硫化氫在線分析儀在天然氣處理廠的應(yīng)用分析

李曉方

（中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000）

硫化氫在線分析儀在天然氣處理廠的應(yīng)用分析

李曉方

（中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000）

蘇里格氣田設(shè)計中不含脫硫脫碳單元，所有設(shè)備在材質(zhì)選擇上也未考慮抗硫性能，為了監(jiān)控天然氣中硫化氫含量情況，蘇里格天然氣處理廠通過每日對集氣干線硫化氫進行檢測，及時掌握天然氣中硫化氫含量，但存在化驗做樣時間長、人員勞動強度大、不能實時監(jiān)測、檢測數(shù)據(jù)不準確等弊端。本文通過對集中硫化氫檢測方法進行分析，著重介紹Envent公司的Model 331型硫化氫在線分析儀在天然氣處理廠產(chǎn)品氣分析中的應(yīng)用情況，并對運行過程中的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)進行詳細分析，同時與周期順勢取樣數(shù)據(jù)進行比較，并對331型H2S在線分析儀在日常運行中的維護問題進行說明。

天然氣處理廠；集氣干線；硫化氫含量；在線檢測儀

1 天然氣處理廠集氣干線硫化氫人工檢測方法

1.1 天然氣處理廠集氣干線簡介

天然氣處理廠目前有集氣干線9條，年天然氣處理能力達30億m3。目前9條集氣干線，其中蘇1-5干線、蘇4-3干線、蘇1-8干線硫化氫含量偶爾大于20 mg/m3，其余六條干線硫化氫含量均低于20 mg/m3。為確保外輸天然氣氣質(zhì)指標合格，需要對配氣匯管天然氣中硫化氫含量進行實時、持續(xù)性的檢測，當(dāng)硫化氫含量偏高時，及時調(diào)整上游氣源，防止發(fā)生生產(chǎn)事故。1.2處理廠集氣干線硫化氫檢測方法簡介

1.2.1 碘量法對集氣干線硫化氫進行檢測

（1）碘量法簡介，用過量的乙酸鋅溶液吸收天然氣中的硫化氫，生成硫化鋅白色沉淀。然后加入過量準確的碘溶液氧化已生成的硫化鋅，剩余的碘用硫代硫酸鈉標準溶液滴定，與空白滴定相對比可測出天然氣中硫化氫的含量。反應(yīng)方程式為：

（2）計算方法，

式中：V空-空白滴定時，硫代硫酸鈉標準溶液消耗量；V測-樣品滴定時，硫代硫酸鈉標準溶液消耗量；C標-硫代硫酸鈉標準溶液的濃度，mol/L；Vn-氣體的校正體積，L；17.04-硫化氫摩爾質(zhì)量，，g/mol； 11.88-20℃和101.325 kPa氣壓下，硫化氫的摩爾體積，，L/mol。

（3）允許差（兩次平行結(jié)果之差不大于表1中的數(shù)值）。

表1 碘量法允許誤差表

（4）存在問題：①化驗一個樣的取樣時間是10 min～15 min，加上化驗分析，搬運取樣設(shè)備等，做樣時間較長，人員工作量大；②不可持續(xù)、實時性測量；③對于低含量的硫化氫取樣時間較長；④由于是手工操作，不利于分析數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)化采集與傳輸；⑤化驗數(shù)據(jù)與人員操作熟練程度及標準程度有較大關(guān)系，偶然性大，數(shù)據(jù)準確度低。

1.2.2 XP-302M可燃氣體檢測儀檢測法

（1）檢測氣體種類及檢測范圍：①可燃性氣體：0%～100%LEL；②硫化氫：0 mg/L～30 mg/L；③氧含量：0 vol%～25 vol%；④CO：0 mg/L～150 mg/L。

（2）可燃氣體檢測儀檢測法存在問題：①數(shù)據(jù)存在偏差，準確度相對其他檢測方法較低；②硫化氫檢測范圍較小，超過30 mg/m3無法進行檢測，存在局限性。

