天然气 气体取样 征求意见稿

1GB/T13609―202×天然气气体取样警告──使用本文件可能涉及带来危险的材料、操作过程和设备。本文件并不意味指明了伴随标准使用所带来的所有安全问题。本文件的使用者有责任建立合适的安全和健康措施并在使用之前明确应用上的限制或法规上的限制。本文件提供了一种确保输送到输配管网的天然气和天然气替代品的样品具有代表性的取样方法。本文件适用于互换性、能量含量及进入管网的测量和监测点的现场取样，尤其适用于跨境和贸易交接计量站。它是天然气处理和微量成分测量中控制应用的重要来源。本文件仅适用于天然气干气（单相，即通常是通过天然气管道输送的气体）取样。有时，天然气流会携带液态烃。如对湿天然气进行取样，则可能会在组成分析时造成额外的不确定度。本文件不包含湿气（两相或三相）的取样。本文件不适用于与气体取样相关的安全问题。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T20603冷冻轻烃流体液化天然气的取样GB/T20604天然气词汇3术语和定义GB/T20604界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1吸收absorption气体混合物与液体接触时，从气体中提取一种或多种成分。注2：气态组分通过毛细作用、渗透作用、化学作用或溶剂作用保留。3.2吸附adsorption通过物理或化学力，将气体分子、被溶解物质或液体保留在与之接触的固体或液体表面。3.3污染物contaminants颗粒物、乙二醇、压缩机油等含量极低的成分，被视为干扰性成分，不属于要取样的气体的一部分。然而，污染物一旦进入取样过程，就会继续影响与其接触的任何后续样品。经过一段时间3.42GB/T13609―202×解析desorption通过吸附或吸收的逆过程去除被吸附的物质。3.5直接取样directsampling在待取样的天然气与分析装置之间存在直接连接的情况下进行的取样。3.6移动活塞气瓶floating-pistoncylinder具有将样品与缓冲气体分离的可移动活塞的容器，活塞两侧的压力处于平衡状态。3.7气体吸附解吸效应gassorptioneffects某些气体在不发生分子转变的情况下被吸附到固体表面或从固体表面解吸的物理过程。注1：某些气体和固体之间的吸引力是纯粹物理吸引力且取决于相关材料的性质。天然气可能含有几种表现出强吸3.8高压天然气high-pressurenaturalgas压力超过0.2MPa的天然气。3.9烃露点hydrocarbondewpoint在给定压力下，烃类蒸气开始凝析时的温度。3.10累积取样器incrementalsampler将一系列点样累积成一个混合样品中的取样器。3.11间接取样indirectsampling在待取样的天然气与分析装置之间没有直接连接的情况下进行的取样。3.12液体分离器liquidseparator取样管线中用于采集析出液体的装置。3.13吹扫时间purgingtime用样品气吹扫装置所用的时间。3.14代表性样品representativesample当天然气被认为是一个均匀的整体时，其成分与其归属的天然气具有相同成分的样品。3.15停留时间residencetime一个样品流过某一装置所用的时间。3.16反凝析retrogradecondensation3GB/T13609―202×烃类气体混合物在特定压力和温度下产生重烃的液相，在相同温度下，压力高于或低于此特定压力时，混合物仍保持单相的气体状态。3.17样品容器samplecontainer进行间接取样时，用来收集气体样品的容器。3.18取样管线sampleline用于将气体样品从取样点(3.21)转移到取样装置或分析设备的管线。3.19取样探头sampleprobe插入气体管道，用来提取样品并与取样管线相连的装置。3.20取样地点samplingplace沿天然气管道或取样探头（3.19）所在的加工厂的位置。3.21取样点samplingpoint由取样地点（3.20）、取样位置(3.19)和取样探头上的入口位置(3.19)定义的空间中确切的点位。3.22取样位置samplingposition位于采样地点的天然气管道或加工厂的横截面积内的取样地点。