準(zhǔn)確測(cè)量天然氣水露點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用

武治年 康勇 趙一樺 黃健

長(zhǎng)慶油田公司第三采氣廠第三天然氣處理廠 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯市烏審旗 017300

1 水露點(diǎn)測(cè)試方法及原理

水露點(diǎn)的檢測(cè)方法有電解法、電容法、冷卻鏡面式和阻容法4種。目前我們使用的是電解法和電容法，使用的測(cè)試儀器分別是微量水分儀和露點(diǎn)儀。

1.1 電解法原理

氣體以一定恒速通過電解池，其水分被電解池內(nèi)作為吸濕劑的五氧化二磷膜層吸收，生成亞磷酸，然后被電解為氫氣和氧氣排出，五氧化二磷得到再生。若溫度、壓力和氣樣流量不變，根據(jù)法拉第電解定律可推導(dǎo)出水的電解電流與氣樣含水量成正比，因此可用電解電流來度量氣樣中的水含量。

1.2 電容法原理

氣體的電阻R是隨水分含量而變化的，水分含量愈大，電阻值R愈?。欢鴼怏w電容 C 的值則隨水分的增大而增大。當(dāng)忽略電容的邊緣效應(yīng)時(shí)，根據(jù)平行板電容器電容的計(jì)算公式（式（1）），當(dāng)電容與極板的正對(duì)面積S和極板間距離 d 一定時(shí)，電容量C僅和極板間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù) e 有關(guān)。干燥氣體的相對(duì)介電常數(shù)在1～5之間，在20℃時(shí)，水的相對(duì)介電常數(shù)為80，比干燥氣體的相對(duì)介電常數(shù)大得多。所以，樣品的相對(duì)介電常數(shù)主要取決于樣品中的水分含量，樣品相對(duì)介電常數(shù)的變化也主要取決于樣品中水分含量的變化。電容式微量水分儀就是依據(jù)這一原理工作的。

式中：k—靜電力常量。ε—相對(duì)介電常數(shù)，S—電容與極板的正對(duì)面積，d—極板間距離，C—?dú)怏w電容量。

2 電解法和電容法比較

用兩種方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)水露點(diǎn)測(cè)試時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)露點(diǎn)儀（電容法）和微量水分儀（電解法）測(cè)試的水露點(diǎn)值差距較大的情況。為了確保水露點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，我們進(jìn)行了兩種測(cè)試方法的對(duì)比試驗(yàn)[1]。

2.1 處理廠外輸氣水露點(diǎn)對(duì)比

處理廠外輸氣（凈化氣）是經(jīng)過凈化處理的天然氣，含雜質(zhì)少，氣質(zhì)凈化程度高。我們使用兩臺(tái)微量水分儀和1臺(tái)露點(diǎn)儀在同一時(shí)間對(duì)同一取樣口的天然氣進(jìn)行水露點(diǎn)測(cè)試，結(jié)果見表1。

表1 處理廠外輸水露點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)

從表1可知，3臺(tái)儀器測(cè)定的數(shù)據(jù)值比較接近，說明兩種方法在進(jìn)行凈化程度較高氣質(zhì)的水露點(diǎn)監(jiān)測(cè)時(shí)測(cè)量值準(zhǔn)確。

2.2 集氣站外輸氣水露點(diǎn)對(duì)比

集氣站外輸氣是未經(jīng)凈化處理的采出氣，含雜質(zhì)較多，氣質(zhì)凈化程度較低。我們采用1臺(tái)露點(diǎn)儀和1臺(tái)微量水分儀（電解法）同時(shí)對(duì)集氣站外輸口（脫水橇出口）天然氣水露點(diǎn)進(jìn)行了多次測(cè)試，結(jié)果見表2。

從表2數(shù)據(jù)可見：微量水分儀測(cè)定值明顯高于露點(diǎn)儀測(cè)定值，證明兩種儀器中存在測(cè)量采出氣水露點(diǎn)不準(zhǔn)確的情況，但無法判斷是哪種儀器測(cè)定的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

2.3 兩種方法現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用比對(duì)

為了確保水露點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，我們進(jìn)行了兩種方法的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)。

天然氣水露點(diǎn)和脫水橇的進(jìn)氣量、重沸器溫度等生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)都有密切關(guān)系。當(dāng)生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)達(dá)到規(guī)定值時(shí)，水露點(diǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)就較低，當(dāng)工藝運(yùn)行參數(shù)未達(dá)到規(guī)定值時(shí)，水露點(diǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)偏高。根據(jù)這一特點(diǎn)，我們用兩種方法分別對(duì)集氣站出口（脫水橇出口）采出氣的水露點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。

（1）用電容法測(cè)定脫水撬出口采出氣水露點(diǎn)我們使用露點(diǎn)儀對(duì)集氣站脫水橇出口天然氣水露點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)記錄下脫水橇的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，見表3。

