CN103149057A - 一种用于天然气汞含量检测的天然气样品采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于天然气汞含量检测的天然气样品采集方法，该方法包括：于待检测天然气管道上安装一采样装置，该采样装置包括一个三通管件而将来自天然气管道的气流分为主路和旁路；主路依次串接第一针阀与三通阀，三通阀的两个出口分别连接收集气样的气袋及第一流量计；旁路依次串接第二针阀及第二流量计；采样时，调节第二针阀使旁路流速25～35L/min，将主路的三通阀置于与第一流量计相通，调节主路流速55～65L/min，再将三通阀置于与气袋相通，使天然气流入气袋采集得到样品。该方法最大限度消除了天然气采样过程中汞的损失，所采样品能真实反映管道中天然气汞含量，操作简便，适用性强，安全性高，便于推广。
Description
技术领域
本发明属于天然气地球化学及天然气地面工程领域，具体涉及一种采集天然气样品的方法，所采集的样品是用于检测天然气中的汞含量。
背景技术
汞是天然气中一种常见的有害重金属元素，不同类型的天然气汞含量往往差异很大。对于气田生产来说，高含汞天然气不仅对生产设备具有很强的腐蚀性，引起气体泄漏、停产甚至是爆炸等灾难性的事故，还可能给作业人员造成极大伤害。因此，有必要对高含汞天然气进行脱汞处理，而天然气汞含量检测结果是开展气田脱汞最为基础的数据。
目前，关于天然气中汞含量检测的方法主要是针对产品气，不仅检测方法复杂而且对于含水、含油较多的原料气不适用，而原料气的检测对于气田脱汞来说更为重要。
天然气中汞含量检测最大的问题在于天然气样品的采集，这是因为在天然气样品采集过程中若方法不当天然气中的汞很易被采样装置和采样容器吸附或漏失掉，同时由于天然气管道压力较高，降压采样会导致天然气温度骤降，很容易导致汞的冷凝析出。经查，未发现有关如何准确有效地采集用于天然气汞含量检测的样品的相关技术报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于天然气汞含量检测的天然气样品采集方法，以采集到能够反映管道中天然气的真实汞含量的样品。
如前所述，天然气样品采集过程中若方法不当很容易影响天然气中的汞含量检测，为了克服以上不利影响，本发明提供了一种用于天然气汞含量检测的天然气样品采集方法，该方法包括：
(1)于待检测天然气管道上安装一采样装置，该采样装置具有如下结构：
按照所采气样流动上下游方向，采样装置包括一个三通管件，所述三通管件设置一个气体进口及两个气体出口，气体进口的上游端通过一个采样阀而连接待采集样品的天然气管道以将天然气管道内的天然气引入采样装置；三通管件的两个气体出口将来自上游端的气流分出主路和旁路两条气体通路；所述主路包括利用管路依次串接的第针阀与三通阀，三通阀设置一个气体进口及两个气体出口，其中一个气体出口连接收集天然气样品的气袋，另一气体出口连接第一流量计；所述旁路依次串接第二针阀及第二流量计；
(2)打开三通管件气体进口上游端的采样阀以将天然气管道内的天然气气流引入采样装置，并调节旁路上的第二针阀使旁路气流流速为25～35L/min；将主路上的三通阀置于与第一流量计相通的位置，调节第一针阀使主路气流流速为55～65L/min；
根据本发明的优选具体实施方案，本发明中控制旁路气流流速为30L/min，主路气流流速为60L/min；
本发明中，可以先调节旁路气流流速再调节主路气流流速，也可以先调节主路气流流速再调节旁路气流流速；上述描述并未限定特定的主路、旁路气流流速调节顺序；
(3)将主路上的三通阀置于与气袋相通的位置，使天然气气流流入气袋内，采集得到用于检测天然气中汞含量的天然气样品。
根据本发明的具体实施方案，本发明的用于天然气汞含量检测的天然气样品采集方法中，在采样装置连接，可以先将天然气管道采样阀快速打开并关闭几次，以确保天然气管道采样阀内的污物排出，然后再将所述采样装置与天然气管道采样阀相连接，进行采样。
