綜合檢漏儀在天然氣管網運行維護中的應用

作者：高順利顏丹平于燕平孫立國趙文忠　　評論：　更新日期：2012年09月10日

摘要：闡述了乙烷分析的氣相色譜分離原理，應用基于氣相色譜技術的檢測設備和技術方法，解決了長期以來地下沼氣對天然氣管網泄漏判斷的干擾問題，避免了無效開挖，節(jié)省了開挖費用。通過實際的數(shù)據(jù)分析，總結出目前北京市的天然氣疑似漏點約有40%是地下沼氣干擾所致。

關鍵詞：天然氣泄漏；檢漏；沼氣；乙烷檢測；氣相色譜

Application of Integrated Detector in Operation and Maintenance of Natural Gas Network

GAO Shun-li，YAN Dan-ping，YU Yan-ping，SUN Li-guo，ZHA0 Wen-zhong

Abstract：The separation principle of ethane by gas chromatography is expounded. By using the detection equipment and technical methods based on gas chromatography，the long-term interference of marsh gas with leakage judgment of natural gas network is solved，the invalid excavation is avoided，and the excavation cost is saved. Through the actual data analysis，it is summarized that about 40%of suspicious points of natural gas leakage in Beijing arise from interference of underground marsh gas.

Key words：natural gas leakage；leakage detection；marsh gas；ethane detection；gas chromatography

1 天然氣管網檢漏所面臨的難題

??? 由于地下沼氣的干擾，經常會誤判天然氣泄漏，而導致無效開挖，給燃氣公司造成人力、財力的浪費。此外，由地下沼氣所引起的爆炸事故^[1]以及由此所引發(fā)的責任認定也經常困擾著燃氣公司。

? ??城市地下沼氣是排水管道和化糞池內的有機物在微生物的作用下產生的，其主要組分是甲烷。由于天然氣的主要組分也是甲烷，而燃氣管道與排水管道經常比鄰，因此地下沼氣對天然氣泄漏的判斷產生干擾。表1、2分別給出了一些地區(qū)的天然氣和沼氣的主要組成。表1中其他氣體指氮氣、硫化氫、二氧化碳等，氣田中陜甘寧氣田是北京市氣源。

表1 天然氣主要組成(體積分數(shù))??? %

油氣田名稱		甲烷	乙烷	丙烷	丁烷	戊烷以上	不飽和烴	其他氣體
油田	大慶	80.75	1.95	7.67	5.62	3.31	0.00	0.70
	勝利	86.60	4.20	3.50	2.60	1.40	0.00	1.70
	大港	76.29	11.00	6.00	4.00	0.00	0.00	2.71
	遼河	81.10	7.90	4.60	4.37	1.00	0.00	1.03
氣田	自貢	97.78	0.64	0.15	0.00	0.00	0.02	1.43
	隆昌	95.48	1.50	0.41	0.00	0.00	0.07	2.61
	威遠	97.78	0.61	0.15	0.00	0.00	O.02	1.46
	瀘州	96.38	1.57	0.42	0.00	0.00	0.02	1.63
	納溪	96.74	1.42	0.44	0.00	0.00	0.15	1.40
	陜甘寧	95.52	1.72	0.25	0.00	0.00	O.00	2.51

表2 沼氣的組成(體積分數(shù))??? %

甲烷	乙烷	二氧化碳	其他氣體
65.00	0.00	30.00	5.00
注：各地的沼氣組成各不相同，此處是北京市排水管道沼氣組成。

由表1、2可以看出，雖然天然氣和沼氣的主要組分都是甲烷，但是天然氣中含有乙烷，而沼氣中沒有，因此可以用乙烷作為“特征組分”來區(qū)別天然氣和沼氣。氮氣、硫化氫、二氧化碳等氣體，在自然界普遍存在，不能作為特征組分。因此在檢測天然氣泄漏過程中，如果能夠檢測出天然氣的特征組分乙烷，即可確定疑似漏點是輸氣管道的天然氣泄漏，否則是地下沼氣。

