長慶氣田在線分析儀應用問題研究

張鑫 楊丹陽 劉元剛 李健

1西安長慶科技工程有限責任公司

2長慶油田蘇里格南作業分公司

在線分析儀是指直接安裝在生產流程中，對物料的組分或物理參數進行連續或間斷分析的儀表[1]。在我國，石油化工和環境保護行業，是在線分析儀應用最為密集的領域。

在天然氣行業，在線分析儀提供必需的產品質量數據、生產管理數據和環境分析數據，是提高產品質量、保障安全生產、實現先進控制、達成能量計量的重要手段。天然氣行業常用的在線分析儀主要包括色譜分析儀、硫化氫分析儀、總硫分析儀、水露點分析儀和烴露點分析儀[2]。

1 長慶氣田地面建設概述

截至2018 年底，長慶氣田已建成天然氣生產能力400×108m3/a。主力氣田包括靖邊氣田、榆林氣田、神木氣田、子洲-米脂氣田和蘇里格氣田。

長慶氣田的井口天然氣氣質各個氣田有所不同，靖邊氣田的井口天然氣含有H2S、CO2，榆林、神木、子洲-米脂和蘇里格氣田的天然氣中含有少量的凝析油，但H2S、CO2含量輕微。長慶天然氣主要用作民用，根據長慶天然氣的氣質特征和商品天然氣的質量要求，不同氣田的天然氣凈化、處理工藝也不盡相同[3-4]。靖邊氣田采用集中凈化的工藝模式，天然氣凈化廠選用甲基二乙醇胺（MDEA）脫除酸性氣體工藝，并針對原料氣高碳硫比的氣質特點，研發了復配MDEA 溶液脫硫、脫碳技術，提高了裝置運行的技術經濟性能。脫水采用成熟的三甘醇脫水工藝，硫磺回收引進了林德公司的Clinsulf-do 直接氧化工藝。榆林、神木、子洲-米脂和蘇里格氣田均采用集中處理的工藝模式，選用了丙烷制冷脫烴、脫水工藝技術，主要脫除水分和凝析油，以有效降低進入長輸管道天然氣的烴、水露點[5]。

截至2018 年底，長慶氣田共建成5 座凈化廠和12 座處理廠。靖邊氣田凈化廠采用混合醇胺溶液（MDEA+DEA)脫硫脫碳、三甘醇脫水的主體工藝，榆林、神木、子洲-米脂和蘇里格氣田處理廠均采用丙烷制冷脫水脫烴的主體工藝。

2 在線分析儀應用現狀

長慶氣田主要在凈化廠（處理廠）的產品氣外輸管線上應用在線分析儀，用于監測產品氣的相關參數，常用的在線分析儀主要有微量水分與水露點分析儀、烴露點分析儀、硫化氫分析儀和色譜分析儀。此外，部分凈化廠在硫磺回收裝置酸氣管線上安裝了硫化氫分析儀、在尾氣管線上安裝了H2S/SO2比值分析儀[6]。總體應用情況如表1 所示。

以長慶氣田有代表性的A 凈化廠和B 處理廠為例，說明在線分析儀的具體應用情況。

A 凈化廠共有各類分析儀17 套，正常運行7套。B 處理廠共有各類分析儀7 套，正常運行3套。詳細情況如表2、表3 所示，兩廠各類分析儀的整體故障比例如圖1 所示。

表1 長慶氣田在線分析儀應用情況Tab.1 Application conditions of on-line analyzers in Changqing Gas Field

表2 長慶氣田A 凈化廠分析儀應用情況統計Tab.2 Analyzers application statistics in A Gas Process Plant in Changqing Gas Field

表3 長慶氣田B 處理廠分析儀應用情況統計Tab.3 Analyzers application statistics in B Gas Process Plant in Changqing Gas Field

圖1 在線分析儀故障比例Fig.1 Failure proportion of on-line analyzers

3 存在問題分析

A 凈化廠和B 處理廠各類分析儀表的故障率普遍在60%以上，運行效果并不十分理想。對兩座凈化（處理）廠的14 臺故障分析儀器的影響因素進行調研和分析，得出故障因素統計表，如表4 所示，故障因素排列圖如圖2 所示。

