TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 12048:2017 (ISO/TR 11150:2007) VỀ KHÍ THIÊN NHIÊN – ĐIỂM SƯƠNG THEO HYDROCACBON VÀ HÀM LƯỢNG HYDROCACBON

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12048:2017
ISO/TR 11150:2007

KHÍ THIÊN NHIÊN – ĐIỂM SƯƠNG THEO HYDROCACBON VÀ HÀM LƯỢNG HYDROCACBON

Natural gas – Hydrocarbon dew point and hydrocarbon content

 

Lời nói đầu

TCVN 12048:2017 hoàn toàn tương đương với ISO/TR 11150:2007.

TCVN 12048:2017 do Ban kỹ thuật Tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC193 Sản phẩm khí biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

 

Lời giới thiệu

Tiêu chuẩn này nhằm giải thích cho cộng đồng khí mở rộng những vấn đề phức tạp đằng sau đặc tính khí thiên nhiên được gọi là điểm sương theo hydrocacbon áp dụng các tiêu chuẩn khác nhau về những đối tượng này.

 

KHÍ THIÊN NHIÊN – ĐIỂM SƯƠNG THEO HYDROCACBON VÀ HÀM LƯỢNG HYDROCACBON

Natural gas – Hydrocarbon dew point and hydrocarbon content

 

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này đề cập đến các phương thức khác nhau để xác định điểm sương theo hydrocacbon và hàm lượng hydrocacbon của khí thiên nhiên.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 12045 (ISO 6327), Phân tích khi – Xác định điểm sương theo nước của khí thiên nhiên – Ẩm kế ngưng tụ bề mặt lạnh

TCVN 12047 (ISO 6974) (các phần), Khí thiên nhiên – Xác định thành phần với độ không đảm bảo xác định bằng phương pháp sắc ký khí

ISO 6570:2001, Natural gas – Determination of potential hydrocarbon liquid content – Gravimetric methods (Khí thiên nhiên – Xác định hàm lượng chất lỏng hydrocacbon tiềm năng – Phương pháp khối lượng)

ISO 7504:2001, Gas analysis – Vocabulary (Phân tích khí – Từ vựng)

ISO 10715:1997, Natural gas – Sampling guidelines (Khí thiên nhiên – Hướng dẫn lấy mẫu)

ISO 14532:2001, Natural gas – Vocabulary (Khí thiên nhiên – Từ vựng) và Technical Corrigendum: 2002 (Đính chính kỹ thuật:2002)

ISO 23874, Natural gas – Gas chromatographic requirements for hydrocarbon dewpoint calculation (Khí thiên nhiên – Các yêu cầu về sắc ký đồ khí để tính toán điểm sương theo hydrocacbon)

3  Kiến thức cơ bản

Điểm sương theo hydrocacbon thường là một yêu cầu của quy định chất lượng khí trong các hợp đồng mua bán hoặc chuyển qua các biên giới quốc tế. Nó cũng có thể được trích dẫn trong văn bản luật về sức khỏe và an toàn. Nó luôn luôn được quy định là một nhiệt độ tại một áp suất xác định hoặc toàn bộ dải áp suất mà trên đó không xảy ra sự ngưng tụ hydrocacbon. Nó có thể được biểu thị là lượng chất lỏng hydrocacbon lớn nhất mà có thể ngưng tụ trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cụ thể.

Trong các điều kiện nhất định, các hydrocacbon nặng hơn có trong khí thiên nhiên hoặc các khí tương tự có thể ngưng tụ và condensat được hình thành gây khó khăn trong vận hành hệ thống phân phối và vận chuyển khí. Đặc tính pha trong các hỗn hợp hydrocacbon như khí thiên nhiên là không lý tưởng cao. Đặc tính lý tưởng hơn, như đặc tính của nước trong không khí, hoặc trong khí thiên nhiên, cho một nhiệt độ điểm sương gia tăng liên tục với áp suất. Đặc tính ngược, tác động xấu đến hỗn hợp hydrocacbon, tạo ra các nhiệt độ điểm sương có giá trị lớn nhất tại áp suất trung gian. Hình 1 trình bày biểu đồ pha điển hình.

CHÚ DẪN:

X Nhiệt độ, tính bằng độ C

Y Áp suất, tính bằng bar

1 Pha nặng hơn

2 Khí

3 Khí + lỏng

4 Đường điểm sương

5 Điểm tới hạn

6 Nhiệt độ ngưng tới hạn

7 Áp suất ngưng tới hạn

Hình 1 – Biểu đồ pha khí thiên nhiên

Trong Hình 1 đường sương là biên giới pha. Về phía bên phải và ở trên đường này chỉ tồn tại pha khí. Phần trong của đường sương, cả hai pha khí và lỏng có mặt, tỷ lệ được kiểm soát bởi áp suất và nhiệt độ. Gần sát với đường, thì tỷ lệ của chất lỏng là nhỏ hơn. Nhiệt độ ngưng tới hạn là điểm của nhiệt độ điểm sương lớn nhất, ở trên nhiệt độ này chỉ có khí pha đơn tồn tại, tại bất kỳ áp suất nào. Tương tự, tại áp suất ở trên áp suất ngưng tới hạn, chỉ có khí pha đơn hoặc pha nặng hơn tồn tại, tại bất kỳ nhiệt độ nào.

Khí có đường sương giống như đường sương trong Hình 1 sẽ ổn định pha đơn ở -5 °C và 70 bar. Nếu áp suất của nó được giảm đẳng nhiệt, nó sẽ duy trì pha đơn đến khoảng 55 bar, tại điểm này nó sẽ gặp pha giới hạn và condensat sẽ bắt đầu tách ra. Khi áp suất bị giảm nữa, các tỷ lệ khác nhau của khí và condensat sẽ được tìm thấy cho đến khoảng 15 bar, khi đó nó quay trở lại pha đơn để giữ việc giảm áp của nó. Thực tế là, condensat lần nữa lại tách ra, không chắc rằng nó sẽ ngay lập tức trở lại pha khí, và do vậy các chất lỏng có thể tiếp tục có mặt tại áp suất thấp hơn. Một cân nhắc khác là sự giảm áp suất không có bổ sung nhiệt là đẳng entalpi hơn là đẳng nhiệt, và phép làm lạnh Joule-Thomson sẽ làm cho vùng hai pha được gặp nhau sớm hơn, trừ khi khí đã được gia nhiệt trước sao cho đường cong làm lạnh ở lại trong vùng pha đơn.

4  Ý nghĩa của điểm sương theo hydrocacbon

Việc tránh sự tạo thành condensat là quan trọng trong vận hành đường ống. Sự có mặt của condensat có thể gây ra các vấn đề với bộ lọc và với thiết bị đo và kiểm soát. Cũng có một vấn đề với tuốc bin khí trong các nhà máy điện – hư hại đáng kể có thể bị gây ra bởi sự có mặt của condensat trong các lò đốt.

Nhiệt độ điểm sương đo được mà thấp hơn giới hạn quy định kỹ thuật nên đưa ra đảm bảo rằng sự ngưng tụ sẽ không xảy ra. Đối với các nhu cầu nhất định, như thiết kế nhà máy, hoặc nếu được biết rằng lượng nhất định các vật liệu có thể ngưng tụ có thể lưu lại sau khi xử lý, sự hiểu biết về lượng các hydrocacbon có thể ngưng tụ được tạo thành tại các điều kiện xác định là hữu ích. Điều này có thể được xác định bằng phép đo vật lý sử dụng ISO 6570.

