DANIEL气相色谱仪常见故障及解决方法

吴红光

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057)

天然气采气平台和处理终端，为了了解气藏组分变化情况、满足气体外输需求、满足下游用户的需求，都需要运用到色谱仪，对天然气组分进行分析。当前，在本天然气生产和处理平台和陆岸终端，均使用DANIEL气相色谱仪[1]。DANIEL色谱仪能够满足现场天然气组分分析需求，但在运行过程中，由于使用不当、或维修保养不到位，就不可避免出现各种故障，导致分析组分不正确甚至无法分析组分；然而，由于色谱仪内部系统复杂，流程复杂，分析软件设置复杂，因此，出现设备故障后，导致分析无头绪、无法快速锁定故障等，耗费大量人力物力，但设备依然无法投用，最后只能通过请厂家服务来解决问题。

本文主要针对常见故障进行归纳总结，并借助谱图进行故障分析，帮助维修人员进行故障分析和推断，缩小故障范围，锁定故障点。

1 DANIEL气相色谱仪介绍

DANIEL气相色谱仪，一般包括5部分：分析仪系统、样气系统、标气系统、载气系统、控制器。其中，载气系统，是运输样气或者标气，让样气、标气能够正常通过分析仪系统；样气系统，采取天然气样品，为分析仪提供干燥、干净、低压、实时的样气；标气系统，将合格的、减压后的标气送入分析仪，进行标定，以核对色谱仪准确性或者标定色谱仪；控制器是对整体分析流程进行控制、采集数据进行分析计算的设备；分析仪系统的核心部分是色谱柱，采用气相色谱法，即以气体为流动相的色谱法，它利用物质在流动相与固定相中分配系数的差异，当两相做相对运动时，流动相将出现差距，最后被测样品得到分离[2]，通过TCD探头采集组分携带的温度，送给控制器进行分析计算。

图1 DANIEL气相色谱仪结构图[3]

2 DANIEL气相色谱仪常见故障

由于色谱仪系统较多，且分析仪和控制器[4]的部件也比较多，分析仪里面的电磁阀、六通阀、色谱柱、TCD[5]、驱动板等，以及控制器里面的主板、CPU板、IO板、通讯板等硬件都可能存在故障，且组态数据的改变、操作方式的改变，都可能导致各种故障，且不好分析和统计，在此，主要通过分析出来的数据方面的故障，进行归纳。

2.1 单组分值为0mole%的故障

这种情况多出现在色谱仪进行维保、维修后的情况，或者长期未维保、样气情况有变化，大部分情况为其他组分分析准确，仅仅是甲烷组分值为0mole%。

图2 甲烷组分值为0mole%

2.2 多组分值为0mole%的故障

多组分值为0mole%的情况，表现为轻组分(如C1/C2/N2/CO2)整体为0mole%或者重组分整体为0mole%。

图3 重组分值为0mole%

2.3 全部组分值为0mole%的故障

全部组分的组分值均为0mole%的情况，即10种气体组分值全部为0，这种情况判断相对比较简单。

图4 所有组分的组分值为0mole%

2.4 组分值误差大的故障

全部组分的组分值都有，但是分析不准确，存在较大误差。

3 DANIEL气相色谱仪谱图法故障分析

3.1 DANIEL气相色谱仪谱图

DANIEL气相色谱仪的控制器可以显示组分数据、 报警信息和分析仪操作功能；但无法提供对过程显示和分析功能。这一部分的功能由专门软件MON2000来实现。

MON2000软件除开能够实现控制器的所有功能外，提供谱图显示、保存等的功能，能够将TCD探头采集过来的数据、电磁阀动作时间、开始积分和结束积分时间等，实时的在谱图上进行显示[4]。