根据本发明的具体实施方案，本发明的用于天然气汞含量检测的天然气样品采集方法中，所述步骤(3)中，待天然气气流流入气袋内达到所需样品量后，立即将主路上的三通阀置于与第一流量计相通的位置，关闭采样阀，将气袋卸下。
根据本发明的具体实施方案，本发明的用于天然气汞含量检测的天然气样品采集方法中，所述步骤(3)中，为防止气袋使用前残留气体的干扰，可以待天然气气流流入气袋内充满气袋后，立即将主路上的三通阀置于与第一流量计相通的位置，关闭采样阀，将气袋卸下，并将气袋中的天然气排空，然后打开采样阀并重新将气袋和主路上的三通阀的连接，将三通阀置于与气袋相通的位置，待天然气气流再次流入气袋内达到所需样品量后，立即将三通阀置于与第一流量计相通的位置，关闭采样阀，将气袋再次卸下，气袋内天然气即为所采集得到的用于检测天然气中汞含量的样品。
可以理解，本发明的用于天然气汞含量检测的天然气样品采集方法中，所述采样装置中所述第一针阀、第二针阀及上游部分为高压部分，由不锈钢材料制成；第一针阀、第二针阀的下游部分为低压部分，由不易吸汞、不易漏汞的塑料材料或硅胶材料制成。
可以理解，本发明中所述采样气袋应选取不易吸汞、漏汞的气体采样袋。气袋的材质决定了气袋对汞的保存性能，研究表明聚氟乙烯袋对汞具有很好的保存性能，采集的样品保存1周，汞的损失不超过5％。其它材料也是可以采用的，但应在使用之前对气袋的适用性进行评价。具体的评价方法为：首先将气袋中的残余气体抽干净，然后向气袋中注入一定量的清洁空气(先让空气通过活性炭过滤器，再通过灰尘过滤器)，并向气袋中注入一定量的饱和汞蒸气，制成的含汞气体静置5分钟后用测汞仪检测，检测结果应与理论计算的结果一致。
根据本发明的具体实施方案，本发明的用于天然气汞含量检测的天然气样品采集方法中，所述第一针阀为具有加热功能的针阀，该第一针阀具有如下结构：
第一针阀包括天然气管、表层套管和阀体，天然气管的内部空间为天然气流动腔，表层套管套设在天然气管外，天然气管与表层套管之间形成环腔作为加热介质流动腔；在天然气管和表层套管中部设置有阀体，阀体将天然气流动腔分割为上游的高压腔和下游的低压腔。
更具体地，所述第一针阀中，天然气管两端分别设置阀帽且在阀帽中心开设进气口和出气口；天然气管与阀帽及阀体之间通过螺纹连接密封。
更具体地，所述第一针阀中，表层套管与天然气管及阀体之间通过螺纹连接密封，在加热介质流动腔两端分别设置加热介质进口和加热介质出口。
更具体地，所述第一针阀中，沿天然气管轴向阀体四周分布有钻孔，钻孔的作用是将阀体两侧的加热介质流动腔连通起来。
更具体地，所述阀体为不锈钢材质制成，当加热介质流经阀体的钻孔时将热量热传导至阀体中心的针形阀塞处。
具体实施时，本发明中第一针阀的加热温度可以根据天然气管道压力和气体流速而定，通常加热应确保第一针阀流出的气体温度不低于0℃即可。
根据本发明的具体实施方案，本发明的用于天然气汞含量检测的天然气样品采集方法中，所述三通管件为具有加热功能的三通管件。本发明中可以采用现有技术中任何具有加热功能的三通管件，或者，也可以采用普通的三通管件外缠绕保温带等形式进行保温。通常的，加热温度可根据天然气管道压力和气体流速而适当确定。
综上所述，本发明提供了一种用于天然气汞含量检测的天然气样品采集方法，该方法适用于不同类型天然气汞含量检测的样品的快速采集，其中采样装置设置旁路可以增大气流的流动速率从而降低采样管路对汞的吸附影响，带加热三通及带加热针阀能够有效防止汞因气流减压低温制冷发生冷凝现象。本发明的方法最大限度消除了天然气采样、转移和存储过程中汞的损失，采集的样品能够真实反映管道中天然气的汞含量，且操作简便，适用性强，安全系数高，便于在油气田生产单位推广使用。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1为本发明的天然气采样装置的结构示意图。
图2为本发明的天然气采样装置中具有加热功能的第一针阀的结构示意图。
图3为本发明的具有加热功能的第一针阀中阀体的断面结构示意图。
附图符号说明：
100天然气管道；200采样阀；300三通管件；400第二针阀；500第二流量计；600第一针阀；700第一流量计；800三通阀；900气袋；