Người vận hành yêu cầu sự tin tưởng vào kết quả đo được. Hiện nay, không có hoặc có ít thông tin về sai số có thể cho phép lớn nhất của phép đo, bất kỳ loại phép đo nào đều bị phụ thuộc nhiều vào loại và bản chất của khí thiên nhiên. Giá trị đã xác định đơn lẻ như đo được được chấp nhận là cơ sở để đưa ra quyết định. Tuy nhiên, đối với một vài loại khí thiên nhiên, thậm chí sự giảm ít về nhiệt độ dẫn đến một lượng chất lỏng lớn biến mất.

5  Định nghĩa điểm sương theo hydrocacbon

Các định nghĩa sau đây được nêu trong nhiều tài liệu, ví dụ ISO 14532.

2.6.5  Điểm sương

2.6.5.2  Điểm sương theo hydrocacbon

2.6.5.2.1  Điểm sương theo hydrocacbon

Nhiệt độ ở trên đó không có sự ngưng tụ các hydrocacbon xảy ra tại áp suất quy định.

CHÚ THÍCH 1: Tại nhiệt độ điểm sương nhất định có một dải áp suất trong đó sự ngưng tụ ngược có thể xảy ra.

Nhiệt độ tới hạn xác định nhiệt độ lớn nhất tại đó sự ngưng tụ này có thể xảy ra.

CHÚ THÍCH 2: Đường điểm sương là quỹ tích của các điểm về áp suất và nhiệt độ tách khí pha đơn từ vùng hai pha khí-lỏng.

2.6.5.2.2  Sự ngưng tụ ngược

Hiện tượng kết hợp với tính chất không-lý tưởng của hỗn hợp hydrocacbon trong vùng tới hạn, tại nhiệt độ không đổi, pha hơi tiếp xúc với pha lỏng có thể bị ngưng tụ do sự giảm áp suất hoặc tại áp suất không đổi, hơi được ngưng tụ do sự tăng nhiệt độ

CHÚ THÍCH: Sự ngưng tụ ngược của khí thiên nhiên là sự tạo thành chất lỏng khi khí được gia nhiệt hoặc áp suất bị giảm.

2.6.5.2.3  Hàm lượng chất lỏng hydrocacbon tiềm tàng (PHLC)

Lượng chất lỏng tiềm tàng có thể ngưng tụ trên đơn vị thể tích của khí tại nhiệt độ và áp suất nhất định.

Hoặc trong ISO 7504

3.5.2  Điểm sương

Tại áp suất quy định, nhiệt độ tại đó, hoặc dưới đó, sự ngưng tụ từ pha khí sẽ xảy ra

3.1  Phương trình trạng thái

Mối quan hệ toán học giữa các biến số trạng thái (áp suất và nhiệt độ) của khí hoặc hỗn hợp khí, và thể tích bị chiếm bởi lượng nhất định của vật chất

3.5.1  Điểm tới hạn

Điểm đơn trong biểu đồ pha áp suất- nhiệt độ tại đó thành phần và các đặc tính của pha khí và pha lỏng trong cân bằng được xác định.

CHÚ THÍCH 1: Áp suất tại điểm này được biết là “áp suất tới hạn” và nhiệt độ là “nhiệt độ tới hạn”

6  Quy định kỹ thuật

Đây là hai ví dụ về luật và thương mại khí liên quan đến điểm sương theo hydrocacbon.

6.1  Hiệp hội khí châu Âu – EASEE về hợp lý hóa trao đổi năng lượng – Khí

Thực hành thương mại thông thường 2005-001/01 Hài hòa chất lượng khí thiên nhiên 3/2/2005. Điểm sương theo hydrocacbon lớn nhất là -2 °C tại 1 bar đến 70 bar.

CHÚ THÍCH: EASEE-khí đã không nhận xét bất kỳ ràng buộc kỹ thuật nào mâu thuẫn với các giá trị hài hòa đã được đề xuất, và các giá trị như vậy đã được phê duyệt vào 1/10/06. Tài liệu đã xuất bản tương tự này cũng đưa ra nhận xét “Nhu cầu để đưa ra phương pháp đo đã hài hòa đã được xác định”.

6.2  Tổ chức hành pháp về an toàn và sức khỏe Vương quốc Anh

Hướng dẫn về Quy chuẩn (quản lý) an toàn khí 1996.

Chương trình 3 Nội dung và các đặc tính khác của khí.

Quy chuẩn 8 Phần 1 Các yêu cầu trong điều kiện thông thường.

Điểm sương theo hydrocacbon và điểm sương theo nước phải ở tại các mức độ sao cho chúng không ảnh hưởng đến tính nguyên vẹn hoặc vận hành của đường ống hoặc thiết bị phụ tùng bất kỳ [trong phạm vi ý nghĩa của quy định 2(1) của Quy chuẩn 1994] mà người tiêu dùng quan tâm để vận hành một cách hợp lý.

7  Phép đo điểm sương theo hydrocacbon

7.1  Tổng quan

Định nghĩa về điểm sương theo hydrocacbon về mặt lý thuyết một mình không phải dễ hiểu đối với các kỹ thuật viên/nhà khoa học/kỹ sư hoặc những người dự thảo hợp đồng mua bán khí. Tại mức độ xấu nhất, nhiệt độ điểm sương là giá trị nhỏ nhất tại đó không có sự ngưng tụ, mà chỉ có pha khi đồng nhất. Tuy nhiên điều này không thể và sẽ không bao giờ được đo một cách tự nhiên do phân tử đầu tiên sẽ không được phát hiện vì các phương pháp sẵn có không đủ độ nhạy (nhiệt độ điểm sương theo hydrocacbon lý thuyết).

Vì phương pháp xác định điểm sương theo hydrocacbon là then chốt, do mỗi phương thức được dựa trên các nguyên tắc đo khác nhau, điểm sương theo hydrocacbon có thể chỉ được ước tính với độ không đảm bảo kèm theo, và giá trị thực không thể đạt được.

7.2  Lấy mẫu chung

Trước khi thiết bị hoặc phương pháp bất kỳ có thể được sử dụng, mẫu của khí được xác định, phải được lấy từ khí đang chảy trong đường ống và được chuyển không thay đổi đến thiết bị đo.

ISO 10715 quy định:

3  Nguyên tắc lấy mẫu

3.1  Phương pháp lấy mẫu

Chức năng chính của việc lấy mẫu là để lấy một mẫu thích hợp đại diện cho khí bằng cách lấy mẫu trực tiếp sao cho mẫu được lấy ra từ dòng và được chuyển trực tiếp đến phương pháp phân tích. Phải cẩn thận chuyển mẫu đại diện đang chảy trong đường ống không thay đổi và trong tình trạng pha khí đồng nhất đến phương pháp phân tích. Nhìn chung, dòng nhiễu động là thuận lợi trong hệ thống lấy mẫu và trong dòng khí được lấy mẫu vì nhiễu động làm cho khí duy trì trộn rất tốt. Nên cẩn thận và cân nhắc đối với khí gần điểm sương, vì sự giảm về nhiệt độ trong đường ống sẽ có một vài sự ngưng tụ xảy ra, do vậy sẽ giảm nhanh áp suất đẳng nhiệt (sự giãn nở đoạn nhiệt gây ra lạnh) dẫn đến dòng chảy khí mẫu hai-pha.

7.3  Phép xác định/ước tính/kiểm soát điểm sương theo hydrocacbon

Có hai phương pháp cơ bản: xác định trực tiếp bằng các quan sát một cách tự nhiên sự ngưng tụ chất lỏng và tính toán từ phép phân tích chi tiết. Phương pháp thứ ba đo tính chất tương tự/ liên quan của sự tạo thành chất lỏng hydrocacbon tiềm tàng (phương pháp khối lượng) cũng được thảo luận.

