硫化氢在线分析仪在天然气处理厂的应用分析

2016-12-01李晓方

石油化工应用 2016年1期

关键词：碘量集气纸带

李晓方

（中国石油长庆油田分公司第三采气厂，内蒙古鄂尔多斯017000）

硫化氢在线分析仪在天然气处理厂的应用分析

李晓方

（中国石油长庆油田分公司第三采气厂，内蒙古鄂尔多斯017000）

苏里格气田设计中不含脱硫脱碳单元，所有设备在材质选择上也未考虑抗硫性能，为了监控天然气中硫化氢含量情况，苏里格天然气处理厂通过每日对集气干线硫化氢进行检测，及时掌握天然气中硫化氢含量，但存在化验做样时间长、人员劳动强度大、不能实时监测、检测数据不准确等弊端。本文通过对集中硫化氢检测方法进行分析，着重介绍Envent公司的Model 331型硫化氢在线分析仪在天然气处理厂产品气分析中的应用情况，并对运行过程中的运转数据进行详细分析，同时与周期顺势取样数据进行比较，并对331型H2S在线分析仪在日常运行中的维护问题进行说明。

天然气处理厂；集气干线；硫化氢含量；在线检测仪

1 天然气处理厂集气干线硫化氢人工检测方法

1.1 天然气处理厂集气干线简介

天然气处理厂目前有集气干线9条，年天然气处理能力达30亿m3。目前9条集气干线，其中苏1-5干线、苏4-3干线、苏1-8干线硫化氢含量偶尔大于20 mg/m3，其余六条干线硫化氢含量均低于20 mg/m3。为确保外输天然气气质指标合格，需要对配气汇管天然气中硫化氢含量进行实时、持续性的检测，当硫化氢含量偏高时，及时调整上游气源，防止发生生产事故。1.2处理厂集气干线硫化氢检测方法简介

1.2.1 碘量法对集气干线硫化氢进行检测

（1）碘量法简介，用过量的乙酸锌溶液吸收天然气中的硫化氢，生成硫化锌白色沉淀。然后加入过量准确的碘溶液氧化已生成的硫化锌，剩余的碘用硫代硫酸钠标准溶液滴定，与空白滴定相对比可测出天然气中硫化氢的含量。反应方程式为：

（2）计算方法，

式中：V空-空白滴定时，硫代硫酸钠标准溶液消耗量；V测-样品滴定时，硫代硫酸钠标准溶液消耗量；C标-硫代硫酸钠标准溶液的浓度，mol/L；Vn-气体的校正体积，L；17.04-硫化氢摩尔质量，，g/mol； 11.88-20℃和101.325 kPa气压下，硫化氢的摩尔体积，，L/mol。

（3）允许差（两次平行结果之差不大于表1中的数值）。

表1 碘量法允许误差表

（4）存在问题：①化验一个样的取样时间是10 min～15 min，加上化验分析，搬运取样设备等，做样时间较长，人员工作量大；②不可持续、实时性测量；③对于低含量的硫化氢取样时间较长；④由于是手工操作，不利于分析数据的数据化采集与传输；⑤化验数据与人员操作熟练程度及标准程度有较大关系，偶然性大，数据准确度低。

1.2.2 XP-302M可燃气体检测仪检测法

（1）检测气体种类及检测范围：①可燃性气体：0%～100%LEL；②硫化氢：0 mg/L～30 mg/L；③氧含量：0 vol%～25 vol%；④CO：0 mg/L～150 mg/L。

（2）可燃气体检测仪检测法存在问题：①数据存在偏差，准确度相对其他检测方法较低；②硫化氢检测范围较小，超过30 mg/m3无法进行检测，存在局限性。

2 天然气中硫化氢在线检测方法简介

就目前为止，国内外有以下4种检测方法可以实现在线硫化氢检测（见表2）。

表2 4种检测方法优缺点对照表

通过4种测量方法的对比，醋酸铅纸带法不仅有国家标准支撑，而且抗干扰能力强，准确度高，维护简单，功耗低，适应处理厂的需求[1，2]。

3 331型硫化氢在线仪结构及原理

针对天然气处理厂气质条件及工艺条件，采用ENVENT公司生产的331型硫化氢在线分析仪，对产品气中的H2S进行连续精确测量，分析周期较短，提高了分析频率，对外输气中的硫化氢含量实现了实时监测。

