謝明強(qiáng)(天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司， 甘肅 蘭州 730060)

在線電解式水分析儀的改進(jìn)

謝明強(qiáng)(天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司， 甘肅 蘭州 730060)

目管輸天然氣的安全中，露點(diǎn)是一個(gè)重要指標(biāo)。為了提高儀表的準(zhǔn)確性及便于維護(hù)，適應(yīng)各種不同工況，本文介紹了對(duì)儀表的顯示、電源、預(yù)處理、電解池、外形的改進(jìn)，以滿足各種用戶的需求。

CNG；電解池；露點(diǎn)；鉑絲

0 引言

隨著車用天然氣的日益壯大，中國(guó)CNG加氣站有了極大的發(fā)展。對(duì)CNG天然氣的質(zhì)量及安全也提出了更高的要求。在國(guó)家相關(guān)部門出臺(tái)的相應(yīng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，水露點(diǎn)是最重要的一項(xiàng)指標(biāo)。如果含水量過(guò)高一方面在充裝過(guò)程中產(chǎn)生冰堵，另一方面液態(tài)水與硫化氫形成酸類物質(zhì)對(duì)儲(chǔ)氣井(瓶)或壓縮機(jī)設(shè)備腐蝕帶來(lái)極大的危害。因此，在線監(jiān)測(cè)CNG加氣站中的天然氣含水量有重要意義[1]。

天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院自動(dòng)化儀表所生產(chǎn)的HZ3321A型電解式微量水分析儀經(jīng)過(guò)多年的研究推廣改進(jìn)，在微量水分析特別是在CNG加氣站中的應(yīng)用，獲得了極佳的口碑，得到了用戶的肯定及贊揚(yáng)，為國(guó)產(chǎn)分析儀的推廣應(yīng)用做出了積極的貢獻(xiàn)。在與用戶的接觸中，也逐漸了解到，HZ3321A型微量水分析儀與目前國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理局要求有出入，同時(shí)對(duì)于比較惡劣的工況難以滿足，需要對(duì)水分析儀改進(jìn)。

1 CNG天然氣的技術(shù)要求及檢測(cè)原理

1.1 車用壓縮天然氣技術(shù)要求

(1)低熱值等于或大于標(biāo)準(zhǔn)狀況下33．4MJ/m3；

(2)H2S含量小于或等于標(biāo)準(zhǔn)狀況下10mg/m3；

(3)含塵量小于或等于標(biāo)準(zhǔn)狀況下5mg/m3；

(4)CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于3%；

(5)脫水后氣體在常壓下，露點(diǎn)溫度低于或等于-54。℃；

1.2 CNG天然氣含水量的檢測(cè)

圖1 改進(jìn)前水分儀

GB18047-2000標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：天然氣含水量的測(cè)定應(yīng)按GB/T 17283《天然氣水露點(diǎn)的測(cè)定冷卻鏡面凝析濕度計(jì)法》執(zhí)行。但由于檢測(cè)裝置昂貴，操作復(fù)雜，所以目前的CNG水含量的檢測(cè)普遍采用SY/T 7546-1996所規(guī)定的方法，即以SY/T 7507《電解法測(cè)定天然氣中水含量》規(guī)定的測(cè)量方法，采用直接測(cè)量CNG的水含量體積分?jǐn)?shù)，然后查表?yè)Q算成標(biāo)準(zhǔn)氣壓下水露點(diǎn)溫度[2]。查相關(guān)圖表及GB18047的規(guī)定：25MPa壓力下，-13℃水露點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的水含量，約等于在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)氣壓下-54℃水露點(diǎn)的水含量為23．5ppm，用電解法測(cè)定水含量是否低于23．5ppm來(lái)間接判斷脫水后CNG的水露點(diǎn)是否達(dá)到了25MPa壓力下，-13℃的要求。

2 儀表的改進(jìn)

2.1 儀表顯示的改進(jìn)

根據(jù)國(guó)家質(zhì)監(jiān)部門的要求，用于天然氣中的水分測(cè)量值都以露點(diǎn)來(lái)表示。改進(jìn)前的HZ3321A型水分析儀的信號(hào)放大輸出直接以PPM的形式顯示，而很多CNG站的維護(hù)人員新型的以露點(diǎn)顯示水分值不是很理解，需要查圖表才能知道是否滿足要求。根據(jù)水分露點(diǎn)與PPM之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在改進(jìn)型的分析儀中，加入一段露點(diǎn)與PPM值的切換程序，通過(guò)儀表面板上的按鈕直接在露點(diǎn)與PPM之間切換。方便用戶及質(zhì)監(jiān)部門及時(shí)了解管道天然氣中含水量的情況。

