天然氣在線氣相色譜儀

氣相色譜儀廠家，武漢泰特沃斯科技有限公司產品主要包括GC2030系列氣相色譜分析儀、GC966系列在線氣相色譜儀、GC966便攜式氣相色譜儀等設備，以及相關配套設備。廣泛應用于石油化工、科研教學、環境監測、食品醫藥安全、高純氣體行業、生命科學、司法鑒定等領域。本文由武漢泰特沃斯科技有限公司色譜技術人員主要介紹天然氣在線氣相色譜儀分析。

天然氣能量計量與計價已成為目前上天然氣貿易和消費計量與結算的發展趨勢。發達國家于20世紀90年代建立了較為完善的天然氣貿易計量法規、標準和檢測方法，隨著天然氣在線分析技術的日漸成熟，發達國家的大型貿易計量站，特別是按能量方式計量的大、中型計量站，天然氣色譜儀已成為*的計量設備。與發達國家相比，我國采用的天然氣貿易計量方式仍以體積計量為主，但由于不同天然氣的組分存在差異，同體積的天然氣所產生的能量不同，因此以體積計量方式進行貿易結算，無法與標準接軌，不符合天然氣貿易計量的發展趨勢。

國內部分天然氣長輸管道的計量站通過引進國外*的在線色譜分析技術，在能量計量方面作出了有效的嘗試。進口儀器在某些計量指標方面雖具有一定的*性，但是其缺陷也不可忽視：①設備和耗材價格昂貴，使用成本高；②沒有根據國內標準進行定制化開發；③對基層用戶的培訓不足，缺少售后和服務。由此，導致進口儀器在國內的推廣應用受到很大限制。因此，研制具有*自主知識產權，性能與國外儀器相媲美的天然氣色譜儀已刻不容緩。本文主要介紹了天然氣色譜分析系統的主要構成，并對所研制的在線氣相色譜儀進行了實驗室及現場在線測試。

1 儀器系統

1.1 天然氣色譜分析系統

天然氣色譜分析系統主要由氣體供給系統、取樣系統、樣品預處理系統、在線氣相色譜儀等組成。樣氣由取樣系統取出，通過樣品預處理系統除雜、除油、穩壓、穩流后進入在線氣相色譜儀，先后經過色譜進樣器、色譜柱、檢測器、數據處理單元等幾部分，經過數據處理轉化為濃度信號后再傳輸到遠程流量計算機，用于天然氣能量計算。

(1) 氣體供給系統：為色譜提供運行所需的符合分析儀要求的載氣及標氣。

(2) 取樣系統：包括采樣探頭和樣品傳輸管線，主要功能是實現取樣、樣氣減壓、過濾及樣品傳輸，連續把管道內樣氣以足夠的壓力和流量不失真地送入預處理系統和色譜分析系統。

(3) 樣品預處理系統：對樣品的壓力、溫度、固體微粒粉塵、有害組分等進行處理，使之得到符合分析儀要求的樣品。

(4) 在線氣相色譜儀：主要由進樣系統、分離系統、溫控系統、檢測和記錄系統等組成，實現樣氣組分濃度分析，并將信號通過Modbus通訊協議傳輸至流量計算機。

1.2 在線氣相色譜儀

在線氣相色譜儀的結構主要包括電子壓力控制模塊、色譜模塊、數據處理模塊、接口模塊和顯示模塊，此外還包括防爆模塊等輔助單元。

采用電子壓力控制模塊調節載氣和樣氣的壓力，穩壓后的載氣攜帶樣氣進入色譜模塊。色譜模塊由進樣器、色譜柱和檢測器組成，進樣器獲取一定量的樣氣后，送入色譜柱分離，終由檢測器輸出檢測信號。數據處理模塊用于分析儀的工作流程控制，獲取色譜模塊的檢測器信號，經處理得到氣體分析結果。接口電路實現分析儀和外部設備之間的數據和狀態信息的通訊，并進行反饋控制。顯示模塊提供完善的人機交互界面，可實時顯示分析儀數據，并可通過磁按鍵直接操作分析儀。防爆模塊輔助單元保證了分析儀的正常高效運行，并可應用于對安全有較高要求的場合。

其中，色譜模塊作為核心部件，采用的是微型色譜技術，基于微電子機械系統技術(MEMS)在硅片上制造高質量、高精度微細進樣系統和高靈敏度的微細熱導檢測器。由于所有微細器件在硅片上完成，故這些器件的化學性能很穩定，惰性好，工藝上重復性好，制造精度高。進樣系統通過雙面刻蝕的硅片和鍵合技術形成微通道和微閥，將這些微通道和微閥組合起來形成不同類型的進樣器。微型熱導檢測器以硅片為基材，采用增強化學氣相淀積工藝，在硅片上生成高質量下層鈍化層薄膜，然后用濺射工藝在薄膜上生成鎳薄層，在此基礎上再用增強化學氣相淀積工藝生成上層鈍化層薄膜，后用反應離子刻蝕工藝刻蝕出需要的燈絲、參考氣通道及樣品氣通道。同時，用陽極鍵合工藝將一片玻璃片和硅片鍵合在一起，形成微型熱導檢測器部件。采用MEMS技術的色譜模塊具有分析速度快、系統體積小、耗氣量少、檢測器靈敏度高等特點，非常適用于石化工業，如天然氣、煉廠氣、石油和天然氣勘探中的氣體分析。

2 儀器性能測試

對研制在線氣相色譜儀的主要性能作了系統的測試，獲得載氣流速穩定性、溫度穩定性、分離度、基線噪聲、定性重復性、定量重復性、分析周期等性能指標參數。測試結果如下：載氣流速穩定性小于1%；溫度穩定性小于0.02 ℃；CH4和N2的分離度大于1.0，正丁烷和異丁烷分離度大于1.5；基線噪聲小于20 μV；靈敏度大于2 000 mV·mL·mg-1；定性重復性小于0.1%；定量重復性小于0.1%；分析周期小于2 min。

研制的在線氣相色譜儀具有分析速度快、測量精度高、載氣和標氣消耗量小、使用維護方便和維護成本低等優點，較好地滿足了天然氣能量計量中組分分析的迫切需要，它的推廣將可以較大程度地提高我國天然氣行業的在線監測和能量計量水平，有助于降低生產成本、提高經濟效益和社會效益。