在线分析仪表在天然气处理站的应用

李兴候

(中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京 100085)

在线分析仪表在天然气处理站的应用

李兴候

(中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京 100085)

以中东某天然气处理站工程项目为背景，针对工艺控制需要连续监测的各组分及其物料特性，介绍在线分析仪表的选型和样品处理系统。

分析仪表 天然气 样品处理系统

在线分析仪表是直接安装在工业生产流程或其他源流体现场，对被测介质的组成成分或物性参数进行自动连续测量的一类仪表。依据分析仪表的环境适应性和仪表自身的特性，分析仪表有直插管道和从取样点引至样品处理系统二次处理两种在线测量方式[1]。

在中东某天然气处理站项目中，为了保证安全生产并提高产品质量，同时实现节能降耗、治污减排，针对工艺控制需要连续监测的各组分及其物料特性，介绍在线分析仪表系统的设计、分析仪

表选型和样品处理系统。

根据中东某天然气处理站项目的工艺方案，主要分析仪表安装在干气外输出口和液化石油气(LPG)外输出口，用于分析样品的组成成分和物料特性。项目中，LPG和干气的工艺条件、配置分析仪表、分析仪表的主流测量技术及其所遵循的标准见表1、2。

为了使测量数据准确可靠，分析仪表一般选用国外进口产品。下面根据项目配备简述分析仪表选型要求。

表1 LPG指标参数

表2 干气指标参数

(续表2)

1.1气相色谱仪

气相色谱仪的测量对象是干气中的C1～C6+、N2、CO2、H2S、RSH，LPG中的C2～C5+和总硫。根据测量分析参数，气相色谱仪通常包括取样探头、样品预处理系统、检测分析系统、计算/显示及信号传输系统等。

鉴于热导检测器(TCD)和火焰光度检测器(FPD)的高灵敏度和成熟性，气相色谱仪主要采用热导检测技术和火焰光度检测技术，同时对于这两种技术不适用的其他微量组分检测，允许采用其他适用的检测技术。热导检测器和火焰光度检测器要求进行抗氧化处理。

采用的色谱柱形式、数量、分布和分离技术应该能够对测量样品进行快速有效分离。同时要求色谱柱的稳定性好、使用寿命长。采用的多通道色谱阀动作灵敏、稳定性好、使用寿命长。除了正常的样品分析管路，还应该有旁路管路设计，避免分析管路产生背压。分析周期宜控制在7min之内。同时要求配备足够内存，记录并存储气体组分、密度、热值、压缩因子及色谱图等检测、计算和报警数据。同时根据存储数据自动生成报告和色谱图。要求仪表能够显示气体组分、密度、热值及压缩因子等信息，支持键盘/鼠标选择。

1.2烃露点分析仪

烃露点分析仪的测量对象是：干气中当样气被冷却时, 碳氢开始形成凝露时的温度(恒定压力)。根据测量分析参数，烃露点分析仪通常包括取样探头、样品预处理系统、检测分析系统、计算/显示及信号传输系统等。

测量原理宜选择冷镜法。要求抗干扰能力强，并要求显示烃露点值、工作状态等信息，支持键盘/鼠标选择。而且要求测量分析元件应稳定性好、使用寿命长、易于操作和更换。

1.3水露点分析仪

水露点分析仪的测量对象是干气中当样气被冷却时, 水开始形成凝露时的温度(恒定压力)和含水量。根据测量分析参数，水露点分析仪通常包括取样探头、样品预处理系统、检测分析系统、计算/显示及信号传输系统等。

测量原理可采用阻抗法、光纤法和振荡晶体法。要求显示水露点值、样气含水量及工作状态等信息，支持键盘/鼠标选择。同时要求测量分析元件稳定性好、使用寿命长且易于操作和更换。

1.4硫化氢分析仪

硫化氢分析仪的测量对象是干气中的H2S。根据测量分析参数，硫化氢分析仪通常包括取样探头、样品预处理系统、检测分析系统、计算/显示及信号传输系统等。

要求仪表能够对干气中的其他硫化物、CO2及高碳烃等有很强的抗干扰能力。能够单点自动标定。在运行过程中，除标气和零气外不需要其他辅助气体。同时要求测量分析元件的稳定性好、使用寿命长、易于操作和更换。

1.5RVP分析仪

RVP分析仪的测量对象是液化石油气的饱和蒸汽压。遵循ASTM D323/ASTM D5191标准。分析周期宜控制在7min之内。压力检测器应有超压保护功能。

2 样品处理系统

为了保证在线分析仪表能够在最短的滞后时间内分析有代表性的工艺试样，满足仪表操作条件，需要考虑配置样品处理系统。在线分析仪表的样品处理系统通常由取样和前级预处理、预处理装置、分析仪表本体及公用系统等组成[2]。取样装置从过程工艺管线或设备上提取待分析样品，在前级预处理装置进行初步冷却、除水、除尘、加热、汽化、减压及过滤等预处理。接着在保护分析仪表的现场机柜或分析小屋里的预处理装置，完成对来经的前级预处理样品进行二次冷却、除水、除尘、加热、汽化、减压及过滤等处理，现场机柜或分析小屋里的预处理装置同时具有流路切换、样品分配等功能，这样提供了满足分析仪表分析条件的样品。预处理装置和分析仪表本体一般放在专门为保护仪表设计的分析小屋和现场机柜内。整个系统的辅助能源(仪表风、蒸汽、冷却水及电源等)由公用系统提供。样品经分析仪表分析得出的代表样品信息的处理数据通过电缆上传至站控系统。

在线分析仪表的测量品质，除了分析仪表自身的性能外，另一个比较关键的因素就是样品处理系统，分析仪表的分析精度受样品代表性、实时性和物理特性影响。样品处理系统需要有不改变样气组成、维护量少且运行周期长的特点。

通常情况下，样品必须控制在一定的温度、压力和流量范围之内。样品处理系统对样品做进一步处理和调节，如温度、压力、流量调节、冷却、除水、除尘、加热、汽化、减压和过滤等，限流和流路切换也属于该系统范围。

该项目中，样品提取应具有代表性，同时在满足正常分析的前提下应尽量减少取样量；样品传输管线应尽可能短且笔直，以降低分析仪表的滞后时间；不同分析仪样品处理系统应独立设置；样品处理系统应安装在机柜或分析小屋内。

3 结束语

中东某天然气处理站项目中，在干气、液化石油气外输出口等关键位置、重要介质处设置了分析仪表，通过这些分析仪表的输出信号，可以了解工艺介质的运行状况，有效控制工艺流程在最佳工况下生产出满足贸易交接级质量的产品。同时，保证了连续监测碳氢化合物的含量，为设备的防爆预警和站场的安全运行提供了保障。

[1] 李晔,袁学民,赵柱.在线分析仪表的选择与应用[J].石油化工自动化,2012,48(4):70～72.

[2] 赵猛.在线分析仪表在乙烯装置中的应用[J].工业仪表与自动化装置,2009,(6):80～82.

TH83

B

1000-3932(2016)06-0651-03

2016-03-27(修改稿)