3.23点样spotsample在指定时间、指定地点从气流中抽取指定体积的样品。3.24痕量组分tracecomponent含量非常低的成分。3.26湿润表面wettedsurface与被取样气体接触的材料表面。4安全注意事项本文件的使用可能涉及使用高压易燃气体和其他危险材料，这些材料可能位于指定为危险的区域（潜在爆炸性和/或有毒环境）。本文件不处理与此类情况相关的安全问题。用户有责任为加压设备、位于潜在危险区域的设备、对健康有潜在危害物质的控制、处理和运输等制定适当的设计规则、安装、操作、测试和维护程序。应严格遵守安全要求相关的国际和国内法规，这些法规比本文件更具分量。4GB/T13609―202×5取样原则天然气取样是从目标来源获取样品、对样品进行预处理（如有必要）并通过容器或其他输运媒介直接或间接将样品输送至分析仪器的过程。本文件介绍了每个步骤的方法和使用的设备。取样系统的目的为确保采集的样品能够代表气源，并且在将样品输送到分析仪器的过程中，即使在分子水平上，其化学和物理状态也保持不变。考虑到用于取样的设备要运行许多年，应慎重考虑系统的设计（具体的应用条件和测量目标）、制造、运行、维护和性能评估。6代表性样品为了表明从天然气样品中获得的任何信息真正代表了该信息所归属的全部量，本标准使用“代表性代表性样品有两个主要标准：（1）在收集、处理、存放或准备样品进行分析或测量的过程中，样品不会以任何方式改变。或更实际地说，不会以任何可避免的方式改变。只要组分和相一致（即与所考虑的质量/分析物的总体绝对或基本相同则认为样品条件等同。（2）样品是在一个取样点采集，可确定其实际上是在一个已知的时间或时间段内将信息应用于大量的样本。这需要时间上的匹配或分析结果与总体的同步。则认为是相关。7取样类型7.1取样方法注意事项取样的主要目的是获得足够量的、有代表性的气体样品。取样主要分为直接取样和间接取样。在直接取样法中，样品直接从气源输送到分析单元。在间接取样法中，样品在转移到分析单元之前被贮存在样品容器内。间接取样法主要分为取点样和取累积样。GB/T20603中描述了关于再气化液化天然气的取累积样。取样直接累积样累积样流量图1直接和间接取样方法示意图天然气分析所需的信息分为两类：平均值和限定值。平均值：发热量就是一个典型的例子。气体交接过程中要求给出时间或流量的平均发热量。由商业协议确定求平均值的时间周期和方法。5GB/T13609―202×限定值：大多数天然气贸易交接合同都包含对气体组成或气体特性的规范限制。可采用直接取样，但通常要求也必须采用间接取样。7.2取点样本文件规定了一种间接取样的方法，该方法将样品装入一个合适的容器，随后将其运送到分析地点。取点样是一种代表了取样时管道中情况的取样形式。取点样可用于气井或原料气评估、定期气流评估、结果验证、过程验证、故障排除和审计目的。取点样是一种从固定地点和固定时间点取样的形式，这种取样提供的是技术人员取样时管道中的样使用者应根据取样过程的安全性或流程合规性以及气体质量的稳定性，指定取样间隔（见7.2.9）。可采用几种经批准的取点样方法获得样品，如：充气排空法、充氦法、连续吹扫法、恒压法或其他经过验证和测试的取样方法。大多数样品都收集在标准的单腔样品气瓶或恒压活塞样品气瓶中。虽然可以通过这种方法收集有价值的信息，但必须注意，样品仅代表取样当时的信息。它不能代表下周或下个月取样位置的情况，除非该样品来自一个具有长期生产相同气体和含气量相同的同一气井。值得注意的是，气田的成分在开采末期时开始变得越来越丰富。天然气的质量可能保持10年不变，但在气田开采寿命末期出现变化。附录B描述了一种使用玻璃容器从低压天然气输配系统中获取点样的方法。特殊场合可以使用惰性聚合物袋等其他专用容器。适合高压和低压取点样的方法有：—充气排空法—控制速率法—抽空容器法—预充氦气(充氦)法—移动活塞气瓶法—单腔样品气瓶法—保温、保压取样法7.2.2充气排空法该方法适用于样品容器温度等于或大于气源温度的情况。气源压力应高于大气压。B.2给出了详细的示例程序。7.2.3控制速率法该方法使用针阀来控制样品流速，适用于样品容器温度等于或大于气源温度的情况。气源压力应高于大气压。B.3给出了该方法的详细示例。