Kỹ thuật thứ nhất và thiết bị để xác định điểm sương của các khí dưới áp suất đã được xuất bản bởi Deaton và Frost^[1]. Phương pháp thủ công này được chấp nhận rất rộng rãi vì nó là phương pháp có sẵn và ngầm mặc định trở thành tiêu chuẩn de facto. Tuy nhiên, hiện nay không có phương pháp ISO được xuất bản với các tính năng bất kỳ. Có một phương pháp mô tả vận hành gương lạnh thủ công như thế nào trong tiêu chuẩn ISO về điểm sương nước. Xem TCVN 12045 (ISO 6327). TCVN 12045 (ISO 6327) mô tả các quy trình cần thiết để chú ý đề phòng sự tạo thành hydrocacbon và chất lỏng khác trên gương trước khi xác định điểm sương theo nước (xem Phụ lục để tham khảo thêm).

Tương tự, phương pháp để tính toàn từ phân tích chi tiết bằng sắc ký khí được mô tả trong ISO 23874.

ISO 23874 chỉ đề cập đến các yêu cầu sắc ký đồ và không có phương trình trạng thái các phương pháp số học. Đối với lợi ích của người sử dụng bản thảo này được nêu trong Phụ lục B.

Có tiêu chuẩn xuất bản về hàm lượng chất lỏng hydrocacbon tiềm tàng: ISO 6570. Giải thích về sự cần thiết được nêu trong Phụ lục C.

Yêu cầu thực sự là cho phương pháp tự động trực tuyến (on-line) xác định tính chất khí lý học của điểm sương theo hydrocacbon. Phương pháp xác định hàm lượng chất lỏng hydrocacbon tiềm tàng không thích hợp với tự động hóa.

7.4  Phương pháp vật lý

7.4.1  Tổng quan

Khí thiên nhiên được cho đi qua khoang tại áp suất xác định – điển hình trong dải từ 25 bar đến 35 bar. Khoang có bề mặt phản chiếu trên đó ánh sáng chiếu vào và có thể quan sát được. Bề mặt được làm lạnh và nhiệt độ của nó tại lần xuất hiện đầu tiên của chất lỏng được ghi lại. Nhiệt độ này được xem như là nhiệt độ điểm sương tại áp suất của phép xác định. Việc vận hành có thể được điều khiển thủ công, trong trường hợp đó sự xuất hiện của chất lỏng trên bề mặt luôn luôn được phát hiện bằng mắt, hoặc tự động, trong trường hợp này sự phát hiện là bằng tế bào quang học.

7.4.2  Phương pháp vật lý – Thuận lợi

– Sự ngưng tụ của chất lỏng được minh chứng rõ ràng.

– Đó là phương pháp tiêu chuẩn de facto, và những người vận hành có kinh nghiệm có thể đạt được sự thỏa thuận tốt khi sử dụng nó.

– Thiết bị thủ công có thể mang đi được, do vậy lấy mẫu không là vấn đề. Làm lạnh có thể được thực hiện bởi sự giãn nở của cacbon dioxit hoặc không khí, tránh dùng năng lượng điện. Phương pháp vật lý, thừa nhận rằng nhiệt độ điểm sương là một quy định kỹ thuật nghiêm ngặt hơn số lượng condensat (PHCL).

– Thiết bị tự động phù hợp với các yêu cầu an toàn đối với sự lắp đặt nhà máy chế biến.

7.4.3  Phương pháp vật lý – Bất lợi

– Nguồn điện nhỏ được yêu cầu để chiếu rọi bề mặt lạnh với thiết bị thủ công, nhưng nó được sử dụng thường xuyên trong sơ đồ làm việc.

– Lượng xác định chất lỏng cần ngưng tụ trước khi nó có thể nhìn thấy. Điều này sẽ xảy ra tại nhiệt độ dưới nhiệt độ điểm sương lý thuyết (phân tử đầu tiên) và chúng khác nhau giữa các khí từ các nguồn khác nhau. Ảnh hưởng này là quan trọng. Tốc độ tại đó chất lỏng ngưng tụ tạo thành là hàm của nhiệt độ dưới điểm sương lý thuyết phụ thuộc vào thành phần của khí. Hình 2 đến 4 trình bày đường sương và đường phân đoạn đẳng-hơi đối với ba khí. Đường phân đoạn đẳng-hơi tương ứng với lượng ngưng tụ trong mỗi trường hợp là 50 mg/m³,100 mg/m³ và 200 mg/m³.

CHÚ DẪN:

X	Nhiệt độ, tính bằng độ C	1	Đường sương
Y	Áp suất, tính bằng bar	2	50 mg/m3
		3	100 mg/m3
		4	200 mg/m3

Hình 2 – Đặc tính ngưng tụ khí 1

 

CHÚ DẪN:

X	Nhiệt độ, tính bằng độ C	1	Đường sương
Y	Áp suất, tính bằng bar	2	50 mg/m3
		3	100 mg/m3
		4	200 mg/m3

Hình 3 – Đặc tính ngưng tụ khí 2

CHÚ DẪN:

X	Nhiệt độ, tính bằng độ C	1	Đường sương
Y	Áp suất, tính bằng bar	2	50 mg/m3
		3	100 mg/m3
		4	200 mg/m3

Hình 4 – Đặc tính ngưng tụ khí 3

Khí 1 sinh ra condensat tại tốc độ nhanh dưới nhiệt độ điểm sương: 50 mg/m³ được tìm thấy tại nhiệt độ 0,2 °C dưới điểm sương. Khí 2, có giá trị điểm sương cao hơn, cũng là hợp lý, tại 0,6 °C; 50 mg/m³ là ước tính hợp lý của lượng condensat cần thiết để tạo cặn lắng có thể nhìn thấy trên gương lạnh, số lượng sẽ thay đổi theo thiết kế khoang. Khí 3 là ngoại lệ, tạo ra 50 mg/m³ tại 7,6 °C dưới nhiệt độ điểm sương.

Đặc tính của khí 3 là bất thường, nhưng nó là khí thiên nhiên thật, được chấp nhận đi vào hệ thống dẫn truyền. Nó có thể tăng việc sử dụng của số lượng lớn của các nhà cung cấp nhỏ hơn dẫn đến các khí như vậy đang được phân phối nhiều hơn.

Điểm của nhiệt độ điểm sương lớn nhất (nhiệt độ tới hạn) được tìm thấy ở các áp suất khác nhau với các khí khác nhau. Phép xác định điểm sương vật lý xảy ra ở áp suất lựa chọn (mặc định ở châu Âu là đồng hồ 27,6 bar hoặc 400 psi). Áp suất mặc định này không thể phản ánh nhiệt độ tới hạn thực vì thành phần khí thay đổi. Thực tế không thể tạo ra một dãy các phép đo tại các áp suất khác nhau, và do vậy độ chệch có ý nghĩa có thể có. Hình 5 trình bày các đường sương đối với khí 2 và 3, như ở trên, và cũng đối với khí 4, được so sánh với áp suất đo điển hình là 28 bar. Nhiệt độ tới hạn đối với khí 2 là tại xung quanh 30 bar, và vì vậy sự chênh lệch giữa nhiệt độ điểm sương lớn nhất và nhiệt độ điểm sương ở 28 bar chỉ là 0,1 °C.

Khí 3 có nhiệt độ tới hạn xung quanh 20 bar, một số đường cách xa áp suất đo, có nghĩa là điểm sương đo được sẽ bị đánh giá thấp xuống 1 °C từ nhiệt độ lớn nhất. Nhiệt độ tới hạn đối với khí 4 xảy ra tại khoảng 47 bar, có nghĩa là giá trị đo được sẽ là 2,4 °C dưới nhiệt độ lớn nhất. Các tính toàn này giả thiết rằng điểm sương lý thuyết được công nhận ngay tức thì; thực tế, vì chúng ta nhìn từ Hình 4, khí 3 sẽ chịu sai số lớn hơn vì tốc độ phát sinh condensat chậm của nó. Hình 5 cũng trình bày sự lựa chọn áp suất đo phù hợp hơn đối với khí 3 hoặc khí 4 sinh ra các sai số lớn hơn đối với những khí khác.

