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基于過程控制提高渦街流量計天然氣分析質量

來源:上海上儀股份公司作者:上海上儀股份公司網址:http://www.keithhancox.com

摘 要:GB 17820《天然氣》規定了通過管道輸送的商品天然氣的技術要求、試驗方法和檢驗規則。本文根據渦街流量計商品天然氣離線檢測流程,將天然質量控制過程分為 4 個,詳細分析了影響各過程質量的因素,并結合工作實際,重點分析了工作中易忽略的因素,并確定了各過程的質量控點及技術要求。


1 前言:GB 17820 -2018《天然氣》[1] 規定了通過管道輸送的商品天然氣的技術要求、試驗方法和檢驗規則。


除水露點外,其它 4 項技術指標都可通過在線取樣、離線分析的方式測定,標準中雖然規定了試驗方法和檢驗規則,但在實際分析過程中,影響分析數據仍有很多,基于過程控制原理,分析天然氣技術指標每個檢測過程的影響因素,采取質量控制措施,提高天然氣離線分析質量。


2 天然氣離線檢測流程:天然氣質量離線檢測流程見圖所示,即現場人工取樣、實驗室儀器分析、數據處理、報告編制四個過程。



3 過程及影響因素分析:天然氣質量離線分析的質量控制過程可分為樣品取樣與運輸、樣品分析、數據處理及證書編制等 4 個過程,在各個過程中影響天然氣分析質量的主要因素。



3. 1 樣品取樣與運輸

取樣的主要作用是獲得足夠的有代表性的氣體樣品,該過程的控制目標就是獲取并確保樣品的代表性,影響取樣代表性的主要因素:(1)取樣點氣源流動性。長輸管道內的商品天然氣的流動狀態可能是層流或紊流,特殊情況下可能存在二相流,取樣要求氣體充分均勻,在取樣系統中應現,在取樣系統和氣體管道內,紊流是有利的,因為紊流可使流體混合均勻。如果是二相流,則認為樣品不具有代表性。


(2)取樣探頭位置。一是探頭的安裝位置。GB/T13609 [3] 實驗數據結果表明,對于試驗的單相無凝析的天然氣,取樣探頭距離在 5D 到 20D 的范圍個組分的分析結果均滿足 GB/T 13610 - 2014 的再現性要求;二是探頭的插入位置。ISO 10715 - 1997 [2]的 8. 1. 3“定位與安裝”中指出“取中,在管直經 1/3 處取樣”。GB/T 18604 -2014 [4] “用氣體超聲流量計測量天然氣流量”8. 2. 5 中要求:“溫度計和取樣器插入深度宜為 1/3經流量計(DN300及以上),插入深度應不超過 125mm。應注意避免高速氣流引起測溫套的共振”。


(3)取樣頻率。渦街流量計天然氣組成隨時間、氣源的變化而變化,取樣頻率取決于氣流以往的物性情況和預期(系統性)的變可用統計方法來確定,在某個特定的時間周期內應采集的樣品數為 n,計算樣品數的公式可見式 :


(4)取樣方法。目前天然氣離線分析的樣品取樣通常采用充氣排空法現場取點樣的方式。


(5)運輸過程。樣品運輸過程中影響因素主要有幾方面,一是凝析,即樣品容器內的樣品在運輸過程中可能發生部分凝析,特別是在有重組分存在的樣品解吸,即天然氣中可能含有幾種強吸附效應的組分,在測定痕量重烴或雜質時應特別注意;三是泄露和擴散,即微漏可影響痕量組分的分析,即使在高壓中的氧也可能擴散到管子或容器中。在氫氣存在時應特別注意;四是反應和化學吸附,即取樣設備中使用的材料也可能催化樣品的反應,例如在含有痕量硫及羰基硫化合物的混合物中。

3. 2 實驗室儀器分析

以色譜法分析天然氣組成為例,其分析流程如圖 3所示,影響因素分析如下:

(1)熱機。熱機的目的是減少色譜儀器本身穩定性能的影響,色譜處在穩定狀態下測試的數據才有參考性。

(2)標氣。標氣是分析樣氣的基礎,直接影響樣品分析的質量,是影響分析樣品準確性的決定性因素。

(3)樣氣。首先是凝析,即樣品在運輸、存貯、進樣過程中可能發生部分凝析,在進樣前一定要確保樣品不發生凝析,特別是在有重組分存在的樣品中;其散,即樣品在運輸、存貯、進樣過程中可能發生泄漏或擴散,進樣前一定要確保容器沒有泄漏和擴散。

(4)吹掃過程。通過吹掃降低不同氣體、不同組分以及操作過程中混入空氣對檢測結果的影響。



3. 3 數據處理:數據處理在手工計算的方式下,極大可能發生計算錯誤的問題。

3. 3 證書編制:證書編制過程在手工編制的方式下,極大可能發生漏項、錯項等問題。

4 質量控制點及要求

質量控制點與第三部分中質量控制過程一致,影響分析結果質量的因素主要有兩項,即樣品取樣與運輸、樣品分析。數據處理及證書編制過程可通過管理文不予討論。

4. 1 樣品取樣與運輸過程

(1)確認取樣點氣源流動特性。取樣前確認取樣點氣源非常好在紊流狀態,在層流或二相流狀態下獲得的樣品對結果影響較大,應避開,取樣前確認流過是主干線流經的氣流,避免在死氣處取樣。

(2)確定取樣點位置。長輸管道天然氣基本可視為單相無凝析充分混合均勻的天然氣,只要取樣探頭在距離阻流元件 5D 到 20D 的范圍內,可不考慮插入多氣源混輸時,取樣點應保證混氣混合充分均勻。

(3)確定取樣頻率的合理性??筛鶕庠醋兓闆r,由式(1)計算得出。對于氣源變動較大,如 LNG 混合外輸的情況,應采用累積取樣法或安裝自動采樣器

(4)合理確定取樣方法。對一定時間段氣源穩定的渦街流量計氣取樣時,可采用抽氣排空法。對含有重組分的天然氣取樣時,可采用保濕保壓法。對變化樣時,宜采用累積取樣法或自動采樣法。

(5)科學選取取樣器和運輸。一是對于痕量硫化合物分析時,宜采用特殊材料取樣器,消除吸附和解吸、反應和化學吸附的影響;二是樣品運輸及存貯過程凝析,消除樣氣凝析對檢測結果的影響;三是樣品運輸及存貯過程中要防止容器泄漏,在取樣前、取樣后及分析前都要進行樣品驗漏操作,消除泄漏和擴的影響。