准确测量天然气水露点技术应用

武治年 康勇 赵一桦 黄健

长庆油田公司第三采气厂第三天然气处理厂 内蒙古 鄂尔多斯市乌审旗 017300

1 水露点测试方法及原理

水露点的检测方法有电解法、电容法、冷却镜面式和阻容法4种。目前我们使用的是电解法和电容法，使用的测试仪器分别是微量水分仪和露点仪。

1.1 电解法原理

气体以一定恒速通过电解池，其水分被电解池内作为吸湿剂的五氧化二磷膜层吸收，生成亚磷酸，然后被电解为氢气和氧气排出，五氧化二磷得到再生。若温度、压力和气样流量不变，根据法拉第电解定律可推导出水的电解电流与气样含水量成正比，因此可用电解电流来度量气样中的水含量。

1.2 电容法原理

气体的电阻R是随水分含量而变化的，水分含量愈大，电阻值R愈小；而气体电容 C 的值则随水分的增大而增大。当忽略电容的边缘效应时，根据平行板电容器电容的计算公式（式（1）），当电容与极板的正对面积S和极板间距离 d 一定时，电容量C仅和极板间介质的相对介电常数 e 有关。干燥气体的相对介电常数在1～5之间，在20℃时，水的相对介电常数为80，比干燥气体的相对介电常数大得多。所以，样品的相对介电常数主要取决于样品中的水分含量，样品相对介电常数的变化也主要取决于样品中水分含量的变化。电容式微量水分仪就是依据这一原理工作的。

式中：k—静电力常量。ε—相对介电常数，S—电容与极板的正对面积，d—极板间距离，C—气体电容量。

2 电解法和电容法比较

用两种方法进行现场水露点测试时，有时会出现露点仪（电容法）和微量水分仪（电解法）测试的水露点值差距较大的情况。为了确保水露点监测数据的可靠性，我们进行了两种测试方法的对比试验[1]。

2.1 处理厂外输气水露点对比

处理厂外输气（净化气）是经过净化处理的天然气，含杂质少，气质净化程度高。我们使用两台微量水分仪和1台露点仪在同一时间对同一取样口的天然气进行水露点测试，结果见表1。

表1 处理厂外输水露点测试数据

从表1可知，3台仪器测定的数据值比较接近，说明两种方法在进行净化程度较高气质的水露点监测时测量值准确。

2.2 集气站外输气水露点对比

集气站外输气是未经净化处理的采出气，含杂质较多，气质净化程度较低。我们采用1台露点仪和1台微量水分仪（电解法）同时对集气站外输口（脱水橇出口）天然气水露点进行了多次测试，结果见表2。

从表2数据可见：微量水分仪测定值明显高于露点仪测定值，证明两种仪器中存在测量采出气水露点不准确的情况，但无法判断是哪种仪器测定的数据不准确。

2.3 两种方法现场应用比对

为了确保水露点监测数据的可靠性，我们进行了两种方法的现场应用试验。

天然气水露点和脱水橇的进气量、重沸器温度等生产运行参数都有密切关系。当生产运行参数达到规定值时，水露点检测数据就较低，当工艺运行参数未达到规定值时，水露点检测数据偏高。根据这一特点，我们用两种方法分别对集气站出口（脱水橇出口）采出气的水露点进行了对比测试。

（1）用电容法测定脱水撬出口采出气水露点我们使用露点仪对集气站脱水橇出口天然气水露点进行测试，同时记录下脱水橇的相关运行参数，见表3。

从表3数据可以看出，使用露点仪进行脱水橇出口水露点测定时，测定的露点值变化不大，没有随着生产运行参数的变化而变化，证明测定的露点值没有真实反映生产运行情况。

（2）用电解法测定脱水橇出口采出气水露点

我们又使用微量水分仪对集气站脱水橇出口水露点进行测试，也记录下了脱水橇的相关运行参数，数据见表4。

表4 微量水分仪现场测量数据

从表4数据可以看出，使用微量水分仪进行脱水橇出口天然气水露点测定时，当脱水橇进气量及脱水橇温度达到运行参数规定值时，水露点值低；当运行参数未达到规定值时，水露点值明显偏高。证明微量水分仪的检测值与工艺参数相互匹配，能够真实反映生产运行情况。

2.4 试验结论

通过上述对比试验可以得出如下结论：

（1）微量水分仪（电解法）受气质影响较小，能够准确测量采出气和净化气的水露点。

（2）露点仪（电容法）对气质要求较高，只适用于净化气的水露点测试。

2.5 两种方法（两种仪器）的优缺点

现将两种测试仪器的优缺点总结见表5。

3 影响微量水分仪检测结果的因素

通过实验数据分析，证明微量水分仪（电解法）更适合气质条件复杂的水露点检测，但在日常检测过程中还应注意以下影响微量水分仪测量结果的因素[2]：

（1）压力条件的变化。天然气水露点随气体的压力而改变，水露点与气体压力成正比，所以用微量水分仪测定天然气水露点时，应注明取样点压力。

（2）天然气中水分的饱和状态。当管线内天然气含水处于饱和状态时，测定的气样可能携带析出的液态水。经取样阀减压、节流后，液态水可能以雾化状态被携带出管线，且气样携带量是不可控的，携带量随天然气的流量、温度、取样阀开度等变化。携带出的液态水进入电解池后，会影响露点的测定。

（3）旁通流量的控制。微量水分仪旁通流量的目的是增加取样总量从而降低测量流量被污染的比例，并使测量流量更加稳定，使测量结果更加快速、准确，所以旁通流量在测量时要大于 IL /min 。

（4）微量水分仪的干燥维护。长期存放的微量水分仪电解池会变潮湿，所以检测前应进行电解池的干燥处理。干燥后2h之内的微量水分仪本底值变化较小，所以测定应尽可能在干燥后2h内完成。在不进行检测时，应将进气口及排气口用堵头堵死，防止空气中的水分对电解池造成影响。

（5）现场环境温度的影响。当夏季太阳直射、环境温度很高时，微量水分仪测定结果会偏高；冬季气温较低时，对分析结果基本没有影响。所以夏季进行水露点监测时应避免在环境温度很高时进行，应尽量在早、晚气温较低时进行监测。

4 结论

1）电解法能够在天然气气质较复杂的情况下准确测定天然气中的水露点，所以电解法比电容法适合集气站天然气水露点的检测。

2）电解法能够准确进行集气站脱水橇工艺条件下的天然气水露点检测。

3） 电容法能够准确进行处理厂（净化厂）净化气工艺条件下的天然气水露点检测。