Nó có thể (nhưng chỉ tương đối) là pha ngưng tụ của nước hoặc chất lỏng khác (các glycol, metanol, v.v…) hơn là các hydrocacbon. Trong khi các nhà vận hành thủ công gương lạnh khẳng định họ có thể nhận dạng loại condensat, các nhà vận hành chưa có kinh nghiệm có thể nhận dạng không chính xác các chất lỏng khác như là hydrocacbon.

7.5  Phân tích và tính toán

7.5.1  Tổng quan

Phương trình của phần mềm trạng thái có thể tính toán các tính chất pha, bao gồm điểm sương hydrocabon, từ phép phân tích chi tiết. Phép phân tích luôn luôn yêu cầu thiết bị và các điều kiện trên cơ sở phòng thử nghiệm, mặc dù có mối quan tâm gia tăng cũng như việc sử dụng gia tăng các máy phân tích trực tuyến quá trình để thực hiện nhiệm vụ. Phép phân tích phải chi tiết, xác định các cấu tử chính và các lượng vết của các hydrocacbon nặng hơn cũng quan trọng. Đơn giản hóa như xác định tất cả C₆ và các hydrocacbon nặng hơn như “cấu tử-pseudo” (cấu tử giả) đơn, mà thỏa mãn phép xác định nhiệt trị, là không thể chấp nhận. Cũng không thể sử dụng hệ thống phân tích đơn, như trường hợp đối với các nhiệt trị; chi tiết được yêu cầu đối với các hydrocacbon nặng hơn đòi hỏi hệ thống phân tích khác với hệ thống phân tích đã sử dụng cho các cấu tử chính. Có thể sử dụng một thiết bị đơn, nhưng nó đòi hỏi có các hệ thống phân tích phụ khác nhau.

Sự tiếp cận đối việc sử dụng quá trình và phòng thử nghiệm là khác nhau đáng kể và chúng được xem xét riêng biệt.

7.5.2  Phân tích phòng thử nghiệm

7.5.2.1  Tổng quan

Mẫu phải đến cùng với người phân tích. Khí có thể được phân tích trực tiếp, trong trường hợp này sự kết hợp cỡ mẫu và kích thước cột phải được điều chỉnh phù hợp để cho phép đo được các lượng nhỏ của hydrocacbon có điểm sôi cao hơn ở mức độ ngày càng cao với độ chính xác đủ. Ngoài ra, các hydrocacbon nặng hơn có thể được cô đặc trước trong ống hấp phụ và/hoặc bẫy lạnh để cho các lượng lớn hơn được phân tích. Các cấu tử có điểm sôi thấp hơn không phải chịu sự cô đặc trước và vì vậy phương pháp phải được xác định rõ để đảm bảo rằng các cấu tử được phân tích được cô đặc trước một cách định lượng.

7.5.2.2  Phân tích phòng thử nghiệm – Thuận lợi

– Sắc ký khí sử dụng cột mao quản, chương trình nhiệt độ và detector ion hóa ngọn lửa (FID) được thiết lập rõ ràng đối với dải các cấu tử, và có độ nhạy vừa đủ để áp dụng đối với những lượng nhỏ vài phần triệu.

– Kỹ thuật cô đặc trước cho phép phép đo lượng vài phần tỷ.

– Từ phân tích toàn phần, phương trình phần mềm trạng thái cho phép tính toán cấp số nhân. Điểm sương tại áp suất đã chọn, hoặc dải các điểm sương, hoặc chỉ nhiệt độ tới hạn có thể được tính theo yêu cầu. Ngoài ra, nó có thể tính toán lượng condensat tại các điều kiện đặc biệt trong vùng hai pha, và các tính chất và thành phần của condensat và của khí ở trạng thái cân bằng có thể được tìm thấy.

7.5.2.3  Phân tích phòng thử nghiệm – Bất lợi

– Chất lượng của kết quả là hoàn toàn tin cậy trên chất lượng của mẫu. Phải cẩn thận để đảm bảo mẫu là đại diện, không có cấu tử bị mất trong toàn bộ hoặc trong từng phần, và không có lây nhiễm chéo từ lần sử dụng trước đây.

– Dữ liệu định lượng là luôn luôn được tính toán sử dụng giả thiết rằng FDI là máy đếm cacbon. Các cấu tử sau đó được định lượng tương đối so với một cấu tử, như butan hoặc pentan, chúng được đo như là phần của phép phân tích cấu tử chính. Giả thiết này có thể không phải là thực, phụ thuộc vào các thông số vận hành của máy phân tích, và nên được kiểm tra. Các hỗn hợp khí đã được chứng nhận có chứa các cấu tử quan tâm điển hình không có sẵn (mặc dù điều này đang cải thiện) và đắt đỏ.

– Có sự chênh lệch rõ ràng về kết quả khi sử dụng cùng dữ liệu phân tích với các phương trình trạng thái khác nhau. Hình 6 trình bày sự chênh lệch đối với khí 2, 3 và 4 khi sử dụng cùng dữ liệu phân tích với các phương trình trạng thái Redlich-Kwong-Soave (RKS) và Peng-Robinson (PR). Để các kết quả so sánh được, phải sử dụng cùng phương trình, có ít thông tin về phương trình nào được ưu tiên. Công việc hiện nay trong ISO/TC 193 là cần nâng cao kiến thức trong lĩnh vực này như sẽ nghiên cứu GERG.

– Với phép đo phòng thử nghiệm bất kỳ nào đều có một sự chậm trễ thường thấy giữa lấy mẫu và báo cáo.

7.5.3  Phân tích quá trình

7.5.3.1  Phân tích quá trình – Thuận lợi

– Với hệ thống lấy mẫu được thiết kế thích hợp, người phân tích có được mẫu đại diện, theo cách tương tự đó là các phương pháp điểm sương vật lý.

– Có chút chậm trễ giữa lấy mẫu và báo cáo

– Máy phân tích cài đặt cho phép xác định điểm sương cũng sẽ có khả năng cung cấp dữ liệu cho các tính chất vật lý học, như nhiệt trị, khối lượng riêng, chỉ số Wobbe và hệ số nén.

7.5.3.2  Phân tích quá trình – Bất lợi

– Chương trình nhiệt độ không có sẵn trên các máy phân tích quá trình. Một số nhà sản xuất đề xuất model FID, và cột mao quản có thể được sử dụng tốt một cách hoàn hảo. Tuy nhiên, với phân tích đẳng nhiệt nó không khả thi để đạt được tính năng như nhau như tính năng của máy phân tích phòng thử nghiệm. Điều này có thể được giải quyết bằng cách phân nhỏ sự tách của các hydrocacbon từ C₅ đến C₁₂ thành các nhóm đơn giản hơn là cố xử lý nó bằng thao tác đơn.

– Nếu không có FID, vấn đề trở nên lớn hơn. Detector dẫn nhiệt (TCD) rất dễ kiểm có thể được sử dụng với cột mao quản, nhưng không thể tương thích với dải và độ nhạy của FID.

– Các nhận xét về dữ liệu định lượng đã cho về những bất lợi máy phân tích phòng thử nghiệm là như nhau đối với máy phân tích quá trình sử dụng FID. Có ít thông tin về sự đáp ứng của hydrocacbon từ TCD và vì vậy cần có hỗn hợp đã được chứng nhận để kiểm tra tính năng là tốt nhất.