2.2 電源上的改進(jìn)

CNG加氣站屬于防爆場(chǎng)所，對(duì)儀表的防爆要求很高。在改進(jìn)前的HZ3321A型分析儀中，儀表的檢測(cè)器與顯示器分開(kāi)安裝。檢測(cè)器為防爆結(jié)構(gòu)，安裝于現(xiàn)場(chǎng)；顯示器為非防爆結(jié)構(gòu)，安裝于控制室，之間通過(guò)七芯的電纜連接實(shí)現(xiàn)電源信號(hào)的傳輸。在改進(jìn)后的儀表中，檢測(cè)器和顯示器合在一個(gè)儀表柜內(nèi)，儀表內(nèi)部的電路板上標(biāo)有接線端口，采用防爆腔體作為儀表電路板的載體的防爆殼能滿足防爆要求。

2.3 在預(yù)處理上的改進(jìn)

各地的天然氣工況雖各不相同，但都需要一套預(yù)處理系統(tǒng)除掉天然氣中油霧、雜質(zhì)等。但在一些惡劣的工況條件下，普通的簡(jiǎn)單過(guò)濾已經(jīng)很難過(guò)濾掉管道中含有的油及雜質(zhì)，這些雜質(zhì)及油等進(jìn)入浮子流量計(jì)及電解池，造成儀表無(wú)法正常運(yùn)行。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)的分析及實(shí)驗(yàn)，在輸入端的分水過(guò)濾器(圖2)換成除油除雜質(zhì)的除油過(guò)濾器，能起到很好的除油、除雜質(zhì)的作用；另一方面，除油過(guò)濾器易于拆卸，里面填充的玻璃纖維也容易清洗和更換，維護(hù)方便。

2.4 電解池的原理及改進(jìn)

圖2 預(yù)處理

電解池是電解式微量水分儀的關(guān)鍵。由于各地的天然氣田的品種不一，含油含硫等情況各不相同，在使用過(guò)程中，有些地方經(jīng)常有油霧經(jīng)管道進(jìn)入流量計(jì)及傳感器檢測(cè)池，造成儀表檢測(cè)器中的電解池(又稱探頭)的污染。對(duì)于流量計(jì)的油霧，現(xiàn)場(chǎng)拆卸打開(kāi)能及時(shí)清理。而對(duì)于電解池的污染，在現(xiàn)場(chǎng)的工況條件下，無(wú)法及時(shí)清理及恢復(fù)，需要將其發(fā)回生產(chǎn)廠家才能恢復(fù)、標(biāo)定，且時(shí)間很長(zhǎng)。對(duì)于有些惡劣工況條件下，需要頻繁清理再生。所以，研制一種能在現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)恢復(fù)，及時(shí)標(biāo)定的新型電解池顯得尤為緊要。

電解池由芯管、電極和外套管三個(gè)主要部分組成。采用外繞式結(jié)構(gòu)，在一根聚四氟乙烯管上，加工兩條有一定距離的螺旋槽，沿槽繞以鉑絲電極，電極間涂以P2O5水溶液。在兩根鉑絲之間繞著玻璃絲，以增強(qiáng)對(duì)酸的吸附，減少因酸的不足而引起的測(cè)量誤差。外面套上外套管。外套管內(nèi)徑盡量小，使其與芯管間距小，以避免產(chǎn)生水分吸收不完全現(xiàn)象。由于聚四氟乙烯管對(duì)酸沒(méi)有很強(qiáng)的吸附能力，在通電的條件下，磷酸不斷電成P2O5，使其附著在玻璃絲上[3]。

油霧的污染會(huì)導(dǎo)致玻璃絲上的P2O5被包裹，使得被涂敷在探頭表面的P2O5吸濕劑無(wú)法完全吸收被測(cè)氣體中的水分，無(wú)法與天然氣中的水產(chǎn)生電解反應(yīng)，儀表處于停頓狀態(tài)。儀表要恢復(fù)正常必須拆下電解池上的玻璃絲，且用毛刷沾著洗滌液清除掉鉑絲上的油污后，重新繞制玻璃絲，再在兩者之間重新涂敷磷酸，用硫酸鼓泡器再進(jìn)行標(biāo)定，以確定是否恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)探頭的再生。