1天然气进口；2聚四氟乙烯垫圈；3.橡胶垫圈；4加热介质出口；5阀体；6表层套管；7天然气管；8.阀帽；9天然气出口；10加热介质进口；11针形阀塞；12钻孔；13加热介质流动腔；14天然气流动腔；15螺纹。
具体实施方式
以下通过具体实施例并结合附图详细说明本发明的技术及特点，但这些实施例并非用以限定本发明的保护范围。
实施例1天然气处理厂外输气样品采集
参见图1所示，本实施例中是于待检测天然气管道100上安装一采样装置，该采样装置具有如下结构：按照所采气样流动上下游方向，采样装置包括一个三通管件300，所述三通管件300设置一个气体进口及两个气体出口，气体进口的上游端通过一个采样阀200而连接待采集样品的天然气管道100，以将天然气管道100内的天然气引入采样装置；三通管件300的两个气体出口将来自上游端的气流分出主路和旁路两条气体通路；所述主路包括利用管路依次串接的第一针阀600与三通阀800，三通阀800设置一个气体进口及两个气体出口，其中一个气体出口连接收集天然气样品的气袋900，另一气体出口连接第一流量计700；所述旁路包括利用管路依次串接的第二针阀400及第二流量计500。流量计500后可直接放空。
本实施例中，第一针阀600为具有加热功能的针阀，参见图2所示，该第一针阀600具有如下结构：第一针阀主要包括天然气管7与表层套管6和阀体5，天然气管7的内部空间为天然气流动腔14，天然气管7与表层套管6之间形成的环腔为加热介质流动腔13(本实施例中的加热介质可以为水)；在天然气管7与表层套管6中部设置有阀体5(阀体包括针形阀塞11)，阀体5将天然气流动腔14分隔为上游的高压腔(图中左侧)以及下游的低压腔(图中右侧)，高压腔与低压腔之间通过调节针形阀塞11而实现天然气从高压腔流至低压腔并降低压力。天然气管7两端分别设置阀帽8且在阀帽中心开设天然气进口1和天然气出口9；天然气管7与阀帽8及阀体5之间通过螺纹15连接密封。表层套管6与天然气管7与阀体5之间通过螺纹连接密封，在加热介质流动腔13两端分别设置加热介质进口10和加热介质出口4。
请结合参见图2、图3所示，沿天然气管7轴向阀体5四周分布有钻孔12，钻孔12的作用是将阀体5两侧的加热介质流动腔13连通起来。具体地，如图所示，阀体5沿天然气管7轴向的断面呈“工”字形，其竖直部分将天然气流动腔14分隔为上游的高压腔以及下游的低压腔，横向部分为环绕在天然气管外的阀体周壁，阀体周壁卡套在天然气管7与表层套管6之间形成的环腔内并通过螺纹分别与天然气管7及表层套管6之间连接密封，且阀体5周壁上设置有横向贯通的钻孔12，以保证阀体5两侧加热介质流动腔13的连通。本实施例中，所述阀体5为不锈钢材质制成，当加热介质流经阀体5周壁的钻孔12时能将热量热传导至阀体中心处的针形阀塞11(阀针)处。
本实施例中，应用上述装置对某天然气处理厂外输气进行了样品采集，具体操作如下：
(1)首先将天然气管道100的采样阀200快速打开并关闭2次，以确保天然气管道采样阀200内的污物排出，然后将采样装置与天然气管道采样阀相连接。
(2)打开采样阀200，并调节第二针阀400使旁路流速为30L/min左右，将三通阀800置于与第一流量计7相通的位置，调节第一针阀600的流速至60L/min左右；
(3)将三通阀800置于与气袋900相通的位置，气袋900充满后立即将三通阀800置于与第一流量计700相通的位置，关闭采样阀200，将气袋900卸下；
(4)将气袋900中的天然气排空，重新打开采样阀200，并将气袋900和三通阀800的连接，将三通阀800置于与气袋900相通的位置，气袋900充满后立即将三通阀800置于与第一流量计700相通的位置，关闭采样阀200，将气袋900再次卸下，得到采集的样品。
本实施例中，为了评价本发明方法的可靠性，开展了如下实验，即按照本实施例上述的方法对国内某一天然气管道进行连续采样，并得到5个平行样品。采集的样品进行实验室检测分析，得到的检测结果如下表：
由上表可以看出，利用本发明的方法进行采样，不同样品检测结果间的相对准偏差为0.6％，远小于分析方法中5％的要求，检测结果间具有很好的可比性，表明本发明的采样方法具有很好的稳定性。
