CN112098265A - 一种天然气中汞的简便检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气中汞的简便检测系统及方法。本发明提供的天然气中汞的简便检测系统包括天然气采样装置、天然气中汞的预富集装置、标定用捕汞管装置和天然气汞含量测定装置；其中，天然气采样装置用于采集待测天然气；天然气中汞的预富集装置用于富集所述天然气采样装置采集得到的待测天然气中的汞；天然气汞含量测定装置用于测量所述天然气中汞的预富集装置预富集得到的待测天然气中的汞的含量；标定用捕汞管装置用于对所述天然气汞含量测定装置进行标定。本发明还提供了一种天然气中汞的简便检测方法。本发明提供的天然气中汞的简便检测方法稳定性好，可精确检测出天然气中的汞含量，方法便捷，适合操作人员进行现场作业。
Description
技术领域
本发明涉及现场检测技术领域。更具体地，涉及一种天然气中汞的简便检测系统及方法。
背景技术
汞是天然气中一种常见的微量重金属元素，汞不仅具有毒性，而且具有腐蚀性。汞是天然气中一种常见的微量有害重金属元素，以气态的形式分散于气藏当中。一方面在天然气低温处理过程中，汞很容易以液态形式析出，检修人员一旦进入低温容器内作业就很容易发生汞中毒。另一方面汞可以对多种金属产生腐蚀，尤其是铝制设备。汞腐蚀会降低容器的承压能力，造成管线泄漏，容易引起各种事故，甚至是爆炸。为消除汞的安全隐患，就需要在天然气处理厂内增加脱汞塔将其脱除。在天然气脱汞设计过程中，准确的天然气汞含量数据是进行脱汞设计的前提。
我国国家标准GB/T 16781.1-2008天然气汞含量的测定第1部分：碘化学吸附取样法和GB/T 16781.2-2010天然气汞含量的测定第2部分：金-铂合金汞齐化取样法修改采用ISO标准。这些检测标准一方面由于检测装置和检测过程过于复杂，难以被掌握，另一方面由于对于含油、含水的原料气和井口天然气适用性不强，实际应用的并不多。根据目前现状，国内外天然气中汞的测定标准中的金-铂合金汞齐化取样法中方法过于复杂，不便于天然气现场检测。为了保障气田脱汞工作的顺利进行，有必要建立一套使用条件更加简单便捷的天然气中汞的测定方法。
因此，本发明提供一种天然气中汞的简便检测系统及方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种天然气中汞的简便检测系统。
本发明的另一个目的在于提供一种天然气中汞的简便检测方法；该方法稳定性好，可以精确检测出天然气中的汞含量。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种天然气中汞的简便检测系统，包括天然气采样装置、天然气中汞的预富集装置、标定用捕汞管装置和天然气汞含量测定装置；
其中，所述天然气采样装置用于采集待测天然气；
所述天然气中汞的预富集装置用于富集所述天然气采样装置采集得到的待测天然气中的汞；
所述天然气汞含量测定装置用于测量所述天然气中汞的预富集装置预富集得到的待测天然气中的汞的含量；
所述标定用捕汞管装置用于对所述天然气汞含量测定装置进行标定。
优选地，所述天然气采样装置包括天然气管道、采样阀、可加热流量控制阀和气体采样袋；所述天然气管道的出口连接所述采样阀的进口，所述采样阀的出口连接所述可加热流量控制阀的进口，所述可加热流量控制阀的出口连接所述气体采样袋的进口。
优选地，所述天然气中汞的预富集装置包括捕汞管和流量计；所述捕汞管的进口连接所述气体采样袋的出口，所述捕汞管的出口连接所述流量计的进口。