– Sự lựa chọn phương trình trạng thái để tính toán là quan trọng như nhau vì khi sử dụng phân tích trên cơ sở phòng thử nghiệm

7.6  Các nghiên cứu so sánh

Số lượng các nghiên cứu so sánh đã được thực hiện giữa gương lạnh thủ công và thiết bị quan sát gương tự động, và giữa cả phòng thử nghiệm cũng như sắc ký đồ tự động với phương pháp quan sát sương. Tất cả các nghiên cứu này chỉ ra rằng xu hướng kiểm soát giống nhau nhưng không phải luôn luôn cho một cách chính xác giá trị trung bình giống nhau. Một số nghiên cứu không được diễn giải rõ ràng, hoặc được thực hiện theo cách được kiểm soát, và do vậy không hữu dụng. Tuy nhiên, hai báo cáo (Thư mục tài liệu tham khảo [2], [3]) chỉ ra rằng với thao tác rất cẩn thận và được kiểm soát của thiết bị giá trị điểm sương đồng quy có thể nhận được nếu chất lượng khí được xác định rõ ràng và có thành phần không đổi.

Hiện nay có công trình rộng rãi đang được thực hiện bởi một vài nhóm công tác, như là GERG, NPL. Những nghiên cứu thêm này sẽ dẫn đến sự hiểu biết nâng cao hoặc tốt hơn về phép xác định điểm sương theo hydrocacbon trong vài năm tới.

8  Kết luận

Phương pháp xác định điểm sương theo hydrocacbon nên được lựa chọn một cách cẩn thận để tương thích với bản chất của khí thiên nhiên, phương thức vận hành và sử dụng cuối cùng mà theo đó các thông tin được áp dụng.

Các phương pháp xác định khác nhau về điểm sương theo hydrocacbon bất đồng về kết quả do nhiều lý do, nhưng lý do cơ bản là:

– Tốc độ lắng và lượng chất lỏng lắng trên bề mặt gương;

– Thực hiện phép xác định toàn diện các cấu tử trong khí thiên nhiên như thế nào và sự lựa chọn EoS để tính toán.

Mặc dù kết quả đồng thuận được yêu cầu bởi tất cả các bên tại thời điểm của phép đo, nhưng khó nhận được các kết quả hài hòa từ phép xác định trực tiếp bởi sự quan sát tự nhiên của sự ngưng tụ chất lỏng và tính toán từ phân tích chi tiết. Hai phương pháp này đang sử dụng về cơ bản các nguyên tắc đo khác nhau.

9  Khuyến nghị

Nếu thuật ngữ điểm sương theo hydrocacbon được sử dụng trong các quy định kỹ thuật chất lượng khí, nó nên được gắn bởi giá trị đã xác định, nghĩa là max. -2 °C tại các áp suất từ đồng hồ 1 bar đến đồng hồ 70 bar với sai số cho phép lớn nhất là ± 1,5 °C (từ giá trị được chấp nhận hoặc giá trị thực) và phương pháp xác định trong trường hợp giá trị tranh chấp cần được công bố.

Thuật ngữ điểm sương theo hydrocacbon nên được thay thế bằng thuật ngữ mới được gọi là điểm sương theo hydrocacbon kỹ thuật hoặc có thể đo được để giúp hội tụ giá trị đã xác định từ các phương thức khác nhau của phép đo.

 

Phụ lục A

(tham khảo)

Phép xác định bằng thiết bị đo sương (gương lạnh)

A.1  Giới thiệu

A.1.1  Tổng quan

Phép xác định bằng thiết bị quan sát đo sương có thể được thực hiện thủ công hoặc tự động.

A.1.2  Thiết bị quan sát đo sương thủ công

Kỹ thuật thủ công này yêu cầu sự quan sát, bằng mắt, sự tạo thành một lớp màng sương (mù) trên bề mặt của gương chiếu rọi đã được làm lạnh. Phương pháp yêu cầu người vận hành có kỹ năng và kinh nghiệm để đạt được các kết quả chính xác. Với kỹ năng tốt, phương pháp này cho sự chênh lệch lớn nhất là 1,5 °C giữa các phép đo trong 95 % thời gian. Vì là thủ công, phương pháp này không phù hợp để kiểm soát liên tục điểm sương của khí.

Phương pháp này đã được chấp nhận trong nhiều hợp đồng giữa các nhà phân phối và giao nhận hàng.

A.1.3  Thiết bị quan sát sương tự động

Thiết bị tự động xác định nhiệt độ tại đó sương tạo thành bằng cách làm lạnh và gia nhiệt tuần hoàn bề mặt phản chiếu trong khi dùng thiết bị quang học sự có mặt của sương trên bề mặt. Khi bề mặt không có sương, một ít ánh sáng bất kỳ được truyền qua detector, dẫn đến một tín hiệu thấp tương ứng từ detector. Khi sương tạo thành, nó tăng lượng ánh sáng đến detector, bằng cách đó cho biết nhiệt độ của bề mặt là điểm sương. Điều cần thiết là quyết định mức điện đầu ra được lấy để chỉ thị sự có mặt của sương. Nhìn chung đây là con số mặc định nhà máy, nhưng hầu hết các thiết bị cho phép điều chỉnh bằng cách tham chiếu đến thiết bị đo sương hoặc phương pháp đo khác. Sự khẳng định chính xác của nhà sản xuất là phương pháp này, tốt hoặc tốt hơn so với thiết bị đo sương thủ công.

A.2  Mô tả thiết bị đơn lẻ

A.2.1  Thiết bị quan sát sương thủ công

A.2.1.1  Tổng quan

Các phép đo thủ công của điểm sương theo hydrocacbon được thực hiện sử dụng các thiết bị quan sát sương khác nhau.

Một vài ví dụ là U.G.C., Marquis and Chandler Engineering (Thiết bị quá trình AMETEK)1).

Các thiết bị quan sát sương thủ công đã được sử dụng từ lâu và kỹ thuật đo bao gồm nhiều quy trình thủ công khác nhau. Kỹ thuật này được mô tả trong TCVN 12045 (ISO 6327).

A.2.1.2  Nguyên tắc đo

Điểm sương của khí được xác định bằng cách làm lạnh gương, dòng khí chậm được thổi qua gương. Điểm sương được ghi lại là nhiệt độ tại đó lớp màng condensat vừa xuất hiện trên gương.

Sơ đồ lắp đặt thiết bị là chung cho các thiết bị quan sát điểm sương thủ công khác nhau. Thiết bị bao gồm một ống được phân chia bởi gương thép không gỉ. Dòng khí chậm được đi qua phần của ống trên bề mặt phản chiếu của gương, gương được chiếu rọi và được quan sát qua một thị kính. Chất làm lạnh (cacbon dioxit) được cho qua phần khác của ống, như vậy là làm lạnh đằng sau gương. Nhiệt độ của gương được xác định với cảm biến nhiệt tiếp xúc với mặt sau của gương. Một van điều khiển kim nhỏ kiểm soát lưu lượng của chất làm lạnh. Thiết bị cũng được lắp với các van khí vào và ra và đồng hồ đo áp suất. Thiết bị được nối với điểm mẫu qua ống áp suất cao hoặc ống được làm bằng vật liệu không xốp, trơ và sạch. Điểm sương theo hydrocacbon là được đo theo quy ước chung tại 27,6 bar (400 psig), xấp xỉ nhiệt độ ngưng tới hạn của các khí thiên nhiên. Điểm sương theo hydrocacbon do vậy được ước tính là ở tại mức lớn nhất xung quanh áp suất này. Với thiết bị quan sát điểm sương, sự tạo thành màng hydrocacbon lỏng được quan sát như vân giao thoa bị nhuộm màu trên gương. Với một số thiết bị, những giọt nhỏ được quan sát, chứ không phải các vân giao thoa, do sử dụng gương gợn sóng.