2 天然氣中硫化氫在線檢測方法簡介

就目前為止，國內(nèi)外有以下4種檢測方法可以實現(xiàn)在線硫化氫檢測（見表2）。

表2 4種檢測方法優(yōu)缺點對照表

通過4種測量方法的對比，醋酸鉛紙帶法不僅有國家標準支撐，而且抗干擾能力強，準確度高，維護簡單，功耗低，適應(yīng)處理廠的需求[1，2]。

3 331型硫化氫在線儀結(jié)構(gòu)及原理

針對天然氣處理廠氣質(zhì)條件及工藝條件，采用ENVENT公司生產(chǎn)的331型硫化氫在線分析儀，對產(chǎn)品氣中的H2S進行連續(xù)精確測量，分析周期較短，提高了分析頻率，對外輸氣中的硫化氫含量實現(xiàn)了實時監(jiān)測。

3.1 儀器結(jié)構(gòu)

331型硫化氫在線分析儀主要由：采樣系統(tǒng)、稀釋系統(tǒng)、分析系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)等五部分組成。采樣系統(tǒng)：包括氣源、進樣閥、過濾器和壓力表等；稀釋系統(tǒng)：包括調(diào)節(jié)閥、流量計、檔位開關(guān)、稀釋器等；

分析系統(tǒng)：包括反應(yīng)氣室、醋酸鉛紙帶、光學(xué)傳感頭和中央處理單元等；

操作系統(tǒng)：包括顯示器、按鍵、操作菜單等；

記錄系統(tǒng)：包括下載軟件、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)線等。

3.2 測量的原理

331型在線硫化氫分析儀系統(tǒng)是基于醋酸鉛紙帶法原理，僅有硫化氫與醋酸鉛反應(yīng)，使紙帶變?yōu)楹稚?，硫化氫的含量直接與醋酸鉛紙帶上顏色的變化成正比，通過高精度光電傳感器檢測紙帶上顏色的變化，從而推算出硫化氫的濃度值。檢測公式如下：

最后通過4 mA～20 mA信號傳至中控室，實現(xiàn)了與處理場內(nèi)DCS系統(tǒng)的無縫結(jié)合。醋酸鉛紙帶是最可靠的，不受其他硫化物的干擾，從而實現(xiàn)了高精度、線性輸出。

4 331型硫化氫在線分析儀在天然氣處理廠的應(yīng)用效果及維護

4.1 應(yīng)用效果分析

天然氣處理廠通過在配氣匯管增設(shè)331型硫化氫在線分析儀[3，4]，實現(xiàn)了產(chǎn)品氣硫化氫含量實時、持續(xù)的檢測，331型硫化氫在線分析儀測量范圍0 mg/L～50 mg/L（0～33.33 mg/m3）。

硫化氫在線分析儀與碘量法檢測數(shù)據(jù)的對比分析（見圖1）。

圖1 在線分析儀與碘量法測量數(shù)據(jù)對比圖

從圖1數(shù)據(jù)可以算出，硫化氫在線分析儀與碘量法的最大誤差為1.73 mg/m3，平均誤差為0.14 mg/m3，方差為2.07。

硫化氫在線分析儀檢測數(shù)據(jù)與標準氣（24 mg/L）的5次對比分析（見圖2）。

圖2 在線分析儀與標準氣體數(shù)據(jù)對比圖

從圖2數(shù)據(jù)可以算出，硫化氫在線分析儀與標準氣的最大誤差為1.4 mg/L，平均誤差為0.34 mg/L，方差為0.28。

根據(jù)計算結(jié)果可以看出：（1）311型硫化氫在線分析儀檢測結(jié)果與碘量法分析、標氣基本一致，其誤差滿足儀表誤差要求，能滿足現(xiàn)場使用要求；（2）硫化氫在線儀在裝置運行平穩(wěn)的情況下，其測量數(shù)據(jù)的重復(fù)性滿足儀器的技術(shù)指標，儀器穩(wěn)定性良好。

4.2 日常使用過程的維護

（1）日常檢查過程中注意檢查轉(zhuǎn)盤是否緊，紙帶長度是否足夠，醋酸加濕器液面是否到達標準線，流量計是否有灰塵或者水分，是否需要更換前過濾器；（2）定期對在線硫化氫分析儀進行標定，一般3～6個月標定一次，標定時注意標準氣體的硫化氫濃度應(yīng)該接近在線分析儀的報警值，也可選擇濃度為在線分析儀量程的3/4標準氣；（3）定期需要更換過濾器，更換的頻次根據(jù)樣氣中所含液體、大顆粒微塵的多少決定，每次校準時對過濾器進行檢查；（4）每次檢查時注意保證加濕器中含有醋酸溶液，當(dāng)校準在線分析儀或者更換紙帶時注意將加濕器中的醋酸溶液加到刻度位置，以確保加濕器能夠?qū)託膺M行加濕。

