提高在线硫化氢分析仪在线率的针对性措施

裴昱赫

摘要：针对XX联合站的在线H2S分析仪投用后频繁出现故障停运情况，一旦停运就无法对伴生气的H2S含量进行监测，达不到连续在线监测的要求，从而出现安全、质量、环保等隐患的问题，开展了提高在线硫化氢分析仪在线率技术攻关，并根据管路堵塞问题进行了要因分析，在要因确定的基础上开展了针对性的应对措施，取得了良好效果，效益显著。

关键词：在线硫化氢分析仪；设备在线率；管路堵塞；主要原因；应对策略

0前言

众所周知，“高浓度硫化氢=剧毒”，当空气中硫化氢（以下简写为H2S）浓度超过20ppm（约28.3mg/m3）就会对人体造成伤害，超过500ppm（约707mg/m3）就会致命，因此对H2S的检测和预防是刻不容缓的。GB 17820-2018《天然气》中对二类天然气中H2S含量的要求为≤20mg/m3（14.14ppm），而一类天然气要求更是达到了≤6mg/m3（4.24ppm）。而H2S作为油气田开发过程中一种常见的产物，经常存在于伴生气或气井气中，X采油厂就有数口油井的伴生气中含有H2S。

XX联合站作为X采油厂伴生气的接收站，伴生气中H2S含量较高，某厂于2019年在站内安装了一套加拿大Envent 331S在线H2S分析仪，用以对该站脱硫前和脱硫后伴生气中H2S含量分别进行连续在线检测。然而XX联合站的在线H2S分析仪自2019年初投用后频繁出现故障停运情况，一旦停运就无法对伴生气的H2S含量进行监测，达不到连续在线监测的要求，从而出现安全、质量、环保等隐患，因此选择“提高在线硫化氢分析仪在线率”作为课题。

1故障概述

对2020年1月~12月份H2S分析仪故障情况进行统计，发现该分析仪2020年度在线率低的主要故障类别为设备管路堵塞和自身故障，这两类故障造成的设备离线率高达13.80%，占总离线时长的90.18%。由于设备自身故障仅出现一次，为空气泵损坏，属于设备零部件寿命问题，综合分析认为设备自身故障为不可控因素，因此将主要症结定为管路堵塞。

2管路堵塞原因

2.1设计未考虑样气杂质较多的情况

根据现场工艺，分析仪的样气取样口有两个，分别位于脱硫前和脱硫后管线，两个取样口通过共计24米长的φ6mm钢管最终在小屋内汇至同一根管路与空气混合最终进入分析仪，两路样气管线进小屋后仅与一个小型纸筒过滤器连接（图1、图2）。

图1 细长的取样管路                   图2 小屋内的过滤器

因伴生气压力较低，仅有0.1MPa左右，样气管路细长，因此样气流量过低，不足以将所有固液杂质携带至小屋内过滤器处，固液杂质在管路中逐渐堆积，最终造成进小屋前样气管路堵塞。

小屋内过滤器滤芯为一个小型纸筒滤芯，仅能过滤分离样气中的部分大颗粒固体杂质和少量的液体，对小颗粒固体杂质和较大量的液体过滤效果不佳，最终造成小颗粒固体杂质在下游稀释罐毛细管及其前后φ3mm管路的脏污堵塞，以及排液不彻底造成纸筒滤芯底部长期泡水变形的后果，进而降低过滤效果。

2.2设计未考虑空气杂质较多的情况

通过查阅分析仪的安装资料和咨询厂家相关人员得知，分析仪原本设计的用来稀释样气的空气源为仪表风，且小屋已预留了仪表风外部接口，但因XX联合站现场未设置仪表风系统。小屋厂家在小屋内壁上安装了空气泵箱，箱内安装一套小型电动空气泵并接入了AC220V电源，用以替代仪表风，空气泵箱底部留了一个G3/4”的进气孔（图3）。

                   图3 小屋空气泵盒内部

因小屋直接安装在室外，所处环境灰尘较多，岗位人员巡检和录数过程都要打开小屋门，因此小屋内灰尘较多，灰尘通过空气泵箱进气孔进入分析仪管路，进而可能造成下游稀释罐毛细管及其前后φ3mm管路的脏污堵塞。