7.2.4抽空容器法该方法使用预先抽真空的气瓶来收集样品，适用于气源压力高于或低于大气压且气源温度高于或低于样品容器温度的情况。样气瓶上的阀门和配件应完好，无泄漏。B.4给出了一个详细程序例子。7.2.5预充氦气法6GB/T13609―202×该方法类似于抽空容器法，在取样前预先将容器中充满氦气来保持容器“无空气”。该方法用于不需要测量、最好可以忽略氦气的情况，如：用氦气载气进行气相色谱分析。7.2.6移动活塞气瓶法通过这种方法将样品吸入一个保持在管道压力、并配有伴热取样导管的移动活塞气瓶中。7.2.7单腔样品气瓶法用于收集样品进行分析的单腔气瓶。气瓶通常为不锈钢，两端为自旋螺纹端口。部分设计则只有一个螺纹端。最常见的容量为300ml、500ml和1000ml，也有其他容量气瓶可选。气瓶两端各有一个阀门，其中一端有一个安全泄压阀。7.2.8保温、保压取样法该方法适用于样品中重烃组分含量较高的现场取样，样品主要用于重烃组分的精确分析。气源压力应高于大气压力。B.5给出了一个详细程序的例子7.2.9.1一般注意事项取样频率取决于气流以往的性质以及预期（系统性）未来的变化。一般而言，管道中天然气成分可能每天、每周、每月、每半年、每个季节都有变化。气体组分也会随着气体处理设备和储层变化而发生变化。在选择取样间隔时，应考虑所有这些环境和操作注意事项。下面给出的统计方法可用于这些因素的考量。可根据所需(目标)平均量的不确定度来计算适当的样品数量。计算合适样本数的公式(1)如下(详见附录I)：n=|t×n=|t×……（1）(Utg,式中：s——单次测量的实验标准偏差；该公式通过迭代求解：选择初始值n和被选定n值对应的t值，用这个t值计算修正后的n值，再用修正后的n值计算出新的t值。不确定度水平、样品数量和标准偏差应在同一时间段内进行测量。7.2.9.2可接受的目标不确定度目标不确定度有两种不同的情况。一种情况为贸易交接合同中明确规定了平均值相关的目标不确定度。典型例子为发热量。另一种情况为只规定了气体组分或性质的限定值，没有规定不确定度。在这些情况下，目标不确定度可以根据在评价是否符合某一限定值时采用的决定规则来进行评估，而这又取决于可接受的风险等级。例如，当决策规则涉及一个等于扩展不确定度的保护带，并且应该确保不正确的符合性声明的概率较低时，可将上一次的测得值或上一年的平均值与极限值之差作为目标扩展不确定度。GB/T13609―202×t因子允许有限的样品量，可以在标准统计表中找到。该值取决于置信区间（通常为95%）和自由度，此处取为测量次数减1，即n-1。示例1.测定月平均发热量d=0.4%（天然气交接合同中要求的月平均值的不确定度水平）s=0.6%（一个月内的估计变化）第一次估算，取n=7当自由度为6时，t=2.45，单侧置信度为0.975(相当于两侧置信度为0.95)n=14第一次迭代，取n=14；重新计算，当自由度为13，t=2.16，单侧置信度为0.975(相当于两侧置信度为0.95)n=11第二次迭代，取n=11；重新计算，当自由度为10，t=2.23，单侧置信度为0.975(相当于两侧置信度为0.95)n=11示例2.总硫测定最后测得的浓度为20mg/m3，合同限定值为50mg/m3d=30mg/m3（贸易交接合同的限值与最后测得值之差）s=10mg/m3(过去一年中)点样的标准偏差，t=4.30，当n-1取2，确定度水平95%时n=2重新计算表明2个样品不够，所以要取3个样品。7.3取累积样（连续或复合）7.3.1一般注意事项流量和组分会随时间变化，因此应仔细选择取累积样间的时间间隔，以确保采集的样品反映这些变化。取累积样或复合取样是一种在指定时间或批次数量内采用的取样方法，采用该方法进行有代表性的复合取样，收集该时间段内或该批次内样品流的变化情况。系统通常由以下部件组成：取样探头、取样泵系统（根据装置的管道压力而定）、样品取样装置、与现场流量装置相连的计时装置、可调节的外部仪器供应源或调压器（获取管道中的气体压力并将气源调节到取样泵所需的压力）以及用于启动取样泵8GB/T13609―202×的电磁阀。该系统可以直接安装，也可以搭配外部取样回路安装。如果可能，取累积样系统应采用流量比例取样。如果气体的流速和组分都发生变化，使用流量比例取样尤为重要。