基于過程控制提高渦街流量計天然氣分析質量

摘 要:GB 17820《天然氣》規(guī)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(guī)則。本文根據(jù)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(guī)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(guī)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(guī)定了試驗方法和檢驗規(guī)則，但在實際分析過程中，影響分析數(shù)據(jù)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(xiàn)場人工取樣、實驗室儀器分析、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(tài)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(tǒng)中應現(xiàn)，在取樣系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(tǒng)性)的變可用統(tǒng)計方法來確定，在某個特定的時間周期內應采集的樣品數(shù)為 n，計算樣品數(shù)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(xiàn)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(fā)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(wěn)定性能的影響，色譜處在穩(wěn)定狀態(tài)下測試的數(shù)據(jù)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(fā)生部分凝析，在進樣前一定要確保樣品不發(fā)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(fā)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(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理在手工計算的方式下，極大可能發(fā)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(fā)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(shù)據(jù)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(tài)，在層流或二相流狀態(tài)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?jù)氣源變化情況，由式(1)計算得出。對于氣源變動較大，如 LNG 混合外輸?shù)那闆r，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(wěn)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。