认为该因素属设计缺陷，对症结影响程度大，因此确认为要因。

2.3样气杂质多

查询2020年维修记录，样气过滤器滤芯每次拆卸更换时脏污严重，平均使用时长不足3个月（全年共更换6次，最长间隔88天），说明因样气杂质较多，样气管路和过滤器频繁堵塞。

认为该因素对症结影响程度大，因此确认为要因。

2.4空气灰尘多

在2019年8月以前，分析仪附近为土地面，扬尘较多。地面铺石子后，扬尘有所缓解。但空气管路堵塞的情况依然常有发生，查询记录，2020年3月2日拆开空气泵箱，发现箱内底部灰尘等固体杂质较多，清理后2020年4月3日再次拆开，发现箱内底部仍旧有固体杂质，管路内壁仍有灰尘。

认为该因素对症结影响程度大，因此确认为要因

3制定对策

3.1对策方案优选

针对上述四条要因，通过分析认为，在制定解决方案的同时，发现设计未考虑样气杂质较多的情况和样气杂质多两条要因可用相同的对策，设计未考虑空气杂质较多的情况和空气灰尘多两条要因可用相同的对策，制定的方案对策表如下：

表1 对策方案表

要因 序号	要因	对策 序号	对策内容
A	1.设计未考虑样气杂质较多的情况 2.样气杂质多	1	两样气取样口处分别加装过滤器
		2	替换设备内原过滤器
B	3.设计未考虑空气杂质较多的情况 4.空气灰尘多	3	空气泵进口处加装过滤器
		4	空气泵出口加装过滤器

分别对每条对策方案依次从有效性，可实施性，可靠性，时间性，经济性五个方面进行了综合打分评价，并在A、B两类要因中分别选出对应的两条最佳对策方案，分别是：两取样气口分别加装过滤器、空气泵进口处加装过滤器。

3.2制定对策实施计划

根据5W1H原则，对选出的对策方案制定了对策实施表，各项对策实施专人负责（表2）。2 对策实施表

序号	要因 Why	对策 What	目标	措施 How	负责人 Who	地点 Where	完成时间 When
1	设计未考虑样气杂质较多的情况	两样气取样口分别加装过滤器	样气及混合气管路无堵塞	（1）采购两套符合尺寸的过滤器、滤芯和相应转接头； （2）制作固定支架； （3）将两套过滤器分别安装在脱硫前和脱硫后取样口处，进出口用转接头连接，固定安装支架上。	XXX	XX联合站设备现场	8月31日
2	样气杂质多
3	设计未考虑空气杂质较多的情况	空气泵进处加装过滤器	空气及混合气管路无堵塞	（1）采购两种过滤器及其配件； （2）在空气泵箱进气口处加装第一级粗过滤； （3）在空气泵进口加装第二级细过滤。	XXX	XX联合站设备现场	8月31日
4	空气灰尘多

4对策实施

4.1两样气取样口分别加装过滤器

（1）经研究选型采购了一种大流量工业过滤器作前置过滤器，过滤器本体材质为316不锈钢，密封圈为耐酸耐油的氟胶材质，滤芯采用过滤精度为5μm的PP棉滤芯，具有流量大、滤芯更换简便且成本低等特点；为保证过滤器竖直，采购了用于加装在过滤器入口处的NPT1/2”高压外丝活接头；为方便带压排污，采购了用于加装在底部排污口的ZG1/4”高压迷你球阀。所有材料同样型号购买两套。

（2）由于过滤器为不锈钢材质重量超过1kg，为防止过滤器下沉变形，制作了两套固定支架，用∠40mm×40mm镀锌角钢垂直焊接在φ32mm镀锌钢管两端，并在上端角钢侧面打孔用于固定配套挂架。

（3）8月3日，小组在征求相关单位意见后停运了分析仪，实施了过滤器安装，当日安装完毕并投用了分析仪（图4）。

              

图4 过滤器安装在脱硫前和脱硫后样气取样口

效果检查：该对策实施后，小组成员每周到现场检查一次样气及混合气管路堵塞情况和滤芯状态，在运行1个月后更换了脱硫前过滤器的滤芯，2个月后更换了脱硫后滤芯，同时检查了小屋内原样气过滤器滤芯，与2020年使用2个月的原样气过滤器滤芯对比，滤芯状态良好（图5），证明前置过滤器过滤效果显著，且3个月内样气和混合气管路未发生过堵塞。