A.2.1.3  Thuận lợi và bất lợi

Thiết bị quan sát sương thủ công đã được vận hành trên thế giới nhiều năm trong công nghiệp khí. Có thể thực hiện phép đo tương đối nhanh – 10 min – và có độ tái lập – những người vận hành đã được đào tạo khác nhau có thể đưa ra những kết quả với cùng khí và các thiết bị tương tự chỉ chênh lệch khoảng 1 °C. Giống như hầu hết các kỹ thuật đo động học, nghĩa là mẫu khí thiên nhiên phải được làm lạnh, và kết quả có thể phụ thuộc vào tốc độ làm lạnh. Việc phát hiện sự tạo thành đầu tiên của chất lỏng là chủ quan và phải do những người vận hành đã được đào tạo thực hiện. Ngoài ra, những người đã được đào tạo cũng có thể mô tả loại sương được phát hiện là hydrocacbon, nước, glycol hoặc metanol, vì mỗi chất trong các hợp chất này đưa ra các đặc tính tạo thành sương khác nhau.

A.2.2  Thiết bị quan sát sương tự động

A.2.2.1  Tổng quan

Có một vài loại máy phân tích điểm sương theo hydrocacbon tự động được chế tạo bởi các nhà sản xuất khác nhau. Do tất cả các thiết bị sử dụng gia nhiệt và làm lạnh bề mặt đo tự động và phát hiện sương quang học tự động, chúng khác nhau tùy theo phương pháp gia nhiệt/làm lạnh, chiều dài của chu kỳ đo, ổn định mẫu, thông số nguồn/bề mặt/detector và cấu hình vật lý.

A.2.2.2  Nguyên tắc đo

Trong khí có rất nhiều biến thể về nguyên tắc đo cụ thể được sử dụng, hầu như tất các thiết bị đo sương tự động dùng kỹ thuật chung sau đây.

Dòng mẫu khí thiên nhiên được nối từ đường ống vào máy phân tích tại áp suất đường ống (khi thích hợp, phép phân tích có thể diễn ra định kỳ, áp suất xác định như 27,6 bar) sử dụng ống thép không gỉ không hàn. Ống cần được kín để ngăn ngừa áp suất thất thoát trong ống khi thiết bị được lấy tốc độ dòng mẫu lớn nhất.

Mẫu khí luôn luôn được lọc để loại bỏ các chất lỏng và chất rắn lọt vào làm nhiễm bẩn khoang mẫu và bề mặt đo. Việc này nhằm giảm thiểu sự cần thiết làm sạch các bề mặt đo quang trong khoang mẫu của thiết bị.

Bề mặt đo được làm lạnh và gia nhiệt định kỳ để cho sương tạo thành nhằm phát hiện điểm sương và để bay hơi làm sạch bề mặt cho chu kỳ đo tiếp theo. Hệ thống quang học gồm nguồn sáng, bề mặt đo, detector được sử dụng để phát hiện khi sương tạo thành trên bề mặt đã làm lạnh.

Chùm sáng được chiếu bởi nguồn sáng đến bề mặt đo. Khi bề mặt không có sương, gần như không có, ánh sáng được truyền đến detector, kết quả là chỉ có một tín hiệu thấp tương ứng từ detector. Khi sương tạo thành trên bề mặt, tín hiệu từ detector tăng đột ngột, chỉ thị sự có mặt của sương. Cặp nhiệt ngẫu có độ chính xác cao được sử dụng để tiếp nhận liên tục nhiệt độ của bề mặt. Sau đó nhiệt độ mà tại đó detector “nhìn thấy” ánh sáng được báo cáo là nhiệt độ điểm sương theo hydrocacbon.

Độ chính xác của thiết bị điểm sương theo hydrocacbon tự động phụ thuộc vào một số yếu tố: độ chính xác của dụng cụ đo nhiệt độ, lượng sương tạo thành được yêu cầu để “kích hoạt” detector nhận ra có sương, và gradien nhiệt độ giữa dụng cụ đo nhiệt độ và bề mặt đo mà sương hình thành ở đó.

Do phép đo nhiệt độ chính xác cao đạt được một cách dễ dàng, yếu tố đầu tiên thường không phải là mối quan tâm (Hãy lưu ý rằng độ chính xác của dụng cụ đo nhiệt độ không được coi là độ chính xác tổng thể của dụng cụ đo sương). Yếu tố thứ hai thường là bất lợi được mô tả chi tiết trong 7.4.3. Yếu tố thứ ba là nơi những sự không chính xác vốn có thường xuyên xảy ra.

Kiểm tra xác nhận độ chính xác của dụng cụ đo điểm sương tự động có thể đạt được bằng cách thử thiết bị với hydrocacbon đã biết điểm sương như propan tinh khiết tại áp suất được kiểm soát nhưng không phản ánh đặc tính phức tạp của khí thiên nhiên thực ngược với bản chất.

A.2.2.3  Thuận lợi và bất lợi

Những thiết bị này có thuận lợi là đo trực tiếp tính chất vật lý của sự tạo thành sương. Chúng liên tục cung cấp phép đo điểm sương chính xác và có thể xác nhận được cho mẫu khí. Các phép đo thường là nhất quán và có thể lặp lại giữa các thiết bị tự động và thậm chí với các thiết bị thủ công được vận hành bởi các kỹ thuật viên thành thạo.

Có thể có một số bất lợi. Một vài thiết bị sẽ tạo ra sương nước, glycol hoặc metanol mà có thể hoặc không được mong muốn. Ngoài ra, một số thiết bị yêu cầu khí làm lạnh mà có thể không sẵn có hoặc không mong muốn sử dụng ở một số vị trí lắp đặt. Cuối cùng, một vài thiết bị có thể có hệ thống lọc mẫu không thích hợp sẽ dẫn đến việc cần bảo dưỡng bộ lọc và làm sạch bề mặt đo thường xuyên hơn.

A.3  Sử dụng thiết bị tốt nhất

A.3.1  Thiết bị quan sát đo sương thủ công

A.3.1.1  Phương pháp luận thử nghiệm

Các yếu tố tới hạn được xem xét trong quy trình vận hành là lưu lượng của khí và chất làm lạnh để đạt được tốc độ làm lạnh chậm (1 °C/min) xảy ra trước (ca. 3,5 °C) sự xuất hiện của chất lỏng.

Phương pháp luận thừa nhận rằng điểm sương theo hydrocacbon là khó quan sát hơn điểm sương nước. Nó cũng công nhận vấn đề làm lạnh gương quá nhanh và đề nghị rằng kết quả cuối cùng là trung bình của điểm xuất hiện đầu tiên của chất lỏng khi làm lạnh và điểm mà tại đó chất lỏng biến mất khi gia nhiệt lại. Phương pháp luận thử nghiệm đòi hỏi các điểm sương khi làm lạnh và khi gia nhiệt là khác nhau không quá 1 °C. Điểm sương được báo cáo trong điều kiện này là điểm sương khi làm lạnh. Các số đọc được lặp lại cho đến khi nhận được các kết quả không đổi.

A.3.1.2  So sánh người vận hành

Để thu được độ tin cậy trong so sánh bất kỳ giữa các phép quan sát đo điểm sương thủ công, liên so sánh giữa những người vận hành và quá trình đo đã được thực hiện. Đối với cả hai thử nghiệm, những người vận hành đo các điểm sương theo hydrocacbon và các kết quả được so sánh.

Sự thỏa thuận nhận được giữa các nhà vận hành, cùng với quá trình đo cho thấy không có khác nhau của 21 trong tổng số 22 phép so sánh.