Claims (10)
1.一种用于天然气汞含量检测的天然气样品采集方法，该方法包括：
(1)于待检测天然气管道上安装一采样装置，该采样装置具有如下结构：
按照所采气样流动上下游方向，采样装置包括一个三通管件，所述三通管件设置一个气体进口及两个气体出口，气体进口的上游端通过一个采样阀而连接待采集样品的天然气管道以将天然气管道内的天然气引入采样装置；三通管件的两个气体出口将来自上游端的气流分出主路和旁路两条气体通路；所述主路包括利用管路依次串接的第一针阀与三通阀，三通阀设置一个气体进口及两个气体出口，其中一个气体出口连接收集天然气样品的气袋，另一气体出口连接第一流量计；所述旁路依次串接第二针阀及第二流量计；
(2)打开三通管件气体进口上游端的采样阀以将天然气管道内的天然气气流引入采样装置，并调节旁路上的第二针阀使旁路气流流速为25～35L/min；将主路上的三通阀置于与第一流量计相通的位置，调节第一针阀使主路气流流速为55～65L/min；
(3)将主路上的三通阀置于与气袋相通的位置，使天然气气流流入气袋内，采集得到用于检测天然气中汞含量的天然气样品。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(3)中，待天然气气流流入气袋内达到所需样品量后，立即将主路上的三通阀置于与第一流量计相通的位置，关闭采样阀，将气袋卸下。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(3)中，待天然气气流流入气袋内充满气袋后，立即将主路上的三通阀置于与第一流量计相通的位置，关闭采样阀，将气袋卸下，并将气袋中的天然气排空，然后打开采样阀并重新将气袋和主路上的三通阀的连接，将三通阀置于与气袋相通的位置，待天然气气流再次流入气袋内达到所需样品量后，立即将三通阀置于与第一流量计相通的位置，关闭采样阀，将气袋再次卸下，气袋内天然气即为所采集得到的用于检测天然气中汞含量的样品。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述采样装置中所述第一针阀、第二针阀及上游部分为高压部分，由不锈钢材料制成；第一针阀、第二针阀的下游部分为低压部分，由不易吸汞、不易漏汞的塑料材料或硅胶材料制成。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一针阀为具有加热功能的针阀，该第一针阀具有如下结构：
第一针阀包括天然气管、表层套管和阀体，天然气管的内部空间为天然气流动腔，表层套管套设在天然气管外，天然气管与表层套管之间形成环腔作为加热介质流动腔；在天然气管和表层套管中部设置有阀体，阀体将天然气流动腔分割为上游的高压腔和下游的低压腔。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一针阀中，天然气管两端分别设置阀帽且在阀帽中心开设进气口和出气口；天然气管与阀帽及阀体之间通过螺纹连接密封。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一针阀中，表层套管与天然气管及阀体之间通过螺纹连接密封，在加热介质流动腔两端分别设置加热介质进口和加热介质出口。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一针阀中，沿天然气管轴向阀体四周分布有钻孔，钻孔的作用是将阀体两侧的加热介质流动腔连通起来。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述阀体为不锈钢材质制成，当加热介质流经阀体的钻孔时将热量热传导至阀体中心的针形阀塞处。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述三通管件为具有加热功能的三通管件。
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