由于現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有這種條件，同時(shí)也無(wú)法通過(guò)將玻璃絲攜帶到現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。所以必須選用一種新型的材料，代替原來(lái)的聚四氟乙烯，不用將玻璃絲繞制在上面，同時(shí)也有很強(qiáng)的吸酸能力。經(jīng)綜合考慮，我們選用玻璃作為新電解池的芯管。在玻璃上繞制鉑絲，一方面由于工藝的改進(jìn)，新的柱子做的比原來(lái)的短，同時(shí)直徑也比原來(lái)的小，繞制的鉑絲量也大大減少，但效果卻是一樣的；另一方面原來(lái)的電解池屬于全吸附型電解池，屬于絕對(duì)測(cè)量法，無(wú)法在儀表上調(diào)試，所以需要的繞制材料很多，新型的電解池屬于擴(kuò)散型吸收法，只是將被測(cè)氣體中7%的水分吸收掉，同時(shí)在出廠前的標(biāo)定中，可以通過(guò)調(diào)試儀表，來(lái)校正，達(dá)到精度要求。在電解池制作中就不需要很嚴(yán)苛的條件，可以有一點(diǎn)冗余量來(lái)調(diào)整。

同時(shí)原來(lái)的電解池需要的電解電壓較高，需要45V才能完成，在現(xiàn)場(chǎng)更換即不安全也不方便。改進(jìn)型的電解電壓只要12V就可以完成這一要求，在發(fā)貨前，我們對(duì)每臺(tái)儀器都配一個(gè)220-12V的變壓器，很方便的就能完成現(xiàn)場(chǎng)的電解池清洗，恢復(fù)。同時(shí)，由于電解電壓的降低，使得儀表的防爆從隔爆型轉(zhuǎn)為本安型防爆，降低了生產(chǎn)成本。

2.5 外形上的改進(jìn)

在儀表的外形上，將以往的防爆接線盒與儀表的顯示防爆殼結(jié)合在一起，起到接線、檢修方便。由于改進(jìn)型屬于擴(kuò)散型吸收法測(cè)量水分，不需要那么大的進(jìn)氣量，用旁通過(guò)濾器替代原來(lái)的旁通流量計(jì)，同樣能起到減少滯后的作用。在管路連接上優(yōu)化，合理布局，使其美觀大方，同時(shí)降低生產(chǎn)成本。

圖3 改進(jìn)后的水分儀

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)這些改進(jìn)，大大簡(jiǎn)化了儀表的運(yùn)行成本，使現(xiàn)場(chǎng)的工作人員通過(guò)簡(jiǎn)單的培訓(xùn)就可以很輕松地掌握儀表的運(yùn)行，維護(hù)方法。同時(shí)，在保證質(zhì)量的前提下，通過(guò)簡(jiǎn)化工藝及材料，降低生產(chǎn)成本，在市場(chǎng)中取得強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)大了儀表的市場(chǎng)份額，也為企業(yè)效益增加提供了有力的保障。

[1]曾文秀,裴玲麗.在線監(jiān)測(cè)CNG加氣站的天然氣含水量[J].石油化工自動(dòng)化，2007，(2):75-77.

[2]朱清澄，黃海波，何太碧.CNG加氣站幾個(gè)安全技術(shù)問(wèn)題[J].西華大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，(1):54-56.

[3]王森,董鎮(zhèn),郭肇新,程立.在線分析儀器手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.

On-line electrolytic type moisture meter improvements

Xie Ming-qiang

In the safety of natural gas,Dew point is an important indicator.In order to improve the accuracy of the instrument and easy to maintain,to adapt to a variety of different conditions,this paper describes the instrument display， power,pretreatment,electrolytic cell,shape improvement to meet the needs of various users.

CNG; Electrolytic cell; Dew point; Platinum wire.

謝明強(qiáng)(1984-)，男，陜西漢中人，2007年西安理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)畢業(yè)，本科學(xué)歷，現(xiàn)在天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司工作，任中級(jí)工程師，從事分析儀表設(shè)計(jì)應(yīng)用工作。