摘 要:GB 17820《天然氣》規定了通過管道輸送的商品天然氣的技術要求、試驗方法和檢驗規則。本文根據渦街流量計商品天然氣離線檢測流程，將天然氣離線分析質量控制過程分為 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制點及技術要求。
1 前言
GB 17820 －2018《天然氣》［1］ 規定了通過管道輸送的商品天然氣的技術要求、試驗方法和檢驗規則，見表1 所示。
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，標準中雖然規定了試驗方法和檢驗規則，但在實際分析過程中，影響分析數據質量的因素仍有很多，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 1 所示，即現場人工取樣、實驗室儀器分析、數據處理、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、數據處理及證書編制等 4 個過程，在各個過程中影響天然氣分析質量的主要因素如下:
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，在取樣系統中應避免層流出現，在取樣系統和氣體管道內，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］ 實驗數據結果表明，對于試驗的單相無凝析的天然氣，取樣探頭距離在 5D 到 20D 的范圍內，天然氣各個組分的分析結果均滿足 GB/T 13610 － 2014 的再現性要求;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“取樣探頭插入管中，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 1/3D，對于大口經流量計(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(系統性)的變化。取樣頻率可用統計方法來確定，在某個特定的時間周期內應采集的樣品數為 n，計算樣品數的公式可見式 ［4］ (1):
(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場取點樣的方式，圖 2 為其示意圖。
(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生部分凝析，特別是在有重組分存在的樣品中;二是吸附和解吸，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，即使在高壓下，水或大氣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，例如在含有痕量硫化氫、水和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定性能的影響，色譜處在穩定狀態下測試的數據才有參考性。
(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。shou先是凝析，即樣品在運輸、存貯、進樣過程中可能發生部分凝析，在進樣前一定要確保樣品不發生凝析，特別是在有重組分存在的樣品中;其次是泄漏和擴散，即樣品在運輸、存貯、進樣過程中可能發生泄漏或擴散，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 數據處理
數據處理在手工計算的方式下，極大可能發生計算錯誤的問題。
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。數據處理及證書編制過程可通過管理措施消除，本文不予討論。
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#好在紊流狀態，在層流或二相流狀態下獲得的樣品對結果影響較大，應避開，取樣前確認流過取樣點的氣體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，可不考慮插入位置的影響，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。可根據氣源變化情況，由式(1)計算得出。對于氣源變動較大，如 LNG 混合外輸的情況，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。對變化頻繁的氣源取樣時，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中要防止樣品凝析，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，消除泄漏和擴散對檢測結果的影響。
4． 2 實驗室樣品氣分析
(1)分析儀器狀態控制。對分析儀器充分熱機，以確保分析儀器處在穩定狀態。以用色譜法分析天然氣組成為例，要求熱機 4 小時后，用載氣來觀察基線，當基線為平行于時間軸的直線時，認為色譜儀處在穩定狀態，可進行下步工作。
(2)標氣狀態控制。一是標氣為有證二級標準物質;二是對標氣進樣分析，取三次連續分析數據，計算各組分的重復性，滿足標準 GB/T 13610 要求方可進樣分析。
(3)樣氣控制。一是連接樣氣與分析儀器后，要進行驗漏，確保樣氣連接管路無泄漏，減少空氣擴散對檢沒結果的影響;二是檢查樣氣是否有凝析，特別對含有重組分的樣氣進行分析時尤其要注意，必要時對樣氣進行加溫處理，加熱時間和溫度應足以保證任何凝析烴在開始分析前全部重新氣化。
(4)合理吹掃時間。進樣前后要有充分的吹掃時間，以減少空氣擴散及不同氣體、不同組分的干擾。例如以吹掃時間不充分、空氣擴散到氣路中的情況分析:在 IC － gas －2015 － 01 天然氣組成分析實驗室間比對中，本試驗室 N 2 比對 Z 值為 3． 05，結果不滿意，數據顯示結果為偏高，如圖 4 所示。
分析過程:進標氣→吹掃→標氣校準→更換進樣氣→吹掃→樣氣分析。原因分析:每次進樣都需要單好對進樣系統進行
充分的吹掃，保證氣體管路及定量環被樣品充分置換。標氣分析后，需手動切換到進樣氣，中間有空氣混入。本次實驗中，由于樣品量小，在實驗過程中縮短了吹掃減壓閥體及進樣管路的時間。根據比對結果可見，上述操作過程可能存在導致 N 2 含量分析偏高的可能。改進措施:在進樣口前，加裝閥門控制，縮短進樣管路暴露空氣的長度，可相應減少吹掃時間。在 IC －gas －2017 －01 天然氣組成分析實驗室間比對中，本試驗室 N 2 比對 Z 值為 －0． 76，結果滿意。
5 結論及建議
通過對渦街流量計商品天然氣檢測過程進行劃分，并對各過程影響檢測結果的因素進行了分析，確定了檢測過程控制點和技術要求，得出如下結論:
(1)樣品取樣與運輸。一是探頭位置對取樣的影響是有爭議的，但根據 GB/T 13609 －2017，對于單相無凝析的充分混合均勻的天然氣，取樣探頭距離在 5D 到20D 的范圍內，可不考慮插入位置的影響;二是流過取樣點的天然氣應處在紊流狀態，不應是死氣;三是樣品取樣及運輸過程中，應避免凝析、泄漏等。
(2)實驗室樣品分析。一是樣品分析前應確保分析儀器處于穩定狀態;二是樣品分析前應確保樣品無泄漏、無凝析現象發生;三是樣品分析過程中應確保充分的吹掃時間。
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