和物料特性。項(xiàng)目中，LPG和干氣的工藝條件、配置分析儀表、分析儀表的主流測(cè)量技術(shù)及其所遵循的標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1、2。

為了使測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，分析儀表一般選用國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品。下面根據(jù)項(xiàng)目配備簡(jiǎn)述分析儀表選型要求。

表1 LPG指標(biāo)參數(shù)

表2 干氣指標(biāo)參數(shù)

(續(xù)表2)

1.1氣相色譜儀

氣相色譜儀的測(cè)量對(duì)象是干氣中的C1～C6+、N2、CO2、H2S、RSH，LPG中的C2～C5+和總硫。根據(jù)測(cè)量分析參數(shù)，氣相色譜儀通常包括取樣探頭、樣品預(yù)處理系統(tǒng)、檢測(cè)分析系統(tǒng)、計(jì)算/顯示及信號(hào)傳輸系統(tǒng)等。

鑒于熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD)和火焰光度檢測(cè)器(FPD)的高靈敏度和成熟性，氣相色譜儀主要采用熱導(dǎo)檢測(cè)技術(shù)和火焰光度檢測(cè)技術(shù)，同時(shí)對(duì)于這兩種技術(shù)不適用的其他微量組分檢測(cè)，允許采用其他適用的檢測(cè)技術(shù)。熱導(dǎo)檢測(cè)器和火焰光度檢測(cè)器要求進(jìn)行抗氧化處理。

采用的色譜柱形式、數(shù)量、分布和分離技術(shù)應(yīng)該能夠?qū)y(cè)量樣品進(jìn)行快速有效分離。同時(shí)要求色譜柱的穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)。采用的多通道色譜閥動(dòng)作靈敏、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)。除了正常的樣品分析管路，還應(yīng)該有旁路管路設(shè)計(jì)，避免分析管路產(chǎn)生背壓。分析周期宜控制在7min之內(nèi)。同時(shí)要求配備足夠內(nèi)存，記錄并存儲(chǔ)氣體組分、密度、熱值、壓縮因子及色譜圖等檢測(cè)、計(jì)算和報(bào)警數(shù)據(jù)。同時(shí)根據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成報(bào)告和色譜圖。要求儀表能夠顯示氣體組分、密度、熱值及壓縮因子等信息，支持鍵盤(pán)/鼠標(biāo)選擇。

1.2烴露點(diǎn)分析儀

烴露點(diǎn)分析儀的測(cè)量對(duì)象是：干氣中當(dāng)樣氣被冷卻時(shí), 碳?xì)溟_(kāi)始形成凝露時(shí)的溫度(恒定壓力)。根據(jù)測(cè)量分析參數(shù)，烴露點(diǎn)分析儀通常包括取樣探頭、樣品預(yù)處理系統(tǒng)、檢測(cè)分析系統(tǒng)、計(jì)算/顯示及信號(hào)傳輸系統(tǒng)等。

測(cè)量原理宜選擇冷鏡法。要求抗干擾能力強(qiáng)，并要求顯示烴露點(diǎn)值、工作狀態(tài)等信息，支持鍵盤(pán)/鼠標(biāo)選擇。而且要求測(cè)量分析元件應(yīng)穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)、易于操作和更換。

1.3水露點(diǎn)分析儀

水露點(diǎn)分析儀的測(cè)量對(duì)象是干氣中當(dāng)樣氣被冷卻時(shí), 水開(kāi)始形成凝露時(shí)的溫度(恒定壓力)和含水量。根據(jù)測(cè)量分析參數(shù)，水露點(diǎn)分析儀通常包括取樣探頭、樣品預(yù)處理系統(tǒng)、檢測(cè)分析系統(tǒng)、計(jì)算/顯示及信號(hào)傳輸系統(tǒng)等。

測(cè)量原理可采用阻抗法、光纖法和振蕩晶體法。要求顯示水露點(diǎn)值、樣氣含水量及工作狀態(tài)等信息，支持鍵盤(pán)/鼠標(biāo)選擇。同時(shí)要求測(cè)量分析元件穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)且易于操作和更換。

1.4硫化氫分析儀

硫化氫分析儀的測(cè)量對(duì)象是干氣中的H2S。根據(jù)測(cè)量分析參數(shù)，硫化氫分析儀通常包括取樣探頭、樣品預(yù)處理系統(tǒng)、檢測(cè)分析系統(tǒng)、計(jì)算/顯示及信號(hào)傳輸系統(tǒng)等。