优选地，所述天然气中汞的预富集装置还包括开关阀；所述开关阀设于所述气体采样袋和所述捕汞管之间的管线上。
优选地，所述天然气中汞的预富集装置还包括第一气泵；所述第一气泵的进口连接所述流量计的出口。
优选地，所述捕汞管内填充有金丝或者负载有金或银的石英砂。
优选地，所述天然气汞含量测定装置包括管式炉和测汞仪；所述管式炉的出口连接所述测汞仪的进口；其中，所述管式炉用于加热捕汞管。
优选地，所述天然气汞含量测定装置还包括第一汞过滤器；所述第一汞过滤器的出口连接所述管式炉的进口，所述第一汞过滤器的进口与空气连通。
优选地，所述天然气汞含量测定装置还包括第二气泵；所述第二气泵的进口连接所述测汞仪的出口。
优选地，所述标定用捕汞管装置包括第二汞过滤器、气体注射器和三通阀；所述三通阀的第一进口连接所述气体注射器的出口，所述三通阀的第二进口连接所述第二汞过滤器的出口，所述第二汞过滤器的进口与空气连通；所述标定用捕汞管装置用于标定所述天然气汞含量测定装置时，所述三通阀的出口连接所述捕汞管的进口。
优选地，所述标定用捕汞管装置还包括第三气泵；所述第三气泵的进口连接所述捕汞管的出口。
本发明还提供了一种使用上述系统进行天然气中汞的简便检测的方法，包括如下步骤：
1)采用标定用捕汞管装置对天然气汞含量测定装置进行标定，得到汞的标准曲线；根据汞的标准曲线建立汞的质量和仪器响应值的经验关系公式；
2)采用天然气采样装置采集待测天然气；
3)采用天然气中汞的预富集装置对步骤2)采集得到的待测天然气进行汞预富集，并得到待测天然气预富集时的进样体积；
4)采用天然气汞含量测定装置对步骤3)预富集得到的汞进行测量，得到仪器响应值，该仪器响应值结合步骤1)获得的汞的质量和仪器响应值的经验关系公式得到汞的质量，通过公式(I)计算得到待测天然气中的汞的浓度含量；
C＝A/V (I)；
公式(I)中，
C表示待测天然气中汞的浓度，单位为ng/m3；
A表示仪器响应值带入汞的标准曲线后得到的汞质量，单位为ng；
V表示待测天然气预富集时的进样体积，单位为m3。
优选地，步骤1)中所述采用标定用捕汞管装置对所述天然气汞含量测定装置进行标定的过程具体包括如下步骤：采用气体注射器抽取饱和汞蒸气，然后将气体注射器中的饱和汞蒸气注入到捕汞管上进行汞的预富集，将预富集饱和汞蒸气中汞后的捕汞管置于天然气汞含量测定装置进行检测，得到饱和汞蒸气的汞含量和仪器的响应值；通过测量多种浓度的饱和汞蒸气，得到多组饱和汞蒸气的汞含量和仪器的响应值，以饱和汞蒸气的汞含量为横轴，以仪器的响应值为纵轴，绘制汞的标准曲线；根据汞的标准曲线建立汞的质量和仪器响应值的经验关系公式。
优选地，所述将预富集饱和汞蒸气中汞后的捕汞管置于天然气汞含量测定装置进行检测的过程具体包括如下步骤：将预富集饱和汞蒸气中汞后的捕汞管置于管式炉中加热，捕汞管中的汞在热力作用下释放进入测汞仪进行检测，得到饱和汞蒸气的汞含量和仪器的响应值。
优选地，步骤1)中所述汞的质量和仪器响应值的经验关系公式如式(II)所示；
Abs＝mA0+n (II)；
式(II)中，Abs表示仪器响应值；
A0表示汞的质量，单位为ng；
m和n均表示汞的标准曲线的拟合常数，无量纲。由汞的标准曲线拟合得到经验公式中的m和n。
优选地，步骤2)中所述采用天然气采样装置采集待测天然气的过程具体包括如下步骤：采用气体采样袋对天然气管道中的天然气进行采集。
优选地，步骤3)中采用天然气中汞的预富集装置对步骤2)采集得到的待测天然气进行汞预富集，并得到待测天然气预富集时的进样体积的过程具体包括如下步骤：将气体采样袋中的待测天然气通过捕汞管进行待测天然气中汞的预富集，并且通过流量计计量流经捕汞管的天然气体积，得到待测天然气预富集时的进样体积。