表4 在線分析儀故障因素統計Tab.4 Statistics of failure factors of on-line analyzers

圖2 在線分析儀故障因素排列Fig.2 Arrangement of failure factors of on-line analyzers

由此可知，導致分析儀運行不正常的主要原因集中在以下幾個方面：

（1）取樣與預處理系統不完善。大多數故障源于取樣系統而非儀表本體，樣品處理系統存在的諸多問題，已經成為制約在線分析儀正常運行的瓶頸[7]。常見的問題包括：①取樣探頭安裝不規范，如取樣探頭未插入天然氣管道中部取樣，而是錯誤地直接在天然氣管道上鉆孔焊接短管取樣，導致組分失真[8]；②樣氣減壓環節安裝錯誤，如未采用電加熱減壓，而是錯誤地使用針型閥減壓，導致冷凝液體進入儀器導致故障，有的甚至未設置減壓環節，直接將壓力不符合要求的樣品送入儀器[9]；③取樣管線未設置保溫和伴熱。裸露鋼管受環境溫度影響，樣氣中的水分吸附在管壁上，嚴重影響測量結果。

存在這些問題的原因，一方面在于施工安裝不規范，缺乏有效的施工監督及驗收；另一方面在于目前取樣和預處理系統流程未實現標準化，各供應商和系統集成商做法互不相同、難以統一，施工方拿不到供應商的圖紙，工程驗收也無據可查。

（2）進口設備售后和維護不到位。分析儀表大都屬于進口設備，但目前國外供應商的售后維保體系不完善，備品備件供應渠道不暢，供貨周期長，維護費用高，售后不及時，導致了儀器的維修延誤，造成長時間停運。尤其是某些老型號分析儀表，其備品備件甚至已經不再生產，這個問題在本次調查中體現得尤為突出。

（3）現場技術能力薄弱。與常規儀表不同，天然氣在線分析儀表大多結構精密、原理復雜，現場操作人員缺乏系統培訓，難以對一般故障做出判斷和處理。又缺乏相應的操作規程和規章制度，技術人員培訓慢、培訓難，一旦發生人員崗位變動更是無人可替。

（4）重視程度不足，缺少相關規程章程。目前長慶氣田在線分析儀主要設置在凈化廠（處理廠）產品氣外輸環節，在現階段，在線分析儀仍主要作為人工分析的補充和參考[10]。部分操作人員仍存在傳統的“在線分析數據沒有人工化驗準確”的觀念。加上儀表本身應用情況不理想，部分操作人員失去了對在線分析儀的信心，依賴程度不高、重視程度不足。

4 問題解決對策

（1）完善取樣和預處理系統的設計和施工。對常用的幾種型號分析儀取樣和預處理環節的圖紙進行標準化和規范化，嚴格按圖紙施工并驗收。未實現處理流程標準化的分析儀，供應商應在施工圖設計階段及時介入，提高設計圖紙深度。業主、設計院和產品供應商均應轉變過去“重儀表，輕配套”的傳統觀念，將樣品處理環節列為在線分析儀表應用的重中之重。

（2）優化選型設計。考慮到現場自然條件惡劣、維護力量有限，應盡可能傾向于選擇穩定耐用、維護工作量小的分析儀，優先考慮國產設備。在選擇進口產品時，對售后服務和備件供應周期應提出明確要求。

（3）明確崗位職責。目前氣田現場面臨較大的用工壓力，在沒有條件設立專職崗位的情況下，應有兼職分析儀表崗，規定專人負責并加強操作使用培訓，使之具備基本的故障排查能力。還需建立完整的設備臺賬和操作規程，保證在人員更替的情況下不影響使用。

（4）轉變觀念，強化管理。樹立“應用在線分析儀是實現氣田減員增效有效手段”的觀念，將在線分析儀的應用情況納入考核管理范圍。

5 結束語

現階段，在線分析儀為長慶氣田保障產品質量和維持安全環保生產提供了必要的數據。隨著長慶氣田的不斷發展，氣田信息化、數字化相關新技術的不斷涌現，提高氣田智能化水平、減少現場操作用工數是大勢所趨。使用在線分析儀的實時連續分析取代人工取樣化驗，是降低勞動強度、盤活人力資源的有效手段。此外，隨著長慶氣田一大批新項目的設計和投運，如上古天然氣處理總廠、橇裝處理站等，對在線分析儀的應用水平也提出了更高的要求。因此，分析梳理在線分析儀目前應用存在的問題，制訂對策及時解決問題，切實發揮分析儀的作用，具有重要的意義。