A.3.2  Thiết bị quan sát đo sương tự động

A.3.2.1  Tổng quan

Khí để xác định được lấy từ điểm lấy mẫu thông thường cũng phục vụ cho thiết bị quan sát đo sương thủ công. Tất cả đường mẫu được gia nhiệt bằng điện và được cách điện.

Áp suất đồng hồ 28 bar được cài đặt, vì đây là áp suất tại đó nhiệt độ điểm sương có giá trị cao nhất. Thiết bị được thiết lập với chu kỳ thời gian 15 min và cài đặt mặc định của nhà máy (275 mV) cho hiệu chuẩn.

A.3.2.2  Kết quả

Các kết quả của một thiết bị quan sát đo sương tự động có sẵn trên thị trường được so sánh với các phép đo bằng thiết bị quan sát đo sương thủ công, máy sắc ký khí và Gastec, sau khi thực hiện thời gian điều chỉnh trôi nhanh thích hợp cho lưu lượng khí qua đường ống.

Mức chung của điểm sương là xung quanh -8 °C. Tuy nhiên, hai sự trệch chính đã xảy ra trên chu kỳ. Thiết bị quan sát đo tự động tin cậy được xác nhận bởi các máy sắc ký khí và thiết bị quan sát đo sương, số đọc thiết bị quan sát đo sương thủ công nói chung cũng là phù hợp với xu hướng đã chỉ thị của thiết bị quan sát đo tự động. Tuy nhiên, các giá trị điểm sương đã xác định bằng thiết bị quan sát đo tự động là cao hơn so với các giá trị nhận được từ máy sắc ký khí và thiết bị quan sát đo sương thủ công.

Trước sau như một, số đọc thiết bị tự động cao hơn. Điều này phù hợp với nhận xét từ nhà sản xuất các thiết bị.

 

Phụ lục B

(tham khảo)

Các phương pháp sắc ký

B.1  Giới thiệu

Phụ lục này đưa ra thông tin cơ sở về các yêu cầu sắc ký khí đối với việc tính toán điểm sương theo hydrocacbon, như đã nêu trong ISO 23874.

B.2  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này mô tả các yêu cầu tính năng đối với phép phân tích khí thiên nhiên đã xử lý trong đường ống hoặc có thể tính nhiệt độ điểm sương theo hydrocacbon sử dụng phương trình trạng thái thích hợp. Tiêu chuẩn này có thể được áp dụng đối với các khí, có nhiệt độ điểm sương tối đa (nhiệt độ ngưng tới hạn) từ 0 °C đến -50 °C. Áp suất tại những nhiệt độ điểm sương lớn nhất này được tính toán nằm trong dải 20 bar đến 50 bar. Các cấu tử chính được đo sử dụng TCVN 12047-1 (ISO 6974-1), và các dải của các cấu tử, có thể đo được, là như được xác định trong tiêu chuẩn đó. Quy trình đã nêu ở đây bao trùm phép đo các hydrocacbon trong dải C₅ đến C₁₂, n-Pentan sử dụng làm cấu tử cầu nối và định lượng theo TCVN 12047 (ISO 6974), tất cả C₆ và các hydrocacbon nặng hơn được xác định tỷ lệ với n-pentan.

B.3  Nguyên tắc

Đối với các hỗn hợp khí hydrocacbon như khí thiên nhiên, biên giới pha hoặc đường điểm sương khác biệt với khí pha đơn từ các hỗn hợp khí/lỏng là hàm phức của áp suất, nhiệt độ và thành phần. Đối với thành phần nhất định, áp suất tại đó nhiệt độ điểm sương đạt cực đại là trung điểm giữa các nhiệt độ được tìm thấy trong quá trình truyền và phân phối. Phép phân tích phải bao hàm các cấu tử trơ và đối với các hydrocacbon lên đến C₁₂. Heli, hydro, nước và hợp chất lưu huỳnh không cần thiết phải xác định trừ khi bất kỳ chất nào có mặt lớn hơn 0,01 phần mole.

Phép phân tích phải được thực hiện thành hai phần. Các cấu tử chính (nitơ, cacbon dioxit và các hydrocacbon từ C₁ đến C₅) được phân tính theo TCVN 12047 (ISO 6974). Các hydrocacbon nặng hơn (C₅ đến C₁₂ được phân tích để đáp ứng các yêu cầu đã nêu trong tiêu chuẩn này. Điều đó cho phép đo lượng vết các chất theo TCVN 12047 (ISO 6974) và được mở rộng đối với các hydrocacbon nặng hơn.

Việc nhận dạng tất cả các hydrocacbon nặng hơn đo được là không khả thi, cũng như không thể nhận được hỗn hợp khí chuẩn có chứa nhiều hơn đại diện của các hydrocacbon nặng hơn. Dữ liệu phân tích do vậy được xử lý với số lượng các giả thiết đơn giản hóa:

– Các thành phần không nhận dạng được định rõ số cacbon hoặc khối lượng phân tử theo các vị trí của chúng trong sắc ký đồ với n-alkan đã nhận dạng;

– Các alkan có số cacbon là 7 và cao hơn được tính tổng bởi số lượng cacbon và được xử lý là các phân đoạn nạp vào để tính toán điểm sương;

– Các điểm sôi trung bình và khối lượng riêng của các phân đoạn được tính toàn từ các điểm sôi riêng lẻ và số lượng các cấu tử bao gồm chúng; các điểm sôi cấu tử riêng lẻ được tính toán bởi phép nội suy giữa các n-alkan chặn trên dưới (Thư mục tài liệu tham khảo [4]);

– Các cấu tử mẫu được định lượng bằng cách so sánh với n-pentan, xác định theo TCVN 12047 (ISO 6974), sử dụng hệ số đáp ứng tương đối trên cơ sở các số lượng cacbon đã được chỉ định.

CHÚ THÍCH: Khi sử dụng TCVN 12047 (ISO 6974), n-pentan có thể được xác định là cấu tử trực tiếp, cũng có mặt trong hỗn hợp khí hiệu chuẩn, hoặc là cấu tử gián tiếp sử dụng hệ số đáp ứng tương đối với cấu tử khác (ví dụ, n-butan) trong hỗn hợp khí hiệu chuẩn. Trong cả hai trường hợp, độ không đảm bảo về chất lượng của n-pentan có thể được tính theo TCVN 12047-2 (ISO 6974-2).

B.4  CRM

B.4.1  Hỗn hợp khí chuẩn đã được chứng nhận cho các cấu tử chính (CRM1), như được yêu cầu đối với TCVN 12047 (ISO 6974). Phụ thuộc vào dải làm việc và độ chính xác đã yêu cầu, có thể cần nhiều hơn một CRM.

B.4.2  Hỗn hợp khí chuẩn đã được chứng nhận đối với các hydrocacbon nặng hơn (CRM2), có chứa tối thiểu, n-pentan, n-hexan, benzen, cyclohexan, n-heptan, toluen, metyl cyclohexan và n-octan. Lý tưởng, CRM2 cũng nên chứa n-nonan, n-decan, n-undecan và n-dodecan trong metan.

Các phần mol của các cấu tử trong CRM2 phải được lựa chọn để thích hợp với ứng dụng, miễn là hỗn hợp ổn định và không có khả năng ngưng tụ trong cả bảo quản và sử dụng.

B.4.3  Các cấu tử chính, hệ thống đối với phép đo các cấu tử chính phải có tính năng như mô tả trong TCVN 12047 (ISO 6974).