优选地，步骤4)中所述采用天然气汞含量测定装置对步骤3)预富集得到的汞进行测量，得到仪器响应值的过程具体包括如下步骤：将预富集待测天然气中汞后的捕汞管置于管式炉中加热，捕汞管中的汞在热力作用下释放进入测汞仪进行检测，得到仪器响应值，将该仪器响应值带入汞的质量和仪器响应值的经验关系公式后得到汞的质量。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的天然气中汞的简便检测方法稳定性好，可以精确检测出天然气中的汞含量，方法便捷，适合操作人员进行现场作业。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明提供的天然气采样装置示意图；
图2示出本发明提供的天然气中汞的预富集装置示意图；
图3示出本发明提供的标定用捕汞管装置示意图；
图4示出本发明提供的天然气汞含量测定装置示意图；
图5示出本发明实施例1中汞的标准曲线图；
其中，1-天然气管道，2-采样阀，3-可加热流量控制阀，4-气体采样袋，5-捕汞管，6-流量计，7-开关阀，8-第一气泵，9-气体注射器，10-三通阀，11-第二汞过滤器，12-第三气泵，13-第一汞过滤器，14-管式炉，15-测汞仪，16-第二气泵。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明提供了一种天然气中汞的简便检测系统，如图1～图4所示，包括天然气采样装置、天然气中汞的预富集装置、标定用捕汞管装置和天然气汞含量测定装置；
其中，所述天然气采样装置用于采集待测天然气；
所述天然气中汞的预富集装置用于富集所述天然气采样装置采集得到的待测天然气中的汞；
所述天然气汞含量测定装置用于测量所述天然气中汞的预富集装置预富集得到的待测天然气中的汞的含量；
所述标定用捕汞管装置用于对所述天然气汞含量测定装置进行标定。
具体地，结合图1，所述天然气采样装置包括天然气管道1、采样阀2、可加热流量控制阀3和气体采样袋4；所述天然气管道1的出口连接所述采样阀2的进口，所述采样阀2的出口连接所述可加热流量控制阀3的进口，所述可加热流量控制阀3的出口连接所述气体采样袋4的进口；其中，所述采样阀用于控制采样流量的大小；所述可加热流量控制阀用于用于加热采样的气体，在生产中，管道内的天然气压力远远高于大气压，在采样过程中由于体积急剧变大，会吸收大量热量，由于天然气原料气中含有水，在采样过程中极易发生冰堵，因此需要加热气体；所述气体采样袋用于采集天然气。
作为本发明优选的实施方式，如图2，所述天然气中汞的预富集装置包括捕汞管5和流量计6；所述捕汞管5的进口连接所述气体采样袋4的出口，所述捕汞管5的出口连接所述流量计6的进口；其中所述捕汞管用于预富集天然气中的汞，从而避免直接进样测定时的干扰，此外使用捕汞管可以检测ng/m3级别的天然气汞含量；所述流量计用于计量待测天然气预富集时的进样体积；此外，为更好的吸附天然气中的汞，所述捕汞管内填充有金丝或者负载有金或银的石英砂，其中金或银可以与汞生成汞齐合金，性质稳定，反应迅速，而金丝或石英砂能够增大接触面积，从而更充分的反应。
进一步地，所述天然气中汞的预富集装置还包括开关阀7；所述开关阀7设于所述气体采样袋4和所述捕汞管5之间的管线上；该开关阀用于控制气体采样袋中样品的流出。
进一步地，所述天然气中汞的预富集装置还包括第一气泵8；所述第一气泵8的进口连接所述流量计6的出口；该第一气泵用于提供负压环境，使气体能够定向流动。