谱图界面包括以下信息：谱图坐标，纵坐标显示是组份出现的振幅，横坐标显示的是组份出现的时间；图中的曲线的峰是检测到的组份，以及组份的出峰时间。事件时序，是分析仪的六通阀的电磁阀开关时间、积算的时间、峰宽的选择时间等，是由控制器直接控制的。对象时序，是各组份的出峰时间的设置，用来积算组份值。谱图编辑，对谱图曲线进行各种操作，如移动、放大、描述、保存、添加、删除等操作。谱图操作，读取控制器和PC里面的谱图，保存实时谱图，读取原始数据，基线等操作。

图5 谱图界面

3.2 使用DANIEL气相色谱仪谱图对常见故障进行分析

借助谱图，通过对比正常时谱图和当前异常的谱图，能够对色谱仪的分析仪系统运行状况、控制系统进行判断，找出绝大部分故障原因。

3.2.1 对甲烷组分值为0mole%的故障分析

甲烷组分是在双柱阀打开一段时间后，开始出峰，出峰前需要打开积分，准备计算峰面积。判断方法如下：

打开故障谱图，查看在双柱阀打开后，在甲烷出峰时间段，没有查到甲烷的峰。此时，一般是存在提前出峰，一般情况是双柱阀关闭太早导致，可以查看双柱阀在正常谱图和故障谱图的时间，可能存在调整情况。

图6 甲烷无峰

图7 分析仪流程[3]

如果甲烷峰存在，对比故障谱图和正常谱图，发现积分时间推迟，导致无法对甲烷峰进行积分，因组分值计算方式为响应因子乘以积分面积计算出来，如果积分面积为0，则甲烷值就为0。

3.2.2 对多组分值为0mole%的故障分析

多组分值为0mole%，一般可分为轻组分值均为0mole%，或者重组分值为0mole%，或者C3～C5的组分值为0mole%的情况。

假设为轻组分值为0mole%情况，由于仅为部分组分值为0，则排除TCD探头故障等公共问题。通过对比故障谱图和正常谱图，如果整体组分出峰时间正常，则查看积分是否打开，对比积分时间是否调整；如果整体组分出峰时间晚，则可能存在双柱阀打开时间较晚。

假设为重组分值为0mole%情况，查看故障谱图，重组分如果有正确时间出峰，则检查积分打开情况；如果重组分没有在正确时间段出峰，则在其他时间段查找异常峰，通过对比正常谱图，调节采样阀时间。

图8 双柱阀(Valve# 3 on)打开时间

3.2.3 对全部组分值为0mole%的故障分析

图9 积分(inhibit off)开关

对于这种情况，通过打开故障谱图，查看是出峰情况：如果无任何峰，且谱图与基线谱图完全一致，则可以判断为样气回路问题，一般为样气采样阀为打开、样气电磁阀故障等；如果有峰但波动异常，则检查TCD探头是否故障、模拟回路故障情况、模拟卡件故障情况；如果有峰且出峰正常，检查积分开关是否打开。

3.2.4 对组分值误差大的故障分析

有组分值，但没有在误差范围内，甚至误差过大。通过查看故障谱图和正常谱图，不管是出峰时间还是峰高都几乎完全一致，但就是误差大；此时，可以查看MON2000存储的标气组分与现场标气组分一致情况，可能是色谱仪标气组分与样气组分值差异大，导致分析不准确，或者是更换合适的标气后，未进行标定，响应因子存在较大变化。

图10 标气组分

4 结 语

DANIEL气相色谱仪在使用过程中，不可避免出现各种故障，但只要抓住常见故障以及谱图分析方法，就能够解决大部分问题。同时，对于谱图分析法，不应该脱离色谱仪分析仪系统的分析流程，只有对分析仪阀门动作情况、积分开关情况、积分开始时间等都比较熟悉的情况下，分析对比故障谱图和正常谱图的情况，才能够准确分析故障，及时解决问题。由于历史正常谱图的重要性，因此，建议经常对历史谱图进行保存，满足维修需求。掌握谱图分析法，能够有效及时处理问题，减少设备故障时间，同时减少厂家服务费用。