综合检漏仪在天然气管网运行维护中的应用

作者：高顺利颜丹平于燕平孙立国赵文忠　　评论：　更新日期：2012年09月10日

摘要：阐述了乙烷分析的气相色谱分离原理，应用基于气相色谱技术的检测设备和技术方法，解决了长期以来地下沼气对天然气管网泄漏判断的干扰问题，避免了无效开挖，节省了开挖费用。通过实际的数据分析，总结出目前北京市的天然气疑似漏点约有40%是地下沼气干扰所致。

关键词：天然气泄漏；检漏；沼气；乙烷检测；气相色谱

Application of Integrated Detector in Operation and Maintenance of Natural Gas Network

GAO Shun-li，YAN Dan-ping，YU Yan-ping，SUN Li-guo，ZHA0 Wen-zhong

Abstract：The separation principle of ethane by gas chromatography is expounded. By using the detection equipment and technical methods based on gas chromatography，the long-term interference of marsh gas with leakage judgment of natural gas network is solved，the invalid excavation is avoided，and the excavation cost is saved. Through the actual data analysis，it is summarized that about 40%of suspicious points of natural gas leakage in Beijing arise from interference of underground marsh gas.

Key words：natural gas leakage；leakage detection；marsh gas；ethane detection；gas chromatography

1 天然气管网检漏所面临的难题

由于地下沼气的干扰，经常会误判天然气泄漏，而导致无效开挖，给燃气公司造成人力、财力的浪费。此外，由地下沼气所引起的爆炸事故^[1]以及由此所引发的责任认定也经常困扰着燃气公司。

城市地下沼气是排水管道和化粪池内的有机物在微生物的作用下产生的，其主要组分是甲烷。由于天然气的主要组分也是甲烷，而燃气管道与排水管道经常比邻，因此地下沼气对天然气泄漏的判断产生干扰。表1、2分别给出了一些地区的天然气和沼气的主要组成。表1中其他气体指氮气、硫化氢、二氧化碳等，气田中陕甘宁气田是北京市气源。

表1 天然气主要组成(体积分数) %

油气田名称		甲烷	乙烷	丙烷	丁烷	戊烷以上	不饱和烃	其他气体
油田	大庆	80.75	1.95	7.67	5.62	3.31	0.00	0.70
	胜利	86.60	4.20	3.50	2.60	1.40	0.00	1.70
	大港	76.29	11.00	6.00	4.00	0.00	0.00	2.71
	辽河	81.10	7.90	4.60	4.37	1.00	0.00	1.03
气田	自贡	97.78	0.64	0.15	0.00	0.00	0.02	1.43
	隆昌	95.48	1.50	0.41	0.00	0.00	0.07	2.61
	威远	97.78	0.61	0.15	0.00	0.00	O.02	1.46
	泸州	96.38	1.57	0.42	0.00	0.00	0.02	1.63
	纳溪	96.74	1.42	0.44	0.00	0.00	0.15	1.40
	陕甘宁	95.52	1.72	0.25	0.00	0.00	O.00	2.51

表2 沼气的组成(体积分数) %

甲烷	乙烷	二氧化碳	其他气体
65.00	0.00	30.00	5.00
注：各地的沼气组成各不相同，此处是北京市排水管道沼气组成。

由表1、2可以看出，虽然天然气和沼气的主要组分都是甲烷，但是天然气中含有乙烷，而沼气中没有，因此可以用乙烷作为“特征组分”来区别天然气和沼气。氮气、硫化氢、二氧化碳等气体，在自然界普遍存在，不能作为特征组分。因此在检测天然气泄漏过程中，如果能够检测出天然气的特征组分乙烷，即可确定疑似漏点是输气管道的天然气泄漏，否则是地下沼气。

2 气相色谱分析原理悼J

2.1 普通色谱分析仪

气相色谱法是一种色谱分析法，色谱分析是对多组分混合物分离、分析的方法，此法利用物质理化性质的不同进行分离，并测定混合物中各组分的含量。色谱分析中有两相，即流动相和固定相。固定相可以是固体吸附剂，也可以是液体涂渍在载体上的固定相；流动相可以是气体，也可以是液体。用液体作为流动相的色谱称为液相色谱，用气体作为流动相的色谱称为气相色谱。

色谱分析法的分离原理就是利用待分离的各种物质在两相中的分配系数、吸附能力等亲和能力的不同来进行分离。利用外力(通常是载气)使含有样品的流动相(气体或液体)通过一固定于柱中或平板上、与流动相互不相溶的固定相表面。当流动相中携带的混合物流经固定相时，混合物中的各组分与固定相发生相互作用。色谱柱是色谱分析仪的核心部件，色谱柱分为填充柱和毛细管柱两类，固定相填充在柱管内。

由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，因此与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同。随着流动相的流动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中依时间顺序先后流出。然后，在色谱柱后用检测仪器(例如半导体检测器、氢火焰检测器、电子捕获检测器或火焰光度检测器等)检测，实现混合物中各组分的分离与检测。

虽然气相色谱分析仪早已用于实验室检测，但由于需要现场取样送到实验室，并且在取样、样品运输过程以及结果分析方面都有比较严格的技术要求，导致很难满足燃气公司现场判断到底是天然气泄漏还是沼气逸出的要求。因此燃气公司迫切需要一种在现场就能快速判断疑似漏点是沼气逸出还是天然气泄漏的设备，以保证管网的安全运行。

2.2 德国竖威燃气管网综合检漏仪

北京市燃气集团有限责任公司燃气输配分公司(以下简称输配分公司)从德国引进了管网综合检漏仪，在实践中很好地解决了这个难题。德国竖威公司的最新产品HS680，是目前国内最先进的现场分析仪器之一，通过内置气相色谱分析仪，可第一时间对现场的气体做出准确分析，并且对每次分析结果进行存储、打印、归档，提供了完善的系统解决方案。

该仪器主要技术参数：最短工作时间为8h，工作环境温度为-10～40℃，工作环境压力为95～110kPa，外形尺寸为148mm×57mm×205mm，质量约1kg。

该仪器的特点如下：

① 其半导体检漏传感器探测精度高，能够发现极微小的泄漏，红外线传感器通过探孔能够确定漏点的位置。

② 能够在现场进行乙烷分析，并确认疑似漏点是来源于沼气干扰还是天然气泄漏。与实验室气相色谱分析仪不同，此仪器不需载气和载气瓶，而是采用真空吸泵加真空罐的方式，为样品通过色谱柱提供动力。真空吸泵相当于采样器，真空罐则相当于样品的比例分配器。对于任何浓度的气体样品，都会按照程序对其进行稀释或者浓缩至标准浓度，故该仪器能够始终给出稳定清晰的气体样品气相色谱图。图1为仪器屏幕显示的天然气气相色谱图。