影響氣相色譜分析數據準確性的因素探討

摘要：氣相色譜儀是一種檢測變壓器油中氣體含量的儀器，油中氣體含量在一定程度上能夠反映充油電氣設備的運行情況。針對氣相色譜峰分離度差的問題，分析了影響氣相色譜分析數據準確性的因素，并提出了消除氣相色譜儀干擾因素影響的具體措施，為判斷充油電氣設備是否存在潛伏性故障提供了可靠依據。

關鍵詞：色譜峰;特征氣體;潛伏性故障

0 引言

目前湖南華電常德發電有限公司有2×660 MW國產超超臨界機組，2臺2 035 t/h超超臨界直流變壓爐，設計煤種為陜西煙煤，采用低低溫省煤器和高頻脈沖電源的雙室五電場靜電除塵器以及選擇性催化還原法SCR脫硝工藝、石灰石-石膏濕法脫硫、濕式電除塵器相結合的超低排放技術，煙囪設計為單內筒鈦鋼防腐口。

1 研究背景

湖南華電常德發電有限公司運行部油化驗室現有一臺氣相色譜儀（一針注樣），該儀器用于檢測充油電氣設備絕緣油中溶解氣體組分分析的特征氣體（特征氣體是指氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯、乙烷、乙炔）。氣相色譜儀氣源為氮氣、氫氣和空氣3種氣體，其中氫氣和空氣由氣體發生器供給，氮氣由高壓氣瓶供給。受氣源含有雜質以及氣路系統漏氣等因素影響，氣體進入檢測器時會產生與待測組分相似的成分，造成色譜流出曲線中出現怪峰等異常現象，如圖1所示，為正確判斷氣體含量和充油電氣設備是否存在潛伏性故障帶來一定困難。為了使分離度R滿足1.5≥R>1，我們分析了影響氣相色譜數據準確性的干擾因素，并采取相應措施，以提高儀器的準確度，確保定性、定量分析的可靠性。

2 色譜分析數據干擾因素的主要來源

我們認為影響色譜儀分析數據準確性的因素有如下幾點：2.1 ? ?空氣

空氣的主要來源有以下3種：（1）1 mL玻璃注射器在抽取一次樣氣時，不銹鋼注射針頭存有空氣;（2）5 mL注射器在轉移氣體，用橡膠封帽封閉注射器時，封帽內存有空氣;（3）氣相色譜儀氣路系統漏氣，導致特征氣體和載氣損失。

2.2 ? ?氣源

湖南華電常德發電有限公司氣相色譜儀使用的氣源有3種，氫氣和空氣由氣體發生器供給，氮氣由高壓氣瓶供給。雖然整體氣體純度很高，但氣源中仍然有水分、油等雜質存在。

2.3 ? ?油

油的主要來源是使用1 mL玻璃注射器抽取樣氣時，由于5 mL注射器頭部硅橡膠封帽有油，因此1 mL玻璃注射器在取樣氣時針頭會沾上少量油。

2.4 ? ?雜質

雜質的主要來源是氣相色譜儀注樣孔的硅橡膠墊破碎，破碎的硅橡膠會被帶入檢測器中。

3 色譜分析數據干擾因素的影響

3.1 ? ?氣體

樣氣中混有空氣，會降低特征氣體的濃度，造成測量值偏低。氣相色譜儀氣路系統漏氣，特征氣體試驗數據重復性差，無法準確測定色譜峰峰高。

3.2 ? ?水分

水分經過熱導檢測器（熱導檢測器是利用不同組分氣體具有不同的導熱系數，吸收熱量的不同而進行測定），由于導熱系數不同，使得測量臂的電阻值也不同，造成誤差。水蒸氣還會導致固定相失效較快，使得固定相經常需要作活化處理。

3.3 ? ?油

油隨樣氣進入氫火焰檢測器時，在2 000 ℃高溫下，油會分解，產生氫氣、甲烷、乙炔等氣體，導致部分特征氣體測量結果偏高。

3.4 ? ?雜質

雜質被帶入檢測器，在2 000 ℃高溫下的氫火焰檢測器（氫火焰檢測器是利用不同氣體在火焰中離子化時產生的離子流的不同而進行測定），會產生與特征氣體相似的氫氣和烴類氣體，使得部分特征氣體測量結果偏高，增加了油中含氣量的誤差。

4 如何消除色譜分析數據干擾因素的影響

4.1 ? ?消除氣體的影響

（1）1 mL玻璃注射器在抽取3～4次樣氣時，排空不銹鋼注射針頭內存有的空氣;（2）5 mL注射器在轉移氣體時，使橡膠封帽沾少許油，可以排凈封帽內的空氣;（3）為防止氣路系統漏氣，定期檢查氣路系統漏氣情況，如定期用肥皂水檢查氣路系統的密閉情況，及時處理漏氣問題，提高色譜峰的重復性。

4.2 ? ?加裝氣體凈化裝置

在氫氣、空氣和氮氣3路氣路系統中各加裝凈化裝置，每路氣體均設置凈化裝置，凈化裝置由變色硅膠、活性炭、分子篩等部分組成，可以除去氣源中的水分、油類等雜質。定期檢查凈化裝置，及時進行更換處理。如檢查到硅膠失效時，應將失效硅膠放在烘箱內，控制溫度在105～110 ℃，恒溫3～4 h，然后將干燥后的硅膠進行過篩處理，除去其中含有的雜質。

4.3 ? ?消除油的影響

1 mL玻璃注射器在抽取樣氣后，用吸油紙除去不銹鋼針頭上的油。

4.4 ? ?消除注樣口的影響

每次注樣時檢查注樣孔硅橡膠墊是否完整或出現松動跡象，如果發現硅橡膠墊不完整或有松動跡象，應立即更換新硅橡膠墊，防止變壓器油、碎硅橡膠進入檢測器，影響色譜峰出峰。2019年7月—9月，湖南華電常德發電有限公司完成以上技術改進后，色譜峰流出曲線如圖2所示。

5 結語

本文針對氣相色譜峰分離度差的問題，分析了影響氣相色譜分析數據準確性的因素，采用加裝凈化裝置等改進措施，基本去除了干擾因素的影響，從而保證了色譜分析數據的準確性，為判斷充油電氣設備是否存在潛伏性故障提供了可靠依據。

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收稿日期：2020-05-08

作者簡介：張志強（1974—），男，湖南常德人，工程師，從事電廠化學方面工作與研究。