作为本发明优选的实施方式，如图4，所述天然气汞含量测定装置包括管式炉14和测汞仪15；所述管式炉14的出口连接所述测汞仪15的进口；其中，所述管式炉14用于加热捕汞管5；通过管式炉14将捕汞管5加热至700～800℃，从而在热力的作用下释放捕汞管中的汞，使其进入测汞仪进行测量。
进一步地，为了消除大气中微量汞的影响，所述天然气汞含量测定装置还包括第一汞过滤器13；所述第一汞过滤器13的出口连接所述管式炉14的进口，所述第一汞过滤器13的进口与空气连通。
进一步地，所述天然气汞含量测定装置还包括第二气泵16；所述第二气泵16的进口连接所述测汞仪15的出口；该第二气泵用于提供负压环境，使气体能够定向流动。
作为本发明优选的实施方式，如图3，所述标定用捕汞管装置包括第二汞过滤器11、气体注射器9和三通阀10；所述三通阀10的第一进口连接所述气体注射器9的出口，所述三通阀10的第二进口连接所述第二汞过滤器11的出口，所述第二汞过滤器11的进口与空气连通；所述标定用捕汞管装置用于标定所述天然气汞含量测定装置时，所述三通阀10的出口连接所述捕汞管5的进口。为实现测汞仪的标定，可以用气体注射器直接抽取饱和汞蒸气，然后将饱和汞蒸气的中的汞预富集到捕汞管上，然后对富集不同质量汞后的捕汞管进行检测，通过所对应的仪器响应值确定汞的标准曲线。
进一步地，所述标定用捕汞管装置还包括第三气泵12；所述第三气泵12的进口连接所述捕汞管5的出口；该第三气泵用于提供负压环境，使气体能够定向流动。
本发明还提供了一种使用上述系统进行天然气中汞的简便检测的方法，包括如下步骤：
1)采用标定用捕汞管装置对天然气汞含量测定装置进行标定，得到汞的标准曲线；根据汞的标准曲线建立汞的质量和仪器响应值的经验关系公式；
2)采用天然气采样装置采集待测天然气；
3)采用天然气中汞的预富集装置对步骤2)采集得到的待测天然气进行汞预富集，并得到待测天然气预富集时的进样体积；
4)采用天然气汞含量测定装置对步骤3)预富集得到的汞进行测量，得到仪器响应值，该仪器响应值结合步骤1)获得的汞的质量和仪器响应值的经验关系公式得到汞的质量，通过公式(I)计算得到待测天然气中的汞的浓度含量；
C＝A/V (I)；
公式(I)中，
C表示待测天然气中汞的浓度，单位为ng/m3；
A表示仪器响应值结合汞的质量和仪器响应值的经验关系公式得到的汞质量，单位为ng；
V表示待测天然气预富集时的进样体积，单位为m3。
作为本发明优选的实施方式，所述天然气中汞的简便检测方法，具体包括如下步骤：
1)采用气体注射器9抽取饱和汞蒸气，然后将气体注射器9中的饱和汞蒸气注入到捕汞管5上进行汞的预富集，将预富集饱和汞蒸气中汞后的捕汞管5置于管式炉14中加热，捕汞管中的汞在热力作用下释放进入测汞仪15进行检测，得到饱和汞蒸气的汞含量和仪器的响应值；通过测量多种浓度的饱和汞蒸气，得到多组饱和汞蒸气的汞含量和仪器的响应值，以饱和汞蒸气的汞含量为横轴，以仪器的响应值为纵轴，绘制汞的标准曲线；根据汞的标准曲线建立汞的质量和仪器响应值的经验关系公式，如式(II)所示；
Abs＝mA0+n (II)；
式(II)中，Abs表示仪器响应值；
A0表示汞的质量，单位为ng；
m和n均表示汞的标准曲线的拟合常数，无量纲；由汞的标准曲线拟合得到经验公式中的m和n；
2)采用气体采样袋4对天然气管道1中的天然气进行采集；
3)将气体采样袋4中的待测天然气通过捕汞管5进行待测天然气中汞的预富集，通过流量计6计量流经捕汞管5的天然气体积，得到待测天然气预富集时的进样体积；