例如，如果气流停止并且取样器继续收集样品，则复合样品的一部分是在没有气流时收集的，如果此期间的组分与平均组分不同，则样品不具有代表性。只有在取样时间间隔内流速稳定或组分在取样间隔内稳定时，才可以使用时间比例取样并得到代表性样品。7.3.3系统注意事项常用的累积取样器是置换式取样器，它将样品以恒定的、等于或略高于管线压力的压力泵入移动活塞气瓶或在确定的取样周期结束时达到管线压力的标准气瓶。取样管线的长度应尽可能短。除极干气体、贫气或低露点气体外，取样导管和取样器应伴热并隔热，以避免样品冷凝。取样器的设计应确保：——允许气体连续、不间断地流过；——每次取样前充分自动吹扫，将代表性样品累积泵入取样容器。7.3.4监测充注过程应采用就地或远程指示器定期监测充注过程。所有重要的信息应贴在气瓶标签上。标签应牢固地贴在样品气瓶上，但不得干扰样品气瓶的使用。标签信息最好包括：如有必要，应安装安全阀或等效装置（压力释放装置以保护系统在故障情况下不会超压。7.4在线或直接取样7.4.1一般注意事项GB/T13609―202×第三种取样方法是采用在线或直接取样系统。样品预处理系统必须尽可能靠近取样点，也就是取样探头下游，以降低进入分析仪的压力（如在线气相色谱分析）。预处理系统应集成加热功能，以抵消焦耳-汤姆逊效应，或由于气体的相包络和低温而导致液体悬浮的环境条件。建议在给定位置还要提供额外的调节、过滤、相分离、气相色谱保护和其他关键功能。为便于系统供应商进行适当设计，应提供与系统用途、所有气体成分（包括水、污染物、液体、相包络等）有关的所有信息图2和图3所示为本文件中描述的直接取样系统的示例。说明：1取样点2取样地点3取样探头，包括膜、过滤装置、减压器和出口歧管4电加热取样管线5分析小屋6分析仪图2直接调节探头取样示例GB/T13609―202×说明：1取样点2无膜过滤取样探头3取样地点4取样管线（尽可能短）5带有过滤装置/分离装置和电加热调节器的调节装置6电加热取样管线7分析小屋8分析仪图3带预处理外壳的非调节非减压探头取样示例自动排液包括从样品系统中收集器收集和定期排放的液体。但通常是不被允许的，因为在排液循环之间积聚液体的间歇性汽化会使分析结果产生偏差。根据所进行的分析，必须在全管线压力或减压下从取样点进行气体取样。为了下游取样设备或分析仪的安全性或完整性，以及减少从取样点传输样品的时间，可能需要减压。7.4.4惰性气体吹扫系统应配备惰性气体吹扫设施。如果因某种原因发生凝析，需要对样品系统进行吹扫，并且在引入工艺气体之前，清除系统中的空气（氧气避免发生危险情况。7.4.5安全/泄压阀GB/T13609―202×应安装自动泄压装置，当压力增大超过设定的开启压力时，装置启动，并具有快速全开或弹出装置，该阀门由上游的静压驱动。当上游压力降至设定压力以下时，装置自动关闭。泄压装置在关闭时被认为是密封的，通常用于气体、蒸汽或液体环境。减压器下游应安装一个泄压阀，以便在减压器发生故障时保护分析仪不因压力失控而损坏。7.4.6取样管线加热为避免凝析、产生液滴或雾气、发生化合物的吸附/解吸，取样管线的温度应保持在高于露点（即水、碳氢化合物）约10℃以上。这种类型的温度稳定性可以通过自调节的电伴热管线来实现。更多细节请参见本文件的10.10。8取样位置8.1一般要求8.1.1探头应位于管道中孔板、弯头、阀门、热套管等障碍物下游，距离至少为该障碍物的5倍直径。8.1.2探头应位于代表性气流管道的活动气流中（非排污装置、盲管段等）。理论上，在清洁干燥的天然气流中，探头可以安装在管道顶部、侧面甚至底部。优先选择水平管道的顶部，或者至少以+45°的最大角度（探头指向下方）安装，以使液滴能够排入气流，并避免有害污染物或微粒进入或积聚。注:这些注意事项针对的是清洁、干燥、偶尔有少量液8.1.3探头应直接位于气流中，以消除气溶胶和灰尘问题。探头外部应配备足够的阀门，让取样管线可以与工艺管线断开。根据位置和操作条件，可以采用固定式或可拆卸式探头。8.1.4如果水平或倾斜安装不会造成有害物质在取样系统中积聚，也可将取样探头安装在垂直管道中。8.2取样地点需慎重选择沿管道长度或管段安装取样点的位置。因探头可能会导致压力下降、堵塞气流等问题，直径小于50mm的管道（如生物甲烷气）不需要安装探头，也可以针对上述情况使用特定的探头。