吳紅光

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

天然氣采氣平臺和處理終端，為了了解氣藏組分變化情況、滿足氣體外輸需求、滿足下游用戶的需求，都需要運用到色譜儀，對天然氣組分進行分析。當前，在本天然氣生產(chǎn)和處理平臺和陸岸終端，均使用DANIEL氣相色譜儀[1]。DANIEL色譜儀能夠滿足現(xiàn)場天然氣組分分析需求，但在運行過程中，由于使用不當、或維修保養(yǎng)不到位，就不可避免出現(xiàn)各種故障，導致分析組分不正確甚至無法分析組分；然而，由于色譜儀內(nèi)部系統(tǒng)復雜，流程復雜，分析軟件設(shè)置復雜，因此，出現(xiàn)設(shè)備故障后，導致分析無頭緒、無法快速鎖定故障等，耗費大量人力物力，但設(shè)備依然無法投用，最后只能通過請廠家服務(wù)來解決問題。

本文主要針對常見故障進行歸納總結(jié)，并借助譜圖進行故障分析，幫助維修人員進行故障分析和推斷，縮小故障范圍，鎖定故障點。

1 DANIEL氣相色譜儀介紹

DANIEL氣相色譜儀，一般包括5部分：分析儀系統(tǒng)、樣氣系統(tǒng)、標氣系統(tǒng)、載氣系統(tǒng)、控制器。其中，載氣系統(tǒng)，是運輸樣氣或者標氣，讓樣氣、標氣能夠正常通過分析儀系統(tǒng)；樣氣系統(tǒng)，采取天然氣樣品，為分析儀提供干燥、干凈、低壓、實時的樣氣；標氣系統(tǒng)，將合格的、減壓后的標氣送入分析儀，進行標定，以核對色譜儀準確性或者標定色譜儀；控制器是對整體分析流程進行控制、采集數(shù)據(jù)進行分析計算的設(shè)備；分析儀系統(tǒng)的核心部分是色譜柱，采用氣相色譜法，即以氣體為流動相的色譜法，它利用物質(zhì)在流動相與固定相中分配系數(shù)的差異，當兩相做相對運動時，流動相將出現(xiàn)差距，最后被測樣品得到分離[2]，通過TCD探頭采集組分攜帶的溫度，送給控制器進行分析計算。

圖1 DANIEL氣相色譜儀結(jié)構(gòu)圖[3]

2 DANIEL氣相色譜儀常見故障

由于色譜儀系統(tǒng)較多，且分析儀和控制器[4]的部件也比較多，分析儀里面的電磁閥、六通閥、色譜柱、TCD[5]、驅(qū)動板等，以及控制器里面的主板、CPU板、IO板、通訊板等硬件都可能存在故障，且組態(tài)數(shù)據(jù)的改變、操作方式的改變，都可能導致各種故障，且不好分析和統(tǒng)計，在此，主要通過分析出來的數(shù)據(jù)方面的故障，進行歸納。

2.1 單組分值為0mole%的故障

這種情況多出現(xiàn)在色譜儀進行維保、維修后的情況，或者長期未維保、樣氣情況有變化，大部分情況為其他組分分析準確，僅僅是甲烷組分值為0mole%。

圖2 甲烷組分值為0mole%

2.2 多組分值為0mole%的故障

多組分值為0mole%的情況，表現(xiàn)為輕組分(如C1/C2/N2/CO2)整體為0mole%或者重組分整體為0mole%。

圖3 重組分值為0mole%

2.3 全部組分值為0mole%的故障

全部組分的組分值均為0mole%的情況，即10種氣體組分值全部為0，這種情況判斷相對比較簡單。

圖4 所有組分的組分值為0mole%

2.4 組分值誤差大的故障

全部組分的組分值都有，但是分析不準確，存在較大誤差。

3 DANIEL氣相色譜儀譜圖法故障分析

3.1 DANIEL氣相色譜儀譜圖

DANIEL氣相色譜儀的控制器可以顯示組分數(shù)據(jù)、 報警信息和分析儀操作功能；但無法提供對過程顯示和分析功能。這一部分的功能由專門軟件MON2000來實現(xiàn)。

MON2000軟件除開能夠?qū)崿F(xiàn)控制器的所有功能外，提供譜圖顯示、保存等的功能，能夠?qū)CD探頭采集過來的數(shù)據(jù)、電磁閥動作時間、開始積分和結(jié)束積分時間等，實時的在譜圖上進行顯示[4]。