4)将预富集待测天然气中汞后的捕汞管5置于管式炉14中加热，捕汞管5中的汞在热力作用下释放进入测汞仪15进行检测，得到仪器响应值，该仪器响应值结合公式(II)得到汞的质量，通过公式(I)计算得到待测天然气中的汞的浓度含量；
C＝A/V (I)；
公式(I)中，
C表示待测天然气中汞的浓度，单位为ng/m3；
A表示仪器响应值带入公式(II)得到的汞质量，单位为ng；
V表示待测天然气预富集时的进样体积，单位为m3。
下面，通过实施例对本发明的内容做进一步的说明。
本发明实施例使用的测汞仪为现有设备，例如可以采用河北廊坊物化探研究所生产的XG-7Z型塞曼测汞仪。
实施例1
本实施例提供了一种绘制汞的标准曲线的方法，包括如下步骤：
采用气体注射器分别抽取17.1℃下的饱和汞蒸气1ml、2ml、3ml、4ml和5ml，然后将上述五种饱和汞蒸气分别注入到五只捕汞管上进行汞的预富集，将五只预富集饱和汞蒸气中汞后的捕汞管分别置于管式炉中加热，捕汞管中的汞在热力作用下释放进入测汞仪进行检测，得到五组饱和汞蒸气的汞的质量和仪器的响应值，绘制汞的标准曲线，如图5所示，5点做线性拟合，得到汞的质量和仪器响应值的经验关系公式：Abs＝123.6557A0+190.8；其中，相关系数为0.9987，说明该仪器响应值(即峰高)与汞量具有很好的线性关系。
实施例2
本实施例提供了一种天然气中汞的简便检测方法，包括如下步骤：
1)绘制汞的标准曲线，方法步骤同实施例1，得到汞的质量和仪器响应值的经验关系公式：Abs＝123.6557A0+190.8；
2)采用气体采样袋对渤海湾盆地某气井天然气管道中的天然气进行采集；
3)将气体采样袋中的待测天然气通过捕汞管进行待测天然气中汞的预富集，通过流量计计量流经捕汞管的天然气体积，得到待测天然气预富集时的进样体积；
4)将预富集待测天然气中汞后的捕汞管置于管式炉中加热，捕汞管中的汞在热力作用下释放进入测汞仪进行检测，得到仪器响应值，将该仪器响应值带入汞的质量和仪器响应值的经验关系公式得到汞的质量，通过公式(I)计算得到待测天然气中的汞的浓度含量；对该天然气重复采集11次并进行测量，结果列于表1中；11次测定结果最大值16153ng/m3，最小值为14848ng/m3，相对标准偏差为2.9％，显示出本测定方法测定结果具有较好的重复性。
表1渤海湾盆地某井天然气汞含量重复性检测实验
实施例3
本实施例提供了一种天然气中汞的简便检测方法，包括如下步骤：
1)绘制汞的标准曲线，方法步骤同实施例1，得到汞的质量和仪器响应值的经验关系公式：Abs＝123.6557A0+190.8；
2)采用气体采样袋对塔里木盆地的5口气井的天然气管道中的天然气进行采集；
3)将气体采样袋中的待测天然气通过捕汞管进行待测天然气中汞的预富集，通过流量计计量流经捕汞管的天然气体积，得到待测天然气预富集时的进样体积；
4)将预富集待测天然气中汞后的捕汞管置于管式炉中加热，捕汞管中的汞在热力作用下释放进入测汞仪进行检测，得到仪器响应值，将该仪器响应值带入汞的质量和仪器响应值的经验关系公式得到汞的质量，通过公式(I)计算得到待测天然气中的汞的浓度含量，结果列于表2中。
表2中还列出了采用碘吸附法测得的该塔里木盆地某气田的5口气井的天然气中汞的浓度含量，本领域技术人员应当理解的是，碘吸附法为现有方法，在此不再赘述；可以看出本方法与碘吸附法相对偏差介于2.5％～3.4％之间，平均为3.0％，表明二者之间具有很好的可比性，说明本方法在技术原理上是可行的，检测结果是可靠的。
表2塔里木盆地某气田5口气井天然气汞含量检测结果对比数据表