4.3 使用過程中存在的問題和解決措施

（1）一級過濾減壓后氣體壓力偏高為137.9 kPa（正常為103.4 kPa）。解決措施：通過對過濾減壓閥進行調(diào)節(jié)，將現(xiàn)場的氣體壓力調(diào)節(jié)至103.4 kPa，氣體流速調(diào)節(jié)至2 m/s～4 m/s，并保持平穩(wěn)。

（2）在線監(jiān)測儀的儀表接地接在箱體上，同時在線檢測儀的供電接地通過接地端子連接至箱體，然后再連接到接地端。強電跟弱電的接地在一塊，可能導(dǎo)致信號干擾。解決措施：將原在線儀的供電接地中間部分拆除，直接從供電接地端連接至接地扁鐵。

（3）在線分析儀分析數(shù)據(jù)每天中午到晚上10點都保持正常，每到晚上11點到早上9點數(shù)據(jù)持高不下。解決措施：為在線分析儀的排氣管添加電伴熱，由于晚上溫度低，在線分析儀中的氣經(jīng)過醋酸溶液濕潤后，氣中帶有水分，水分在出箱時遇冷凝結(jié)，結(jié)冰堵塞排氣口，造成大量的天然氣集聚，導(dǎo)致紙帶一直與氣體反應(yīng)，紙帶顏色變?yōu)楹诤稚?，傳感器測得數(shù)據(jù)偏高。

5 建議及結(jié)論

5.1 建議

（1）將處理廠的硫化氫在線分析儀供電全部改為UPS供電，避免電源波動對分析數(shù)據(jù)造成影響。

（2）進入冬季運行后，可以將在線分析儀中的醋酸溶液去掉（去掉醋酸后延長反應(yīng)時間降低監(jiān)測頻次），防止排氣管凍堵，分析數(shù)據(jù)不準確。

（3）監(jiān)測儀中醋酸溶液容器沒有使用密閉容器，醋酸遇熱揮發(fā)后在檢測儀內(nèi)部聚集，導(dǎo)致元器件和箱體容易發(fā)生銹蝕，建議在后續(xù)產(chǎn)品中能做到密閉醋酸溶液。

（4）在線檢測儀在運行中為了確保運行數(shù)據(jù)真實可靠，需定期用碘量法和標準氣進行比對。

（5）當(dāng)在線分析儀發(fā)出硫化氫報警時，需要及時用碘量法進行核查。

5.2 結(jié)論

（1）通過對天然氣處理廠集氣干線增設(shè)在線硫化氫分析儀，確保天然氣中硫化氫含量可以及時有效監(jiān)測，科學(xué)指導(dǎo)生產(chǎn)，降低生產(chǎn)中安全隱患。

（2）利用在線儀表對天然氣中硫化氫進行實時分析，降低化驗工工作量，適應(yīng)氣田快速發(fā)展的需要，為進一步建成數(shù)字化大氣田夯實基礎(chǔ)。

（3）促進管理方式的數(shù)字化轉(zhuǎn)變，進一步提高和完善數(shù)字化管理措施，有利于基層單位管理水平進一步提升。

［1］劉曉琴，等.硫化氫在線分析儀在天然氣分析中的應(yīng)用［J］.中國儀器儀表，2009，（12）：89-91.

［2］趙一平，等.在線分析儀在四川天然氣管線上的應(yīng)用［J］.天然氣工業(yè)，2003，23（3）：110-113.

［3］YK331-PL.在線硫化氫分析儀在天然氣管線上的應(yīng)用方案［S］.2011.

［4］黃韻弘.天然氣中硫化氫含量的測定-碘量法影響分析結(jié)果的主要因素［J］.天然氣與石油，2007，25（1）：23-25.

TE968

A

1673-5285（2016）01-0104-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.01.028

2015-12-16

李曉方，男（1989-），學(xué)士，助理工程師，研究方向為自動化控制及在線儀器儀表。