7890B 气相色谱仪在苏里格气田应用效果及评价

刘晓芹，张雅君，崔有维，刘西灵，祝 鑫，李卫林

（中国石油长庆油田分公司第五采气厂，陕西西安 710018）

天然气的组成是指天然气中所含的组分及其含量。在检测时，通常所指的组成是指天然气中甲烷、乙烷等烃类组分和氦气、氮气、二氧化碳等常见的非烃组分的含量。尽管一些杂质如硫化物、水等也是天然气组成的一部分，但如不特别说明，在组成分析时并不检测这些组分，目前采用气相色谱仪来进行天然气中的组分分析。

为了在最短的分析时间内达到最理想的分离效果，通常采用毛细柱，程序升温来进行组分的分离，7890B 气相色谱仪则可以在较短的分析时间内采用填充柱、恒温设定来进行组分分离，这样消除了由于分流比不合适造成的分析误差及程序升温后的降温时间。

1 实验部分

1.1 主要仪器

（1）7890B 型气相色谱仪及配套使用的色谱工作站；（2）双载气（氦气、氮气）；4 个切换阀、6 根填充柱进行采样、分离系统；双TCD 检测器、单FID 检测器检测系统；（3）密度、高位热值、低位热量计算软件：自行编制。

1.2 气相色谱仪分析条件

（1）99.999%氮气作载气，采用Mol Sieve 5A+Haye-Sep Q 色谱填充柱进行He、H2组分的分离，辅助检测器TCD 进行含量检测。

（2）99.999 % 氦气作载气，采用DC200+UCW982+HayeSep Q+Mol Sieve 5A 色谱填充柱进行烃类组分、O2、N2、CO2的分离后，TCD+FID 检测器联合进行含量检测。

（3）柱箱温度90 ℃，前检测器FID 温度200 ℃、H2流量50 mL/min，空气流量450 mL/min；后检测器TCD温度200 ℃、参比流量30 mL/min；辅助检测器TCD 温度200 ℃、参比流量45 mL/min；分析时间27 min。

1.3 实验方法

依据天然气组分和含量的不同，运用“阀切换”分析方法，使不同载气携带着样品在不同的色谱柱中进行分离，然后进入相应的检测器。根据不同组分的导热系数和产生的离子电流不同以及大小不等的电信号，由色谱工作站进行处理，得到相应组分的分析结果，整个分析过程自动、连续完成对天然气中无机组分、有机组分的测量。

1.4 样品分析

1.4.1 标准气体分析 根据GB/T 13610-2003 中的规定，制备天然气标准气，其组分及浓度（见表1）。通过7890B 气相色谱仪采用实验室分析方法对已知各组分含量的标准气体进行分析，得出色谱图（见图1）。

（1）FID 检测器+后检测器TCD 出峰顺序依次为：C6+（1.489 min）、C3H8（4.220 min）、iC4H10（5.612 min）、nC4H10（6.657 min）、iC5H12（10.001 min）、nC5H12（11.493 min）、CO2（14.727 min）、C2H6（17.394 min）、O2（18.384 min）、N2（18.805 min）、CH4（20.170 min）。

（2）TCD 辅助检测器出峰顺序为：He（0.937 min）、H2（1.067 min）。

表1 天然气标准气组分及浓度

图1 标准气体色谱图

由于苏里格气田下古天然气中含有硫化氢气体，当采用TCD 后检测器数据时，会影响C3H8含量，所以烃类组分选择FID 检测器数据。

1.4.2 样品的定量分析 气相色谱法常见的定量方法有归一法和外标法。外标法是指在同样的操作条件下,分别将气样和等体积的含有待测组分的标准气体混合物（简称标准气）进行色谱分析, 比较气样与标准气相应组分的峰值，用标准气的组成数据计算气样相应组分的含量。采用外标法定量具有较高的准确性、良好的可溯源性, 也增加了不同实验室之间数据的可比性和可信程度，所以采用外标法进行样品的定量分析。

将分析出的各组分数据带入编制的程序中即可计算出密度、高位热值、低位热量数值，为天然气计量提供有效参数。

2 效果评价

根据GB/T 13610-2003《天然气的组成分析气相色谱法》中的相关标准条款，可通过对仪器的线性检查、精密度实验来进行效果评价。

2.1 仪器线性检查

气相色谱仪首次使用时需采用标准物质检查仪器的响应与组分浓度的关系，以获得最佳的效果。甲烷线性评价表（见表2）。

为了说明组分浓度与峰面积的比值相互间的差异, 现定义如下：设浓度y 与峰面积A 的比值为K，即K=y/A，第m 次与第n 次比值相互间的偏差为D，如果D 以% 表示，则按下式计算。

表2 甲烷线性评价

从5 组分析数据的计算结果来看，当甲烷含量增加时，其相邻的两个比值K 相比，偏差D 在1 %以内，由此说明，浓度与峰面积的比值K 是随浓度的增加逐渐变化的。

由于苏里格气田天然气中甲烷含量一般在85 %～95 %，从表中也可看出，在此浓度段，7890B 气相色谱仪的检测响应值是成线性的。

2.2 精密度实验

GB/T 13610-2003 中对测定的结果是否可信，从数据的重复性及再现性给出了判定准则。

重复性：由同一操作人员使用同一仪器，对同一气样重复分析获得的结果，如果连续两个测定结果的差值超过表3 中的规定数值，应视为可疑。

再现性：对同一气样由两个实验室提供的分析结果，如果差值超过表3 规定的数值，每个实验室的结果都视为可疑。

表3 精密度

表4 苏里格气田下古站外输气测定结果

表5 苏里格气田上古站外输气测定结果

表6 标准气体测定结果

2.2.1 重复性实验 通过对苏里格气田下古站、上古站外输气连续两次进行组分分析，得出结果（见表4、表5）。

通过对苏里格气田下古站、上古站外输气中的12项含量进行连续两次测定，从分析数据可以看出完全符合GB13610-2003 中对数据重复性的规定，分析数据为不可疑数据，也说明7890B 气相色谱仪可以同时满足苏里格气田上、下古天然气气质的分析需要。

2.2.2 再现性实验 由于实验室分析化验，通过对具有已知浓度的标准气进行组分分析，即与配制标准气的实验室进行数据对比，得出结果（见表6）。

通过对标准气的分析，也就是与制备标准气的实验室进行再现性实验对比，从分析数据可以看出完全符合GB/T13610-2003 中对数据再现性的规定，分析数据为不可疑数据。

由于标准气为国家认证生产单位生产，通过数据对比，也可反映出7890B 气相色谱仪分析数据的可靠性、真实性。

3 结论

（1）7890B 气相色谱仪的线性评价及样品精密度满足GB/T13610-2003《天然气的组成分析-气相色谱法》中规定数值，分析数据为不可疑数据，可以为天然气计量提供准确、可靠的有效参数。

（2）7890B 气相色谱仪能够满足上、下古气质的各项组分分析要求。

［1］ 天然气的组成分析气相色谱法［G］.GB 13610-2003，2003.

［2］ 唐蒙，迟永杰.天然气组成常规分析方法及其标准化［J］.石油与天然气化工，2002，（S1）：70-76.