3.1 仪器结构

331型硫化氢在线分析仪主要由：采样系统、稀释系统、分析系统、操作系统、记录系统等五部分组成。采样系统：包括气源、进样阀、过滤器和压力表等；稀释系统：包括调节阀、流量计、档位开关、稀释器等；

分析系统：包括反应气室、醋酸铅纸带、光学传感头和中央处理单元等；

操作系统：包括显示器、按键、操作菜单等；

记录系统：包括下载软件、应用软件、数据线等。

3.2 测量的原理

331型在线硫化氢分析仪系统是基于醋酸铅纸带法原理，仅有硫化氢与醋酸铅反应，使纸带变为褐色，硫化氢的含量直接与醋酸铅纸带上颜色的变化成正比，通过高精度光电传感器检测纸带上颜色的变化，从而推算出硫化氢的浓度值。检测公式如下：

最后通过4 mA～20 mA信号传至中控室，实现了与处理场内DCS系统的无缝结合。醋酸铅纸带是最可靠的，不受其他硫化物的干扰，从而实现了高精度、线性输出。

4 331型硫化氢在线分析仪在天然气处理厂的应用效果及维护

4.1 应用效果分析

天然气处理厂通过在配气汇管增设331型硫化氢在线分析仪[3，4]，实现了产品气硫化氢含量实时、持续的检测，331型硫化氢在线分析仪测量范围0 mg/L～50 mg/L（0～33.33 mg/m3）。

硫化氢在线分析仪与碘量法检测数据的对比分析（见图1）。

图1 在线分析仪与碘量法测量数据对比图

从图1数据可以算出，硫化氢在线分析仪与碘量法的最大误差为1.73 mg/m3，平均误差为0.14 mg/m3，方差为2.07。

硫化氢在线分析仪检测数据与标准气（24 mg/L）的5次对比分析（见图2）。

图2 在线分析仪与标准气体数据对比图

从图2数据可以算出，硫化氢在线分析仪与标准气的最大误差为1.4 mg/L，平均误差为0.34 mg/L，方差为0.28。

根据计算结果可以看出：（1）311型硫化氢在线分析仪检测结果与碘量法分析、标气基本一致，其误差满足仪表误差要求，能满足现场使用要求；（2）硫化氢在线仪在装置运行平稳的情况下，其测量数据的重复性满足仪器的技术指标，仪器稳定性良好。

4.2 日常使用过程的维护

（1）日常检查过程中注意检查转盘是否紧，纸带长度是否足够，醋酸加湿器液面是否到达标准线，流量计是否有灰尘或者水分，是否需要更换前过滤器；（2）定期对在线硫化氢分析仪进行标定，一般3～6个月标定一次，标定时注意标准气体的硫化氢浓度应该接近在线分析仪的报警值，也可选择浓度为在线分析仪量程的3/4标准气；（3）定期需要更换过滤器，更换的频次根据样气中所含液体、大颗粒微尘的多少决定，每次校准时对过滤器进行检查；（4）每次检查时注意保证加湿器中含有醋酸溶液，当校准在线分析仪或者更换纸带时注意将加湿器中的醋酸溶液加到刻度位置，以确保加湿器能够对样气进行加湿。

4.3 使用过程中存在的问题和解决措施

（1）一级过滤减压后气体压力偏高为137.9 kPa（正常为103.4 kPa）。解决措施：通过对过滤减压阀进行调节，将现场的气体压力调节至103.4 kPa，气体流速调节至2 m/s～4 m/s，并保持平稳。

（2）在线监测仪的仪表接地接在箱体上，同时在线检测仪的供电接地通过接地端子连接至箱体，然后再连接到接地端。强电跟弱电的接地在一块，可能导致信号干扰。解决措施：将原在线仪的供电接地中间部分拆除，直接从供电接地端连接至接地扁铁。

（3）在线分析仪分析数据每天中午到晚上10点都保持正常，每到晚上11点到早上9点数据持高不下。解决措施：为在线分析仪的排气管添加电伴热，由于晚上温度低，在线分析仪中的气经过醋酸溶液湿润后，气中带有水分，水分在出箱时遇冷凝结，结冰堵塞排气口，造成大量的天然气集聚，导致纸带一直与气体反应，纸带颜色变为黑褐色，传感器测得数据偏高。