提高在线硫化氢分析仪在线率的有效措施研究

提高在线硫化氢分析仪在线率的有效措施研究

杨家田 ,张杰

中国石油化工股份有限公司中原油田分公司天然气产销厂 河南 濮阳 457000

摘要：明一联增压站的在线H2S分析仪自2019年初投用后频繁出现故障停运情况，一旦停运就无法对伴生气的H2S含量进行监测，达不到连续在线监测的要求，从而出现安全、质量、环保等隐患，因此开展了基于提高在线硫化氢分析仪在线率的课题进行研究，取得了良好效果。

关键词：在线H2S分析仪；在线率；故障停运；处理措施

0前言

众所周知，“高浓度硫化氢=剧毒”，当空气中硫化氢（以下简写为H2S）浓度超过20ppm（约28.3mg/m3）就会对人体造成伤害，超过500ppm（约707mg/m3）就会致命，因此对H2S的检测和预防是刻不容缓的。

GB 17820-2018《天然气》中对二类天然气中H2S含量的要求为≤20mg/m3（14.14ppm），而一类天然气要求更是达到了≤6mg/m3（4.24ppm）。而H2S作为油气田开发过程中一种常见的产物，经常存在于伴生气或气井气中，文卫采油厂就有数口油井的伴生气中含有H2S。

明一联增压站作为文卫采油厂伴生气的接收站，伴生气中H2S含量较高，我厂于2019年在站内安装了一套加拿大Envent 331S在线H2S分析仪（图1，以下简称分析仪），用以对该站脱硫前和脱硫后伴生气中H2S含量分别进行连续在线检测。

明一联增压站的在线H2S分析仪检测原理为H2S与醋酸铅发生反应，该反应使醋酸铅纸带产生深褐色斑，其内部的光电传感器将检测到纸带颜色的深浅经A/D转换、cpu数据处理、D/A转换最终将H2S含量计算并显示出来，H2S含量与醋酸铅纸带上颜色的深浅变化成正比（图2）。迄今为止，这是各种测量H2S浓度方法中最可靠，最精确，最简便的方法。

由于受醋酸铅纸带和光电传感器测量上限的限制，该设备无法直接检测浓度较高的H2S，因此在其小屋内配套安装样气预处理装置，用空气泵、流量计、稀释罐等设备把伴生气样气与空气稀释，将H2S浓度稀释至样气浓度的1/20左右，最终再通过H2S标准气体的标定，换算为实时值。

1H2S分析仪故障情况

对2020年1~12月份H2S分析仪故障情况进行统计，该分析仪2020年度在线率低的主要故障类别为设备管路堵塞和自身故障，这两类故障造成的设备离线率高达13.80%，占总离线时长的90.18%。由于设备自身故障仅出现一次，为空气泵损坏，属于设备零部件寿命问题，小组认为设备自身故障为不可控因素，因此将主要症结定为管路堵塞。

2故障要原分析

针对该分析仪的主要症结开会讨论，根据全面质量管理理论中的人、机、料、法、环五个主要因素并结合分析仪的故障现象，小组绘制了原因分析鱼骨图。由鱼骨图可知，造成分析仪管路堵塞的末端因素有6项：巡检不到位；设计未考虑样气杂质较多的情况；设计未考虑空气杂质较多的情况；样气杂质多；冰乙酸选型不当；空气灰尘多。经过要因确认，最终确认使分析仪管路堵塞造成设备离线率高的四项要因分别是：（1）设计未考虑样气杂质较多的情况；（2）设计未考虑空气杂质较多的情况；（3）样气杂质多；（4）空气灰尘多。

3故障解决措施

3.1两样气取样口分别加装过滤器

经研究选型了一种大流量工业过滤器作前置过滤器，过滤器本体材质为316不锈钢，滤芯采用过滤精度为5μm的PP棉滤芯，具有流量大、滤芯更换简便且成本低等特点（图1）。