图5 对策实施前和实施后小屋内原样气过滤器滤芯2个月状况对比

4.2空气泵进口加装过滤器

（1）经研究选型采购了一种用于机动车发动机进气改装的20mm口径高流量空气滤清器，因其滤网结实耐用、流量大、适合安装在空气泵箱预留孔，并配套采购了1只G3/4”不锈钢对丝和1个金属卡箍；选型采购了实验室用德国MAHLE KL13 0.5μm过滤器，因其过滤精度高适合接到空气泵入口，并配套采购了一根φ6mm医用硅胶管。

（2）7月16日，小组将G3/4”不锈钢对丝两头缠绕生料带后安装至空气泵箱底部的预留孔，将空气滤清器套至对丝另一端，并用金属卡箍上紧固定。截取15cm长医用硅胶管，一端套至空气泵进口并用尼龙扎带捆扎固定，另一端套至KL13过滤器出口（图6），然后放入箱内，盖上箱盖。

图6 空气泵入口加装MAHLE KL13过滤器

效果检查：该对策实施后，每周到现场检查一次空气及混合气管路堵塞情况和滤芯状态，两过滤器状态良好无需更换，空气泵箱内底部灰尘也大大减少。对策实施3个月内，分析仪空气和混合气管路未再发生过堵塞。

5效果评价

5.1活动目标检查

通过采取两样气取样口分别加装过滤器、空气泵进口加装过滤器、修改巡检制度夏季雨天停运分析仪等措施，对活动效果进行了检查。从最后一项措施实施完的8月3日到11月30日共计120天，对分析仪故障情况进行统计（表3）。

表3 措施后故障离线统计表

故障日期	离线时长 （日）	故障现象	原因及处理措施
8.25	2	分析仪断电	上游断路器跳闸，复位闭合后投运正常
10.14	0.5	醋酸铅纸带变质	更换新纸带

期间共出现两次故障离线情况，累计离线时长2.5日，离线率2.5/120 = 2.08%，即措施后分析仪的在线率为97.92%。从统计数据可以看出，对策实施前分析仪在线率为84.70%，实施后上升为了97.92%，本次活动解决了管路堵塞的症结，完成了预定目标（图7）。

图7 活动前后的在线H2S分析仪在线率

5.2经济效益分析

由于本次活动所有措施均由本小组成员自行实施，因此本次活动主要成本为对分析仪进行改造所采购的设备费用，详见表4。

表4 改造费用

名称	单价 (元)	数量 (件)	金额 (元)
样气前置过滤器	500	2	1000
PP棉滤芯	2	2	4
NPT1/2”高压外丝活接头	15	2	30
ZG1/4”高压迷你球阀	40	2	80
支架	30	2	60
空气滤清器	25	1	25
G3/4”不锈钢对丝	15	1	15
金属卡箍	5	1	5
MAHLE KL13过滤器	15	1	15
φ6mm硅胶管	5	1	5
合计			1239

对策实施之前，管路堵塞的频率约为平均每月1.5次，用于对管路进行吹扫的氮气一瓶只能使用两次，氮气的价格为0.05万元一瓶，一年仅氮气消耗就0.3万元。而分析仪价格昂贵，尤其是稀释罐价格数万元，稀释罐一旦堵塞就只能更换，经济损失更大。

本次活动对策实施一次性投入成本0.1239万元，预计各过滤器的后期日常维护成本约0.012万元/年（表5），本次活动后预计不再出现管路堵塞现象，仅氮气一项即可节约0.3万元/年，同时避免了固、液体杂质堵塞稀释罐的可能性。

表5 各过滤器维护费用

名称	单价 (元)	年消耗数量 (件)	年消耗金额 (元)
PP棉滤芯	2	10	20
过滤器O型圈	15	3	45
空气滤清器	25	1	25
MAHLE KL13过滤器	30	1	30
年消耗合计			120

5.3社会效益分析

本次活动不仅具有一定经济效益，更重要的是保障了在线H2S分析仪的正常可靠运行，得以对X采油厂伴生气中的H2S含量实现了连续监测，同时满足了《中原油田设备管理办法》中要求的设备95%以上的在线率，其对安全生产、质量管控、人员健康和环境保护都有十分重要的意义。

6结束语

在线H2S分析仪故障离线率高的问题，达到了提高在线H2S分析仪在线率的目的，保障了装置的正常可靠运行，节省了一定维保成本。

参考文献：

[1] 范成臣.微量硫化氢在线分析仪在天然气净化厂的应用[J].石化技术.2015（10）：17-18.