譜圖界面包括以下信息：譜圖坐標，縱坐標顯示是組份出現(xiàn)的振幅，橫坐標顯示的是組份出現(xiàn)的時間；圖中的曲線的峰是檢測到的組份，以及組份的出峰時間。事件時序，是分析儀的六通閥的電磁閥開關(guān)時間、積算的時間、峰寬的選擇時間等，是由控制器直接控制的。對象時序，是各組份的出峰時間的設(shè)置，用來積算組份值。譜圖編輯，對譜圖曲線進行各種操作，如移動、放大、描述、保存、添加、刪除等操作。譜圖操作，讀取控制器和PC里面的譜圖，保存實時譜圖，讀取原始數(shù)據(jù)，基線等操作。

圖5 譜圖界面

3.2 使用DANIEL氣相色譜儀譜圖對常見故障進行分析

借助譜圖，通過對比正常時譜圖和當前異常的譜圖，能夠?qū)ιV儀的分析儀系統(tǒng)運行狀況、控制系統(tǒng)進行判斷，找出絕大部分故障原因。

3.2.1 對甲烷組分值為0mole%的故障分析

甲烷組分是在雙柱閥打開一段時間后，開始出峰，出峰前需要打開積分，準備計算峰面積。判斷方法如下：

打開故障譜圖，查看在雙柱閥打開后，在甲烷出峰時間段，沒有查到甲烷的峰。此時，一般是存在提前出峰，一般情況是雙柱閥關(guān)閉太早導致，可以查看雙柱閥在正常譜圖和故障譜圖的時間，可能存在調(diào)整情況。

圖6 甲烷無峰

圖7 分析儀流程[3]

如果甲烷峰存在，對比故障譜圖和正常譜圖，發(fā)現(xiàn)積分時間推遲，導致無法對甲烷峰進行積分，因組分值計算方式為響應因子乘以積分面積計算出來，如果積分面積為0，則甲烷值就為0。

3.2.2 對多組分值為0mole%的故障分析

多組分值為0mole%，一般可分為輕組分值均為0mole%，或者重組分值為0mole%，或者C3～C5的組分值為0mole%的情況。

假設(shè)為輕組分值為0mole%情況，由于僅為部分組分值為0，則排除TCD探頭故障等公共問題。通過對比故障譜圖和正常譜圖，如果整體組分出峰時間正常，則查看積分是否打開，對比積分時間是否調(diào)整；如果整體組分出峰時間晚，則可能存在雙柱閥打開時間較晚。

假設(shè)為重組分值為0mole%情況，查看故障譜圖，重組分如果有正確時間出峰，則檢查積分打開情況；如果重組分沒有在正確時間段出峰，則在其他時間段查找異常峰，通過對比正常譜圖，調(diào)節(jié)采樣閥時間。

圖8 雙柱閥(Valve# 3 on)打開時間

3.2.3 對全部組分值為0mole%的故障分析

圖9 積分(inhibit off)開關(guān)

對于這種情況，通過打開故障譜圖，查看是出峰情況：如果無任何峰，且譜圖與基線譜圖完全一致，則可以判斷為樣氣回路問題，一般為樣氣采樣閥為打開、樣氣電磁閥故障等；如果有峰但波動異常，則檢查TCD探頭是否故障、模擬回路故障情況、模擬卡件故障情況；如果有峰且出峰正常，檢查積分開關(guān)是否打開。

3.2.4 對組分值誤差大的故障分析

有組分值，但沒有在誤差范圍內(nèi)，甚至誤差過大。通過查看故障譜圖和正常譜圖，不管是出峰時間還是峰高都幾乎完全一致，但就是誤差大；此時，可以查看MON2000存儲的標氣組分與現(xiàn)場標氣組分一致情況，可能是色譜儀標氣組分與樣氣組分值差異大，導致分析不準確，或者是更換合適的標氣后，未進行標定，響應因子存在較大變化。

圖10 標氣組分

4 結(jié) 語

DANIEL氣相色譜儀在使用過程中，不可避免出現(xiàn)各種故障，但只要抓住常見故障以及譜圖分析方法，就能夠解決大部分問題。同時，對于譜圖分析法，不應該脫離色譜儀分析儀系統(tǒng)的分析流程，只有對分析儀閥門動作情況、積分開關(guān)情況、積分開始時間等都比較熟悉的情況下，分析對比故障譜圖和正常譜圖的情況，才能夠準確分析故障，及時解決問題。由于歷史正常譜圖的重要性，因此，建議經(jīng)常對歷史譜圖進行保存，滿足維修需求。掌握譜圖分析法，能夠有效及時處理問題，減少設(shè)備故障時間，同時減少廠家服務(wù)費用。