天然气处理厂分析仪器配置探讨

王莎  杨惠钧  张瑞春 王灵倩 周聪

摘要：根据天然气处理厂分析样品的不同类别，兼顾工艺装置的规模、流程特点、操作要求和自动控制水平等因素，从装置安全、产品质量、环境保护、操作管理等方面进行分析仪器的配置规划设计，并以某天然气处理厂分析仪器配置为例，展现完整的分析仪器的配置过程。

关键词：天然气处理厂；分析样品；分析仪器配置

天然气处理厂是对原料天然气进行脱除酸性气体、脱水脱烃、凝析油稳定、凝液回收、硫磺回收、尾气处理、天然气液化LNG、稀有气体提取等一系列工艺处理的全部或其中一部分的工厂。天然气处理厂生产环节产品及最终产品的组成是非常重要的参数，直接关系到最终商品天然气、液化石油气、稳定轻烃、稀有气体等质量，涉及后端生产、输送环节及用户使用环节等各方面的经济利益[1]。因此需要根据天然气处理厂原料天然气、中间关键流程参数把控、最终产品的组成分析数据的资源，做好分析仪器的有效配置规划，将需动态关注的分析样品配置对应的在线分析仪器，其他样品则配置实验室分析仪器，进行人工分析。

1 天然气处理厂分析样品分类

天然气根据矿藏特点常见的有气田气、石油伴生气、凝析气田气、煤层气和页岩气，不同矿藏所产生的天然气都需进入到天然气处理厂进行工艺处理后得到产品气。天然气处理厂在对原料天然气进行工艺处理的过程中，一般会涉及三类样品，即气体样品、液体样品和固体样品，天然气处理厂在生产的过程中需根据国家现行标准针对不同样品进行相应指标的分析，以确认最终各类产品是否合格。

1.1天然气处理厂中气体样品的分析

   原料天然气由于其成分较为复杂，一般组成分析可以分为常规分析和延伸分析。气体资源的常规分析主要是天然气中甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、硫化氢、氧气、氮气、二氧化碳、饱和水、氢气、氦气等，延申分析主要是C4+及以上的重烃、汞、稀有气体中组成及痕量物质等分析。

1.2天然气处理厂中溶液样品的分析

天然气处理厂的脱硫、脱水、脱烃、轻烃回收、凝析油稳定、污水处理等装置，需对部分溶液及水质样品进行分析。在轻烃回收装置还需对脱乙烷、丙烷油、轻油、液化气等进行分析，在凝析油稳定装置还涉及凝析油产品的密度、杂质、粘度、饱和蒸气压、腐蚀性等分析项目，在水系统装置还必须对水质进行分析。

1.3天然气处理厂中固体样品的分析

   天然气处理厂的固体样品分析主要在硫磺成型装置，检测固体硫磺产品，分析项目一般包括硫含量、水分、灰分、酸度、有机质、砷、铁等。

2 天然气处理厂分析仪器配置规划设计

     天然气处理厂常规工艺装置流程包括过滤分离装置、脱硫（碳）装置、脱烃装置、脱水装置、凝析油稳定装置、凝液回收装置、天然气液化装置、稀有气体提取装置、硫磺回收装置、尾气处理装置、硫磺成型装置、火炬及放空系统、污水处理装置、循环冷却水系统、锅炉供热系统、燃料气系统、空气氮气系统、消防水系统、供水系统等功能装置。

在天然气处理厂的生产过程中，要根据工艺装置的规模、流程特点、操作要求和自动控制水平等因素，从装置安全、产品质量、环境保护、操作管理等，兼顾人工分析工作量，综合考虑在线分析仪器关键点位和人工实验室分析工作量，配置在线分析仪器和实验室分析仪器、设备和设施。所有配置必须满足生产过程及工艺介质特性的分析要求，并同时满足质量、安全、健康、环保控制要求[4]，在天然气处理厂工艺流程中，对于产品质量发生变化的关键点位、对安全和环境造成重大影响的点位应同时考虑和在线分析仪器分析和实验室取样分析。

  2.1在线分析仪器配置思路与配置设计

2.1.1在线分析仪器配置思路

根据天然气处理厂产品工艺流程，考虑装置进出口气、液对装置和环境及安全影响，在涉及生产工序气质变化、工艺参数变化、生产产品质量和产品充装等过程监控，确定检验项目及其控制指标，筛选确定分析方法。根据分析方法选配在线分析仪器和设备，最后根据以上情况确定所需分析小屋的布局及相应的设施，形成完整的在线分析仪器的配置，具体流程如1所示。