要求儀表能夠?qū)Ω蓺庵械钠渌蚧?、CO2及高碳烴等有很強(qiáng)的抗干擾能力。能夠單點(diǎn)自動(dòng)標(biāo)定。在運(yùn)行過(guò)程中，除標(biāo)氣和零氣外不需要其他輔助氣體。同時(shí)要求測(cè)量分析元件的穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)、易于操作和更換。

1.5RVP分析儀

RVP分析儀的測(cè)量對(duì)象是液化石油氣的飽和蒸汽壓。遵循ASTM D323/ASTM D5191標(biāo)準(zhǔn)。分析周期宜控制在7min之內(nèi)。壓力檢測(cè)器應(yīng)有超壓保護(hù)功能。

2 樣品處理系統(tǒng)

為了保證在線分析儀表能夠在最短的滯后時(shí)間內(nèi)分析有代表性的工藝試樣，滿足儀表操作條件，需要考慮配置樣品處理系統(tǒng)。在線分析儀表的樣品處理系統(tǒng)通常由取樣和前級(jí)預(yù)處理、預(yù)處理裝置、分析儀表本體及公用系統(tǒng)等組成[2]。取樣裝置從過(guò)程工藝管線或設(shè)備上提取待分析樣品，在前級(jí)預(yù)處理裝置進(jìn)行初步冷卻、除水、除塵、加熱、汽化、減壓及過(guò)濾等預(yù)處理。接著在保護(hù)分析儀表的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜或分析小屋里的預(yù)處理裝置，完成對(duì)來(lái)經(jīng)的前級(jí)預(yù)處理樣品進(jìn)行二次冷卻、除水、除塵、加熱、汽化、減壓及過(guò)濾等處理，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜或分析小屋里的預(yù)處理裝置同時(shí)具有流路切換、樣品分配等功能，這樣提供了滿足分析儀表分析條件的樣品。預(yù)處理裝置和分析儀表本體一般放在專(zhuān)門(mén)為保護(hù)儀表設(shè)計(jì)的分析小屋和現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜內(nèi)。整個(gè)系統(tǒng)的輔助能源(儀表風(fēng)、蒸汽、冷卻水及電源等)由公用系統(tǒng)提供。樣品經(jīng)分析儀表分析得出的代表樣品信息的處理數(shù)據(jù)通過(guò)電纜上傳至站控系統(tǒng)。

在線分析儀表的測(cè)量品質(zhì)，除了分析儀表自身的性能外，另一個(gè)比較關(guān)鍵的因素就是樣品處理系統(tǒng)，分析儀表的分析精度受樣品代表性、實(shí)時(shí)性和物理特性影響。樣品處理系統(tǒng)需要有不改變樣氣組成、維護(hù)量少且運(yùn)行周期長(zhǎng)的特點(diǎn)。

通常情況下，樣品必須控制在一定的溫度、壓力和流量范圍之內(nèi)。樣品處理系統(tǒng)對(duì)樣品做進(jìn)一步處理和調(diào)節(jié)，如溫度、壓力、流量調(diào)節(jié)、冷卻、除水、除塵、加熱、汽化、減壓和過(guò)濾等，限流和流路切換也屬于該系統(tǒng)范圍。

該項(xiàng)目中，樣品提取應(yīng)具有代表性，同時(shí)在滿足正常分析的前提下應(yīng)盡量減少取樣量；樣品傳輸管線應(yīng)盡可能短且筆直，以降低分析儀表的滯后時(shí)間；不同分析儀樣品處理系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立設(shè)置；樣品處理系統(tǒng)應(yīng)安裝在機(jī)柜或分析小屋內(nèi)。

3 結(jié)束語(yǔ)

中東某天然氣處理站項(xiàng)目中，在干氣、液化石油氣外輸出口等關(guān)鍵位置、重要介質(zhì)處設(shè)置了分析儀表，通過(guò)這些分析儀表的輸出信號(hào)，可以了解工藝介質(zhì)的運(yùn)行狀況，有效控制工藝流程在最佳工況下生產(chǎn)出滿足貿(mào)易交接級(jí)質(zhì)量的產(chǎn)品。同時(shí)，保證了連續(xù)監(jiān)測(cè)碳?xì)浠衔锏暮浚瑸樵O(shè)備的防爆預(yù)警和站場(chǎng)的安全運(yùn)行提供了保障。

[1] 李曄,袁學(xué)民,趙柱.在線分析儀表的選擇與應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化,2012,48(4):70～72.

[2] 趙猛.在線分析儀表在乙烯裝置中的應(yīng)用[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,2009,(6):80～82.

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1000-3932(2016)06-0651-03

2016-03-27(修改稿)