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摘要：天然氣組分分析能幫助人們掌握天然氣的化學(xué)組成，為天然氣的開(kāi)發(fā)、存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)忍峁┮罁?jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，中國(guó)天然氣組分分析裝置比過(guò)去有較大進(jìn)步，氣相色譜儀在天然氣組分分析中的應(yīng)用使得相關(guān)工作的效率和精確性都有大幅度的提升。文章結(jié)合實(shí)驗(yàn)探討氣相色譜儀在天然氣組分分析中的應(yīng)用。
1 引言
在天然氣組分分析的過(guò)程中，在線分析儀是對(duì)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息資料的動(dòng)態(tài)連續(xù)采集，且能夠保障其精確性。在實(shí)際工作中，在線分析儀的種類十分多樣，其中色譜儀以*的可靠性、靈敏度受到了廣泛歡迎，成為現(xiàn)階段我國(guó)天然氣組分分析中常用的一種儀器。因此深入探究其在天然氣組分分析中的應(yīng)用具有積極意義。
2 氣相色譜儀的原理與結(jié)構(gòu)
2.1 氣相色譜法原理
由于不同物質(zhì)具有不同的特性，當(dāng)其作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些不同的物質(zhì)會(huì)因?yàn)樘匦圆煌a(chǎn)生的微小差異而出現(xiàn)分離效果。氣相色譜法就是根據(jù)這一原理，將氣體樣本送入儀器后，有額定流速載氣把氣樣代入色譜柱檢定器，樣品分子會(huì)在檢定器中進(jìn)行分配，由于氣樣中各類氣體的性質(zhì)不一樣，在分配時(shí)就會(huì)出現(xiàn)分離現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)速度會(huì)不同，一段時(shí)間后各氣體就會(huì)按照不同速度從色譜柱中流出，對(duì)應(yīng)的檢定器通過(guò)記錄信號(hào)并分析結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，這樣就可以得到不同氣體成分的含量。
2.2 氣相色譜儀的組成
氣相色譜儀就是根據(jù)氣相色譜法的基本原理設(shè)計(jì)出來(lái)的專業(yè)氣體分析儀器，其工作原理是通過(guò)高壓鋼瓶作為載氣，調(diào)節(jié)載氣流速、色譜柱和檢定器溫度到額定值，然后把氣樣送入進(jìn)行分離，分離后的成分流出至檢定器，并在記錄設(shè)備上顯示電信號(hào)轉(zhuǎn)化為色譜圖，最后通過(guò)計(jì)算得到氣體組成成分。通常，煤礦井下風(fēng)流中氣體成分比較復(fù)雜，氣相色譜儀可以對(duì)一氧化碳、乙烯、乙炔等氣體進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)。氣相色譜儀的主要組成部分包括氣路控制系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、色譜柱以及檢測(cè)系統(tǒng)等。氣路控制系統(tǒng)的功能主要是提供必要的燃?xì)?、輔助氣體以及穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)載氣，因此會(huì)對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確度、靈敏度以及可靠性產(chǎn)生直接影響。進(jìn)氣系統(tǒng)則是將氣樣送入色譜柱中。色譜柱是分離氣樣組成成分的部位，是對(duì)氣樣成分進(jìn)行分析的核心。檢測(cè)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)化電信號(hào)并進(jìn)行記錄和分析的主要部件。
3 氣相色譜儀應(yīng)用于天然氣組分分析
3.1 構(gòu)建氣象色譜儀分析系統(tǒng)