图1 选用的样气前置过滤器及滤芯

为保证过滤器竖直，在两过滤器入口处各加装了一套NPT1/2”高压外丝活接头；为方便带压排污，在过滤器底部排污口各加装一个ZG1/4”高压迷你球阀；为防止其下沉变形，制作了支架，支架为∠40mm×40mm镀锌角钢和φ32mm镀锌钢管焊接而成。

8月3日，小组在征求相关单位意见后停运了分析仪，实施了过滤器安装，当日安装完毕并投用了分析仪（图2）。

图2 过滤器安装在脱硫前和脱硫后样气取样口

效果检查：该对策实施后，小组成员每周到现场检查一次样气及混合气管路堵塞情况和滤芯状态，在运行1个月后更换了脱硫前过滤器的滤芯，2个月后更换了脱硫后滤芯，小屋内原样气滤芯状态较好未更换。截至目前3个多月时间，分析仪样气和混合气管路未再发生过堵塞。

3.2空气泵进口加装过滤器

因空气泵箱底部留了一个G3/4的预留孔用来进气，小组成员发现市面上用于机动车发动机进气改装的高流量空气滤清器成品因其滤网结实耐用、流量大、适合安装在空气泵箱预留孔；实验室用的德国MAHLE牌KL13 0.5μm过滤器适合接到空气泵入口。

7月上旬采购了1只20mm口径高流量空气滤清器、1只G3/4不锈钢对丝、1个金属卡箍、1个MAHLE KL13过滤器、1m长φ6mm医用硅胶管。并将G3/4不锈钢对丝两头缠绕生料带后安装至空气泵箱底部的预留孔，将空气滤清器套至对丝另一端，并用金属卡箍上紧固定。截取15cm长硅胶管，一端套至空气泵进口并用尼龙扎带捆扎固定，另一端套至KL13过滤器出口，然后放入箱内，盖上箱盖。

效果检查：该对策实施后，小组成员每周到现场检查一次空气及混合气管路堵塞情况和滤芯状态，两过滤器状态良好未更换，空气泵箱内底部灰尘也大大减少。截至目前3个月左右，分析仪空气和混合气管路未再发生过堵塞。

4效果评价

4.1目标检查

通过采取两样气取样口分别加装过滤器、空气泵进口加装过滤器、修改巡检制度夏季雨天停运分析仪等措施，对活动效果进行了检查。小组从最后一项措施实施完的8月3日到的11月20日共计110天，对分析仪故障情况进行统计（表1）。

表1 措施后故障离线统计表

期间共出现两次故障离线情况，累计离线时长2.5日，离线率2.5/110 = 2.27%，即措施后分析仪的在线率为97.73%。从统计数据可以看出，小组对策实施前分析仪在线率为85.79%，实施后上升为了97.73%，本次活动解决了管路堵塞引起的设备离线率高的症结，完成了预定目标。

4.2经济效益

对策实施之前，管路堵塞的频率约为平均每月1.5次，用于对管路进行吹扫的氮气一瓶只能使用两次，氮气的价格为0.05万元一瓶，一年仅氮气消耗就0.3万元。而分析仪价格昂贵，尤其是稀释罐价格数万元，稀释罐一旦堵塞就只能更换，经济损失更大。

本次活动对策实施一次性投入成本0.1239万元，预计各过滤器的后期日常维护成本约0.012万元/年（表16），本次活动后预计不再出现管路堵塞现象，仅氮气一项即可节约0.3万元/年，同时避免了固、液体杂质堵塞稀释罐的可能性。

4.3社会效益分析

通过此研究不仅具有一定经济效益，更重要的是保障了在线H2S分析仪的正常可靠运行，得以对文卫采油厂伴生气中的H2S含量实现了连续监测，同时满足了《中原油田设备管理办法》中要求的设备95%以上的在线率，其对安全生产、质量管控、人员健康和环境保护都有十分重要的意义。

5结语

通过上述措施的实施，有效解决了在线H2S分析仪故障离线率高的问题，达到了提高在线H2S分析仪在线率的目的，保障了装置的正常可靠运行，节省了一定维保成本。

参考文献：
[1] 陈勇.在线硫化氢分析仪校准方法探讨[J].石油和天然气化工.2011,40(z1)：74-78.