2 氣相色譜分析原理悼J

2.1 普通色譜分析儀

??? 氣相色譜法是一種色譜分析法，色譜分析是對多組分混合物分離、分析的方法，此法利用物質理化性質的不同進行分離，并測定混合物中各組分的含量。色譜分析中有兩相，即流動相和固定相。固定相可以是固體吸附劑，也可以是液體涂漬在載體上的固定相；流動相可以是氣體，也可以是液體。用液體作為流動相的色譜稱為液相色譜，用氣體作為流動相的色譜稱為氣相色譜。

??? 色譜分析法的分離原理就是利用待分離的各種物質在兩相中的分配系數(shù)、吸附能力等親和能力的不同來進行分離。利用外力(通常是載氣)使含有樣品的流動相(氣體或液體)通過一固定于柱中或平板上、與流動相互不相溶的固定相表面。當流動相中攜帶的混合物流經固定相時，混合物中的各組分與固定相發(fā)生相互作用。色譜柱是色譜分析儀的核心部件，色譜柱分為填充柱和毛細管柱兩類，固定相填充在柱管內。

??? 由于混合物中各組分在性質和結構上的差異，因此與固定相之間產生的作用力的大小、強弱不同。隨著流動相的流動，混合物在兩相間經過反復多次的分配平衡，使得各組分被固定相保留的時間不同，從而按一定次序由固定相中依時間順序先后流出。然后，在色譜柱后用檢測儀器(例如半導體檢測器、氫火焰檢測器、電子捕獲檢測器或火焰光度檢測器等)檢測，實現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測。

??? 雖然氣相色譜分析儀早已用于實驗室檢測，但由于需要現(xiàn)場取樣送到實驗室，并且在取樣、樣品運輸過程以及結果分析方面都有比較嚴格的技術要求，導致很難滿足燃氣公司現(xiàn)場判斷到底是天然氣泄漏還是沼氣逸出的要求。因此燃氣公司迫切需要一種在現(xiàn)場就能快速判斷疑似漏點是沼氣逸出還是天然氣泄漏的設備，以保證管網的安全運行。

2.2 德國豎威燃氣管網綜合檢漏儀

??? 北京市燃氣集團有限責任公司燃氣輸配分公司(以下簡稱輸配分公司)從德國引進了管網綜合檢漏儀，在實踐中很好地解決了這個難題。德國豎威公司的最新產品HS680，是目前國內最先進的現(xiàn)場分析儀器之一，通過內置氣相色譜分析儀，可第一時間對現(xiàn)場的氣體做出準確分析，并且對每次分析結果進行存儲、打印、歸檔，提供了完善的系統(tǒng)解決方案。

??? 該儀器主要技術參數(shù)：最短工作時間為8h，工作環(huán)境溫度為-10～40℃，工作環(huán)境壓力為95～110kPa，外形尺寸為148mm×57mm×205mm，質量約1kg。

? ??該儀器的特點如下：

? ??① 其半導體檢漏傳感器探測精度高，能夠發(fā)現(xiàn)極微小的泄漏，紅外線傳感器通過探孔能夠確定漏點的位置。

??? ② 能夠在現(xiàn)場進行乙烷分析，并確認疑似漏點是來源于沼氣干擾還是天然氣泄漏。與實驗室氣相色譜分析儀不同，此儀器不需載氣和載氣瓶，而是采用真空吸泵加真空罐的方式，為樣品通過色譜柱提供動力。真空吸泵相當于采樣器，真空罐則相當于樣品的比例分配器。對于任何濃度的氣體樣品，都會按照程序對其進行稀釋或者濃縮至標準濃度，故該儀器能夠始終給出穩(wěn)定清晰的氣體樣品氣相色譜圖。圖1為儀器屏幕顯示的天然氣氣相色譜圖。