在本次研究中，選用GC-9280型號(hào)的氣相色譜儀進(jìn)行天然氣組分的分析，這種氣相色譜儀中應(yīng)用了TCD檢測(cè)器和FID檢測(cè)器，因此具有良好的靈敏度，且性能較為穩(wěn)定。在實(shí)際操作中，由于柱箱的體積較小，不能安裝控制閥，天然氣可以一次完成進(jìn)樣，進(jìn)行全組分分析。為了獲得更好的使用效果，筆者結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)在氣相色譜儀柱箱外部安裝了十通閥和六通閥，和色譜柱連接在一起，再對(duì)控制閥進(jìn)行設(shè)定，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)樣的有效控制。
3.2 氣相色譜儀分析天然氣組分的原理
將上述氣相色譜儀應(yīng)用于天然氣組分分析中，可以利用和色譜柱相連的十通閥和六通閥對(duì)進(jìn)樣進(jìn)行控制，共分為A、B、C 三路，其中前兩路主要是對(duì)氦氣、氧氣、甲烷、氫氣、氮?dú)?、二氧化碳、空氣等進(jìn)行分離。第三路主要負(fù)責(zé)烴類組分的分離。在具體分析工作開(kāi)始，十通閥和六通閥均處于取樣狀態(tài)，在取樣階段，十通閥轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)樣狀態(tài)，六通閥狀態(tài)維持不變。樣品進(jìn)入B 路中會(huì)將氦氣、氧氣、甲烷、氫氣以及氮?dú)獾葰怏w分離出來(lái)，之后進(jìn)行TCD 檢測(cè)。同時(shí)工作人員需將六通閥切換到進(jìn)樣狀態(tài)，等樣品進(jìn)入到Porapak QS 柱后，將空氣甲烷、二氧化碳、等組分完成后進(jìn)行TCD 檢測(cè)，帶到二氧化碳出峰，開(kāi)始啟動(dòng)升溫程序。此時(shí)，另一面樣品會(huì)進(jìn)入到毛細(xì)管柱中，升溫處理可以將其中包含的C1-C16 烴類組分分離出來(lái)，之后進(jìn)行FID 檢測(cè)。當(dāng)所有樣品都分離完成后，要將十通閥和六通閥重新回歸到初始狀態(tài)，待氣相色譜儀穩(wěn)定后才能進(jìn)行其他樣品的組分分析操作。
3.3 實(shí)驗(yàn)分析的條件
氣相色譜儀用于天然氣組分分析的整個(gè)過(guò)程中對(duì)實(shí)驗(yàn)條件有著嚴(yán)格的要求。首先，爐溫在氣相色譜儀啟動(dòng)時(shí)的溫度為40℃，在7min 內(nèi)維持不變，之后以每分鐘10℃的幅度進(jìn)行提升，直至110℃為止，維持2min 后以20℃/min 的速度提升至180℃，維持5min。其次，氫火焰例子檢測(cè)器FID 的溫度應(yīng)保持在220℃，熱導(dǎo)檢測(cè)器的溫度應(yīng)保持在120℃。
3.4 試驗(yàn)方法
利用氣相色譜儀對(duì)天然氣組分進(jìn)行分析的過(guò)程中，采用閥切換的方法對(duì)載氣存在的樣品進(jìn)行分析，并通過(guò)色譜柱進(jìn)行分離，使各類組分進(jìn)入到相應(yīng)的檢測(cè)器中。在本次實(shí)驗(yàn)中，可獲得氫火焰離子檢測(cè)器FID 對(duì)天然氣樣品進(jìn)行組分分析時(shí)的氣相色譜圖以及熱導(dǎo)檢測(cè)器TCD 對(duì)天然氣樣品進(jìn)行組分分析時(shí)的氣相色譜圖，之后通過(guò)導(dǎo)熱系數(shù)、離子電流、電信號(hào)等方面存在的差異性，通過(guò)色譜工作站進(jìn)行分析處理，獲得相應(yīng)的分析結(jié)果。據(jù)此，天然氣的熱值做出精確可靠的評(píng)價(jià)。
4 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，利用氣相色譜儀對(duì)天然氣組分進(jìn)行分析的方法具有成本低、操作簡(jiǎn)單、效率高、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，儀器所具有的靈活性使得其不僅可以同時(shí)進(jìn)行，也可以獨(dú)立使用。但需注意的是，工作人員必須做到規(guī)范操作，嚴(yán)謹(jǐn)執(zhí)行維護(hù)保養(yǎng)工作，這樣可以保障儀器本身的性能，保證分析結(jié)果的質(zhì)量。