從表3數(shù)據(jù)可以看出，使用露點(diǎn)儀進(jìn)行脫水橇出口水露點(diǎn)測(cè)定時(shí)，測(cè)定的露點(diǎn)值變化不大，沒有隨著生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)的變化而變化，證明測(cè)定的露點(diǎn)值沒有真實(shí)反映生產(chǎn)運(yùn)行情況。

（2）用電解法測(cè)定脫水橇出口采出氣水露點(diǎn)

我們又使用微量水分儀對(duì)集氣站脫水橇出口水露點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，也記錄下了脫水橇的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，數(shù)據(jù)見表4。

表4 微量水分儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)

從表4數(shù)據(jù)可以看出，使用微量水分儀進(jìn)行脫水橇出口天然氣水露點(diǎn)測(cè)定時(shí)，當(dāng)脫水橇進(jìn)氣量及脫水橇溫度達(dá)到運(yùn)行參數(shù)規(guī)定值時(shí)，水露點(diǎn)值低；當(dāng)運(yùn)行參數(shù)未達(dá)到規(guī)定值時(shí)，水露點(diǎn)值明顯偏高。證明微量水分儀的檢測(cè)值與工藝參數(shù)相互匹配，能夠真實(shí)反映生產(chǎn)運(yùn)行情況。

2.4 試驗(yàn)結(jié)論

通過上述對(duì)比試驗(yàn)可以得出如下結(jié)論：

（1）微量水分儀（電解法）受氣質(zhì)影響較小，能夠準(zhǔn)確測(cè)量采出氣和凈化氣的水露點(diǎn)。

（2）露點(diǎn)儀（電容法）對(duì)氣質(zhì)要求較高，只適用于凈化氣的水露點(diǎn)測(cè)試。

2.5 兩種方法（兩種儀器）的優(yōu)缺點(diǎn)

現(xiàn)將兩種測(cè)試儀器的優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)見表5。

3 影響微量水分儀檢測(cè)結(jié)果的因素

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，證明微量水分儀（電解法）更適合氣質(zhì)條件復(fù)雜的水露點(diǎn)檢測(cè)，但在日常檢測(cè)過程中還應(yīng)注意以下影響微量水分儀測(cè)量結(jié)果的因素[2]：

（1）壓力條件的變化。天然氣水露點(diǎn)隨氣體的壓力而改變，水露點(diǎn)與氣體壓力成正比，所以用微量水分儀測(cè)定天然氣水露點(diǎn)時(shí)，應(yīng)注明取樣點(diǎn)壓力。

（2）天然氣中水分的飽和狀態(tài)。當(dāng)管線內(nèi)天然氣含水處于飽和狀態(tài)時(shí)，測(cè)定的氣樣可能攜帶析出的液態(tài)水。經(jīng)取樣閥減壓、節(jié)流后，液態(tài)水可能以霧化狀態(tài)被攜帶出管線，且氣樣攜帶量是不可控的，攜帶量隨天然氣的流量、溫度、取樣閥開度等變化。攜帶出的液態(tài)水進(jìn)入電解池后，會(huì)影響露點(diǎn)的測(cè)定。

（3）旁通流量的控制。微量水分儀旁通流量的目的是增加取樣總量從而降低測(cè)量流量被污染的比例，并使測(cè)量流量更加穩(wěn)定，使測(cè)量結(jié)果更加快速、準(zhǔn)確，所以旁通流量在測(cè)量時(shí)要大于 IL /min 。

（4）微量水分儀的干燥維護(hù)。長(zhǎng)期存放的微量水分儀電解池會(huì)變潮濕，所以檢測(cè)前應(yīng)進(jìn)行電解池的干燥處理。干燥后2h之內(nèi)的微量水分儀本底值變化較小，所以測(cè)定應(yīng)盡可能在干燥后2h內(nèi)完成。在不進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)將進(jìn)氣口及排氣口用堵頭堵死，防止空氣中的水分對(duì)電解池造成影響。

（5）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的影響。當(dāng)夏季太陽直射、環(huán)境溫度很高時(shí)，微量水分儀測(cè)定結(jié)果會(huì)偏高；冬季氣溫較低時(shí)，對(duì)分析結(jié)果基本沒有影響。所以夏季進(jìn)行水露點(diǎn)監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)避免在環(huán)境溫度很高時(shí)進(jìn)行，應(yīng)盡量在早、晚氣溫較低時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)論

1）電解法能夠在天然氣氣質(zhì)較復(fù)雜的情況下準(zhǔn)確測(cè)定天然氣中的水露點(diǎn)，所以電解法比電容法適合集氣站天然氣水露點(diǎn)的檢測(cè)。

2）電解法能夠準(zhǔn)確進(jìn)行集氣站脫水橇工藝條件下的天然氣水露點(diǎn)檢測(cè)。

3） 電容法能夠準(zhǔn)確進(jìn)行處理廠（凈化廠）凈化氣工藝條件下的天然氣水露點(diǎn)檢測(cè)。