B.4.4  Các hydrocacbon nặng hơn, hệ thống đối với phép đo các hydrocacbon nặng hơn phải đáp ứng các yêu cầu sau:

– Có khả năng xác định các alkan lên đến và bao gồm cả n-dodecan;

– Có khả năng xác định các alkan riêng lẻ tại nồng độ không nhỏ hơn 0,1 phần triệu (0,000 000 1 phần mol);

– Có khả năng phân biệt và xác định benzen, toluen, cyclohexan và metyl cyclohexan như các cấu tử riêng lẻ;

– Sử dụng hệ thống phát hiện mà có thể ít nhất về nguyên tắc xác định tất cả các hydrocacbon trong dải C₅ đến C₁₂;

– Sử dụng hệ thống phát hiện mà có đáp ứng dự kiến đối với các hydrocacbon, dựa trên cơ sở khối lượng và hàm lượng cacbon, như vậy các cấu tử chưa nhận dạng được có khối lượng phân tử hoặc số cacbon đã biết có thể xác định được tương đối so với các cấu tử đã biết khác trong mẫu hoặc trong khí hiệu chuẩn.

B.5  Thuận lợi

Nhiều dữ liệu thành phần được yêu cầu cho những lý do khác và không nhân đôi thiết bị tại điểm đo.

Lợi ích là dự đoán sự thay đổi hoặc xu hướng; điều này giải thích tại sao có sự thay đổi, và có thể cung cấp thông tin về khí trong các nhiệt độ và áp suất khác nhau dưới đường ống từ điểm đo.

Có thể tính toán lượng chất lỏng được tạo thành dưới áp suất và nhiệt độ khác nhau.

Xác định đường sương (quỹ tích của HC DP tại nhiệt độ và áp suất khác nhau), xác định các điều kiện giữa khí đồng nhất và các điều kiện hai pha. Phân tích sắc ký khí của khí thiên nhiên cho mục đích tính toán điểm sương theo hydrocacbon cần phải toàn diện và thành thạo.

Đối với mục đích tính nhiệt trị, khối lượng riêng và chỉ số Wobbe, phép phân tích có thể được đơn giản hóa bởi, ví dụ, tái tổ hợp tất cả C₆ và các cấu tử nặng hơn và xác định chúng như là một thực thể đơn (C₆+).

Thành phần từ phép phân tích sắc ký đồ cần được xác định rõ ràng nhưng phải quy định tính toán thường xuyên và phương trình trạng thái EOS. Đối với việc nạp dữ liệu thô giống nhau, có thể nhận được các giá trị điểm sương theo hydrocacbon khác nhau, phụ thuộc vào EOS được sử dụng. Sự lựa chọn phương trình trạng thái để tính toán là quan trọng như sự lựa chọn phân tích trực tuyến hoặc phân tích trên cơ sở phòng thử nghiệm.

 

Phụ lục C

(tham khảo)

Hàm lượng chất lỏng hydrocacbon tiềm ẩn

C.1  Phạm vi áp dụng

Phụ lục này đưa ra kiến thức cơ bản dựa trên phép xác định hàm lượng chất lỏng hydrocacbon tiềm ẩn, như đã nêu trong ISO 6570.

C.2  Lời giới thiệu

Trong những điều kiện nhất định, sự có mặt của các hydrocacbon nặng hơn trong khí thiên nhiên hoặc các khí tương tự có thể làm ngưng tụ và condensat được tạo thành có thể gây khó khăn trong việc vận hành hệ thống vận chuyển và phân phối khí. Các phép đo điểm sương, bằng sự ngưng tụ trên gương, có thể cho một chỉ số về các điều kiện mà sự ngưng tụ bắt đầu. Tuy nhiên, các phép đo này không đưa ra thêm thông tin về lượng chất lỏng được dự kiến trong các điều kiện vận hành. Đối với việc vận hành đúng các hệ thống vận chuyển và phân phối, yêu cầu hiểu biết về lượng condensat được tạo thành như hàm của nhiệt độ và áp suất. Sự hiểu biết này cũng được yêu cầu để thiết kế hệ thống sản xuất và xử lý cũng như để xử lý và thải bỏ thường xuyên chất lỏng. Các phương pháp được mô tả trong ISO 6570 để xác định số lượng condensat hydrocacbon được tạo thành từ khí thiên nhiên hoặc khí tương tự như hàm của nhiệt độ và áp suất của khí. Các thiết bị dựa trên cơ sở các nguyên tắc đo khác nhau có thể cho con số liên quan đến hàm lượng condensat tiềm ẩn hoặc điểm sương. Điểm sương chỉ có thể được xác định bằng cách thực hiện các phép đo tại các nhiệt độ khác nhau tiếp theo bằng cách ngoại suy các phép đo đến giá trị hàm lượng chất lỏng hydrocacbon tiềm ẩn bằng zero. Các phương pháp được mô tả trong tiêu chuẩn này có thể được sử dụng để hiệu chuẩn các thiết bị như vậy.

C.3  Nguyên tắc

Phép định lượng condensat hydrocacbon có thể được tạo thành tại áp suất, p, và nhiệt độ T bằng cách cho mẫu đại diện của khí đi qua thiết bị trong đó trước tiên nó được mang đến áp suất, p, sau đó được làm lạnh đến nhiệt độ, T. Nhiệt độ và áp suất được lựa chọn theo ứng dụng cụ thể (xem Phụ lục A). Trước khi giảm áp suất của mẫu khí đến áp suất được yêu cầu đối với phép xác định, khí được gia nhiệt, sao cho, sau khi áp suất giảm, thì nhiệt độ ở trên nhiệt độ điểm sương của khí. Qua máy giảm áp, mẫu được làm lạnh đẳng áp trong bể làm lạnh đến nhiệt độ phép đo đã yêu cầu. Lượng chất lỏng tích tụ trong suốt quá trình đo được xác định bằng cân thủ công trực tiếp chất lỏng đã thu gom được hoặc cân dụng cụ chia tách khí xoáy tụ condensat tại lúc bắt đầu và kết thúc giai đoạn đo (Phương pháp A). Cách khác, lượng chất lỏng đã tích tụ trong ống đo thẳng đứng có thể được xác định một cách tự động (cân tự động gián tiếp) bởi chỉ số chênh lệch áp suất gây ra do chất lỏng tích tụ trong ống đo thẳng đứng.

 

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] DEATON, W.M. và FROST, E.M. JR., Apparatus for determining the dew point of gases under pressure, Bureau of mines, USBM Rl 3399, May 1938 (Thiết bị để xác định điểm sương của các khí dưới áp suất, văn phòng khai thác mỏ, USBM RI 3399, tháng 5 năm 1938)

[2] PANNEMAN, H.J., A traceable calibration procedure for hydrocarbon dew point meters, presentation given at the AGA operations conference in Chicago, April 2005 (Quy trình hiệu chuẩn có thể truy nguyên cho máy đo điểm sương theo hydrocacbon, trình bày được nêu tại Hội nghị AGA Operations ở Chicago, tháng 4 năm 2005)

[3] RIDGE, A., Hydrocarbon dew point measurement measuring systems, presentation given at the Advantica 2002 conference (Các hệ thống đo thông số điểm sương theo hydrocacbon, trình bày được nêu tại Hội nghị Advantica 2002)

[4] COWPER, C.J., Natural gas hydrocarbon dew point; comparision of measurement and calculation methods, presentation given at the 2^nd gas analysis symposium and exhibition, Maastricht, 2002 (Điểm sương theo hydrocacbon khí thiên nhiên; so sánh các phương pháp đo và tính toán, trình bày được nêu tại Triển lãm và hội nghị chuyên đề phân tích khí lần thứ 2, Maastricht, 2002)

[5] WARNER, H.R. et al. Hydrocarbon dew point determination of lean natural gases, Gas processors association annual convention, 2001 (Phép xác định điểm sương theo hydrocacbon của khí thiên nhiên nghèo, Hội nghị thường niên hiệp hội các nhà chế biến khí, 2001.)

 

 

---