图1 在线分析仪器配置流程图

2.1.2在线分析仪器配置设计

在线分析仪器的配置场所包括但不限于：产品质量指标监测；外排废气、废水达标排放指标监测；参与装置控制的工程参数监测；参与装置连锁的工艺参数监测[3]；其它关键工艺参数监测，天然气处理厂常见在线分析仪配置设计见表1。

表1 天然气处理厂常见在线分析仪配置表

序号	类别	设备设施名称
1	在线分析仪器	CO2监测仪
2		微量水分仪
3		硫化氢监测仪
4		水露点分析仪
5		气相色谱仪（TCD、PED、DID）

3 分析仪器配置实例

3.1某天然气处理厂基本情况

某天然气处理厂主要工艺流程为原料气首先进入集气增压、脱水装置，经气液分离并脱除CO2和H2O等后，进入乙烷回收装置，降温分离得到液态乙烷、LPG、稳定轻烃产品。

主要产品：LNG、液态乙烷、LPG、稳定轻烃、产品天然气、稳定凝析油，其中LNG、液态乙烷、LPG、稳定轻烃

工艺装置包括：集气增压装置、脱水装置、乙烷回收、天然气液化

辅助设施：常温罐区及装车设施、LNG储罐区、LNG装车设施、乙烷储罐区、乙烷装车设施、闪蒸气增压装置、冷剂储存装置等 ；

3.2某天然气处理厂在线分析仪器配置设计

某天然气处理厂在线分析仪器配置根据本文中天然气处理厂在线分析仪器配置设计进行，某天然气处理厂在线分析仪器配置见表3。

表3某天然气处理厂在线分析仪器配置表

序号	装置单元	样品名称	监测位置	在线分析仪	用途
1	脱水装置	脱水后原料天然气	脱水装置前和后管线上取样阀	CO2在线监测仪	天然气中CO2的百分含量
2			脱汞塔的粉尘过滤器后管线上取样阀	微量水分仪	天然气中H2O的含量(0-1000ppm)
3		产品天然气	外输管取样阀	硫化氢监测仪	天然气中硫化氢、总硫
4			外输管取样阀	微量水分仪	产品天然气中H2O的含量(0-1ppm)
5	凝液回收装置	稳定轻烃产品	稳定轻烃、LPG产品进罐总管以及各储罐产品出口管路置换分析	TCD气相色谱仪	O2、N2
6	天然气液化装置	混合冷剂	冷剂储罐/混合冷剂进装置入口	TCD气相色谱仪	混合冷剂组成 （CH4、C2H6、C3H8、C2H4、i-C5H12、N2)
7	空气氮气系统	仪表风/工厂风分析	空氮站仪表风出口	水露点仪	仪表风（ 水露点）
8		仪表风/工厂风分析	制氮装置出口	微量氧分析仪	O2
9	供水系统	新鲜水	进装置供水总管	电导仪	电导
10				浊度仪	浊度
11				pH仪	pH
12	循环冷却水系统	循环冷水	循环冷却水出口总管	电导仪	电导
13				pH仪	pH

4 结论

天然气处理厂主要的分析仪器配置规划通过根据工厂规模、进厂原料性质、工艺装置的组成及分析项目、控制指标、分析频率、分析方法以及工厂产品结构方案、产品标准等因素确定，配置在线分析仪器和实验室分析仪器，对天然气处理厂关键节点分析样品进行检测，可实现对全生产流程中的质量控制，有效确保产品的合格率。

参考文献

[1]吴艳，林利，毛利军等. 分析化验技术及标准在天然气处理厂中的应用[J] 广东化工，2014，41：57-58.

[2]王遇东. 天然气处理原理与工艺[M].北京：中国石化出版社，2007.

[3]高进等.天然气质量指标监测在线分析仪在天然气净化厂的应用[J] 石油化工设计.2022，1:39.

[4]房建宇，田建，刘璐明，等. 天然气处理厂中优化天然气净化工艺技术探究[J]. 石化技术，2018，25(12):252.

作者简介：王莎（1988.12-），女，汉，四川成都人，本科，工程师，主要研究方向天然气分析检验。