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用气相色谱仪快速分析管道天然气成分

点击次数:273   发布时间:2019/9/16 15:05:47

        天然气成分进行准确分析可有效提高计量的准确性。目前天然气的计量主要有两种方法: 体积计量和能量计量[ 1] 。天然气各组分含量是天然气计量的基础参数气相色谱仪法是测量天然气组成*常用的方法。气相色谱法具有选择性高、分离效率高、灵敏度高、分析速度快、应用范围广等特点[ 2, 3 ] 在大型天然气贸易计量中, 在线气相色谱仪已成为必不可少的计量设备, 通过在线色谱仪实时取样分, 得到天然气组成及其密度、发热量等物性参数并将结果及时输入到流量计算机中, 实现对天然气流量和能量进行及时修正, 确保天然气流量计量准确可靠[ 4] 笔者从输气管道压力表处取得天然气样品, 用气相色谱仪分析其中的组分。在进行气体分析之前, 利用 校准 重新处理 相结合的办法, 仪器配套软件的程序方法进行了校准与传统的校准- 再分析 法相比, 缩短了分析时, 节约了经费, 提高了工作效率。方法的分析结果准确度高。实验部分主要仪器与试剂色谱条件气体分析仪器: 采用气相色谱 其内部结构示意图如图1示。

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  气相色谱仪内部结构示意
  标准气体: 编号489620, 包装于8 L的铝合金气瓶中, 填充压力9MPa, 中国计量科学研究院; 编号充装于8 L的铝合金气瓶中, 填充压力中国石油西南油田分公司天然气研究院。标准气各组分含量如表1所示。1 标准气各组分的含量组分标准气体489620标准气体含量相对不确定度1) 含量相对不确定度
 

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  注: 1)包含因子k= 2
  通道A: 固定体积进样器, 色谱柱为与热导检测器TCD1相连; B: 固定体积进样器, 色谱柱为与热导检测器TCD2 相连; 载气: 氦气纯度99. 999% ); 真空泵辅助进样; 样品气流速
  取样方式
  采用充气排空法[ 5] 取样, 具体步骤如下将高压取样器进气端与不锈钢导管相连另一端与延伸管相连, 打开进口旋塞阀  打开输气管线上取样口的针型阀, 吹扫接除去连接处铁锈等杂质迅速将取样导管与取样口相连, 垂直握住取样瓶, 随即开通后端旋塞, 天然气从顶阀流入, 阀流出, 用天然气吹扫取样器, 置换内部空气关闭后旋塞阀, 让瓶内充满气, 使瓶内压力接近管输天然气的压力打开后旋塞阀, 将样品气通过延伸管放空至大气重复( 4)( 5)步骤3, 观察延伸管尾是否有液体痕迹*后一次吹扫, 达到容器压力后, 先关闭出口旋塞, 再迅速关闭入口旋塞, *后关闭取样口针型阀。检查容器气密性, 取样完成。
  分析步骤
  载气接入色谱仪气路入口, 调节载气出口压力在0. 10~ 0. 50MPa之间, 检查仪器载气出口是否有气体出来。封闭气流出口, 检查载气流路、色谱柱及各连接处密封情况。打开色谱仪电源, 与控制计算机相连, 设定计算机IP地址, 调用化学工作站软件下载分析方法, 仪器运行转30 m in稳定。将编号为489620 的标准气气瓶与仪器连, 调节瓶出口压力为0. 2MPa左右, 控制气体流速80mL /m in左右, 对仪器进行校准后, 即可进行气体组分分析。
  校准方法
  天然气主要成分是甲烷, 此外还有少量的C3H8C4H10C5H12N2CO2等。天然气各组分在色谱柱中吸附与解析能力不同, 使各组分的保留时间不同, 其中极性组分C3H8C4H10C5H12以及由检测器TCD1 检测出, 非极性组分N2CH4
C2H6由检测器TCD2检测出。1. 2色谱条件测定标准气体, 得到标气各组分的峰面积As, 输入标准气中相应组分的含量  即可得到该组分的校正因子f = y s /As。然后再根据得到的校正因子测定该标准气, 如果测定的组分含量在规定的误差范围内, 则完成校准; 如果误差较, 调整各组分的保留时间, 用调整后的方法重新处理前一组数据, 直到误差控制在规定范围之内。
  分析结果计算
  用外标法按式( 1)计算样品气中各组分的体积分数式中: 样气中组分i的体积分数组分i的峰面积组分i 的校正因子(标气的体积分数与标气峰面积之比) , 从校正表中得到。每个组分的原始含量X i 乘以100, 再除以所有组分原始含量的总和, 即为每个组分归一的摩尔分数。所有组分原始含量的总和与100% 的差值不超1%。根据计算的天然气各组分的含量, 通过相应的软件操作, 计算得到天然气的密度、发热量、沃泊指数[ 6]
  结果与讨论
  样品色谱图
  检测结果显示, 丙烷、丁烷、戊烷以及碳六加组
  分在TCD1上检测出, 而氮气、甲烷、二氧化碳、乙烷
  峰在TCD2 上检测出, 各组分出峰时间如图2图所示

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  精密度试验
  用重复性和再现性表征仪器的精密度[ 7] 。本实验的重复性是指1人连续3次测定结果差值的*大值, 再现性是3 人对同一样品测定结果的差值。重复性和再现性试验结果分别见表2、表3
  为检验仪器分析结果的准确性, 取编号为的天然气标准气作为样品气进行分析, 分析结果见表4。本方法的测定结果准确可靠。
  表4 天然气分析结果

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  组分标准值测定值相对误差
  结语
  采用气相色谱仪对山东管道天然气进行取样分析。结果表明, 该方法具有选择性、分离效率、灵敏度高, 分析速度快, 实验重复性和再现性较好, 操作方便的特点, 分析结果准确可靠, 提高山东管网天然气计量的准确性起到了重要的作用。

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