摘要：闡述了乙烷分析的氣相色譜分離原理，應(yīng)用基于氣相色譜技術(shù)的檢測設(shè)備和技術(shù)方法，解決了長期以來地下沼氣對(duì)天然氣管網(wǎng)泄漏判斷的干擾問題，避免了無效開挖，節(jié)省了開挖費(fèi)用。通過實(shí)際的數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出目前北京市的天然氣疑似漏點(diǎn)約有40%是地下沼氣干擾所致。
關(guān)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(wǎng)檢漏所面臨的難題
??? 由于地下沼氣的干擾，經(jīng)常會(huì)誤判天然氣泄漏，而導(dǎo)致無效開挖，給燃?xì)夤驹斐扇肆?、?cái)力的浪費(fèi)。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(zé)任認(rèn)定也經(jīng)常困擾著燃?xì)夤尽?/span>
? ??城市地下沼氣是排水管道和化糞池內(nèi)的有機(jī)物在微生物的作用下產(chǎn)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?xì)夤艿琅c排水管道經(jīng)常比鄰，因此地下沼氣對(duì)天然氣泄漏的判斷產(chǎn)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?dú)?、硫化氫、二氧化碳等，氣田中陜甘寧氣田是北京市氣源?/span>
表1 天然氣主要組成(體積分?jǐn)?shù))??? %
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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(yuǎn) | 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?jǐn)?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?dú)?、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(diǎn)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(duì)多組分混合物分離、分析的方法，此法利用物質(zhì)理化性質(zhì)的不同進(jìn)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(dòng)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(dòng)相可以是氣體，也可以是液體。用液體作為流動(dòng)相的色譜稱為液相色譜，用氣體作為流動(dòng)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(zhì)在兩相中的分配系數(shù)、吸附能力等親和能力的不同來進(jìn)行分離。利用外力(通常是載氣)使含有樣品的流動(dòng)相(氣體或液體)通過一固定于柱中或平板上、與流動(dòng)相互不相溶的固定相表面。當(dāng)流動(dòng)相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時(shí)，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(xì)管柱兩類，固定相填充在柱管內(nèi)。
??? 由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，因此與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強(qiáng)弱不同。隨著流動(dòng)相的流動(dòng)，混合物在兩相間經(jīng)過反復(fù)多次的分配平衡，使得各組分被固定相保留的時(shí)間不同，從而按一定次序由固定相中依時(shí)間順序先后流出。然后，在色譜柱后用檢測儀器(例如半導(dǎo)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(shí)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(shí)驗(yàn)室檢測，但由于需要現(xiàn)場取樣送到實(shí)驗(yàn)室，并且在取樣、樣品運(yùn)輸過程以及結(jié)果分析方面都有比較嚴(yán)格的技術(shù)要求，導(dǎo)致很難滿足燃?xì)夤粳F(xiàn)場判斷到底是天然氣泄漏還是沼氣逸出的要求。因此燃?xì)夤酒惹行枰环N在現(xiàn)場就能快速判斷疑似漏點(diǎn)是沼氣逸出還是天然氣泄漏的設(shè)備，以保證管網(wǎng)的安全運(yùn)行。
2.2 德國豎威燃?xì)夤芫W(wǎng)綜合檢漏儀
??? 北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司燃?xì)廨斉浞止?span>(以下簡稱輸配分公司)從德國引進(jìn)了管網(wǎng)綜合檢漏儀，在實(shí)踐中很好地解決了這個(gè)難題。德國豎威公司的最新產(chǎn)品HS680，是目前國內(nèi)最先進(jìn)的現(xiàn)場分析儀器之一，通過內(nèi)置氣相色譜分析儀，可第一時(shí)間對(duì)現(xiàn)場的氣體做出準(zhǔn)確分析，并且對(duì)每次分析結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)、打印、歸檔，提供了完善的系統(tǒng)解決方案。
??? 該儀器主要技術(shù)參數(shù)：最短工作時(shí)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(zhì)量約1kg。
? ??該儀器的特點(diǎn)如下：
? ??① 其半導(dǎo)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(diǎn)的位置。
??? ② 能夠在現(xiàn)場進(jìn)行乙烷分析，并確認(rèn)疑似漏點(diǎn)是來源于沼氣干擾還是天然氣泄漏。與實(shí)驗(yàn)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(dòng)力。真空吸泵相當(dāng)于采樣器，真空罐則相當(dāng)于樣品的比例分配器。對(duì)于任何濃度的氣體樣品，都會(huì)按照程序?qū)ζ溥M(jìn)行稀釋或者濃縮至標(biāo)準(zhǔn)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。
? ??③ 同時(shí)具備燃?xì)怏w積分?jǐn)?shù)檢測和乙烷體積分?jǐn)?shù)檢測的功能，并且體積小，重量輕，隨身攜帶方便。