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种天然气中汞的简便检测系统，其特征在于，所述天然气中汞的简便检测系统包括天然气采样装置、天然气中汞的预富集装置、标定用捕汞管装置和天然气汞含量测定装置；
其中，所述天然气采样装置用于采集待测天然气；
所述天然气中汞的预富集装置用于富集所述天然气采样装置采集得到的待测天然气中的汞；
所述天然气汞含量测定装置用于测量所述天然气中汞的预富集装置预富集得到的待测天然气中的汞的含量；
所述标定用捕汞管装置用于对所述天然气汞含量测定装置进行标定。
2.根据权利要求1所述的天然气中汞的简便检测系统，其特征在于，所述天然气采样装置包括天然气管道、采样阀、可加热流量控制阀和气体采样袋；所述天然气管道的出口连接所述采样阀的进口，所述采样阀的出口连接所述可加热流量控制阀的进口，所述可加热流量控制阀的出口连接所述气体采样袋的进口。
3.根据权利要求2所述的天然气中汞的简便检测系统，其特征在于，所述天然气中汞的预富集装置包括捕汞管和流量计；所述捕汞管的进口连接所述气体采样袋的出口，所述捕汞管的出口连接所述流量计的进口。
4.根据权利要求3所述的天然气中汞的简便检测系统，其特征在于，所述天然气中汞的预富集装置还包括开关阀；所述开关阀设于所述气体采样袋和所述捕汞管之间的管线上。
5.根据权利要求3或4所述的天然气中汞的简便检测系统，其特征在于，所述天然气中汞的预富集装置还包括第一气泵；所述第一气泵的进口连接所述流量计的出口。
6.根据权利要求1所述的天然气中汞的简便检测系统，其特征在于，所述天然气汞含量测定装置包括管式炉和测汞仪；所述管式炉的出口连接所述测汞仪的进口。
7.根据权利要求6所述的天然气中汞的简便检测系统，其特征在于，所述天然气汞含量测定装置还包括第一汞过滤器；所述第一汞过滤器的出口连接所述管式炉的进口，所述第一汞过滤器的进口与空气连通。
8.根据权利要求6或7所述的天然气中汞的简便检测系统，其特征在于，所述天然气汞含量测定装置还包括第二气泵；所述第二气泵的进口连接所述测汞仪的出口。
9.根据权利要求1所述的天然气中汞的简便检测系统，其特征在于，所述标定用捕汞管装置包括第二汞过滤器、气体注射器和三通阀；所述三通阀的第一进口连接所述气体注射器的出口，所述三通阀的第二进口连接所述第二汞过滤器的出口，所述第二汞过滤器的进口与空气连通；所述标定用捕汞管装置用于标定所述天然气汞含量测定装置时，所述三通阀的出口连接所述捕汞管的进口。
10.一种天然气中汞的简便检测的方法，其特征在于，所述天然气中汞的简便检测的方法使用如权利要求1～9任一项所述的天然气中汞的简便检测系统，包括如下步骤：
1)采用标定用捕汞管装置对天然气汞含量测定装置进行标定，得到汞的标准曲线；根据汞的标准曲线建立汞的质量和仪器响应值的经验关系公式；
2)采用天然气采样装置采集待测天然气；
3)采用天然气中汞的预富集装置对步骤2)采集得到的待测天然气进行汞预富集，并得到待测天然气预富集时的进样体积；
4)采用天然气汞含量测定装置对步骤3)预富集得到的汞进行测量，得到仪器响应值，该仪器响应值结合步骤1)获得的汞的质量和仪器响应值的经验关系公式得到汞的质量，通过公式(I)计算得到待测天然气中的汞的浓度含量；
C＝A/V (I)；
公式(I)中，
C表示待测天然气中汞的浓度，单位为ng/m3；
A表示仪器响应值结合汞的质量和仪器响应值的经验关系公式得到的汞质量，单位为ng；
V表示待测天然气预富集时的进样体积，单位为m3。
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