取样地点应确保通过该点的气体是任何后续分析都适用的气体。取样地点的选择应始终不在盲管段中，且分析结果所应用的所有气体实际上都流经该取样地点。8.2.3未扰动气体取样地点应确保样品不会受到扰流元件的影响。扰流元件包括控制阀、弯头、三通、孔板、流量计量设备、热电偶套管、加工设备等。扰流元件会导致气体压力和温度的瞬时和局部变化，又会通过产生瞬时液滴等而导致气体的相平衡发生变化。此外，这些扰流元件通常产生瞬时气溶胶，这取样会造成不良影响。8.2.4取样便利性取样地点应选在便于操作和维护的地方。应安装员工通道或平台，以便于人员日常检查和维护工作。因管道的配置或形状等问题，单个取样地点不能满足8.2.2和8.2.3的条件时，应设置多个取样地GB/T13609―202×说明：1取样地点2取样位置3取样点4气流图4取样地点示例8.3取样位置8.3.1取样位置是指在取样地点处管道的横截面。8.3.2取样位置应在主管道的横截面内。取样探头是正确取样的必要条件。8.3.3沿管壁存在边界层中的气体组分不能代表流过管道的气体。管道中携带的如压缩机油、阀门润滑剂、乙二醇、灰尘等污染物，会在一段时间内逐渐积聚在管壁上，在管道壁周围取样时管壁效应成为影响取样气体质量的重要因素。8.3.4为了避免壁面效应，确保取样代表性，标准行业惯例是将样品探头放在中间三分之一范围内，考虑到机械阻力，对于大于DN300的管道，须将探头插入距离管壁至少100mm，但不应超过10%；对于不大于DN300管道，宜将取样探头定位在管道中心三分之一处。注：有关机械主要事项的更多信息，请参见附录F。根据探头的具体设计，请咨询制造商关于管道横截面内的最终GB/T13609―202×说明1大于DN300的管道——插入100mm，不应超过10%2不大于DN300的管道——位于管道中心三分之一处图5样品位置8.4取样点8.4.1取样点是由一组三维坐标定义的空间中的位置。实际取样点由取样地点和取样位置确定，即样气进入的取样探头尖端或开口的入口中心进一步确定。说明1取样地点2取样位置3取样点4气流图6取样点示例9气体取样的理想做法9.1概述为了确保使用代表性样品进行测量和归因，需考虑以下因素：GB/T13609―202×9.2气体吸附与解吸天然气中的许多成分极易受到通常被认为是惰性的材料的气体吸附效应的影响。由于污染物的堆积，材料的表面会变得活跃，应选择与样品接触的材料和材料的表面状况，包括材料/组件的主体、阀座、密封件、隔膜等。因此，宜尽量减少表面积并使用惰性材料。此外，应关注所有类型的过滤器和分离器，因其固有极大的表面积并与气体密切相互作用。有关过滤器和分离器的更多信息，参见10.4。在痕量分析的取样系统中，应特别注意吸附效应。某些材料可以通过表面处理减少吸附效应。干燥、无油脂的表面不易吸附，粗糙表面常发生气体吸附和聚集。常采用抛光技术减少吸附效应，并缩短使取样设备达到平衡所需的预处理时间。其他工艺也可用于减少吸附效应，如一些材料可以用惰性材料如镍进行电镀以减少吸附或使用专有技术对铝进行钝化也可以抑制吸附。硅烷化等化学处理也可用于消除活性化合物的表面吸附。注：如果要测定含硅氧烷的气体，不可使用硅烷9.2.3关于取样设备的吸附解析注意事项取样系统有许多特征可以促进预吸附解析，从而影响向分析仪提供代表性样品和准确分析结果的能预吸附是由粗糙的表面、不同的材料和死角空间造成的，分析物可能集中在这些部位无法进入检测仪。应尽量减少样品在到达检测仪之前将通过的部件数量。使用金属压缩型配件和端面密封可最大限度地减少样品暴露于粗糙表面的情况。应通过使用快速回路，旁通实时分析流，最大限度地减少样品暴露于系统的压力和流量控制部件的9.2.4取样设备的平衡新的取样设备在稳定之前会发生大量吸附。因此，取样设备需要在样气中暴露一段时间才能达成平衡，使分析期间气体样品中吸附成分的量保持稳定。可通过用样气吹扫取样设备来实现，直到按顺序采集的气样显示出分析一致性。采样设备条件可通过使用已知成分的参比气体混合物进行分析来确定达到平衡的时间。在用样品吹扫之前，对设备进行初始抽空可以减少预处理时间。多次抽空和吹扫有利于减少预处理时间，快速实现平衡。9.3取样所用材料9.3.1一般注意事项取样系统所用材料的适用性取决于被取样的气体。由于天然气中可能存在少量的硫化合物、汞、二氧化碳等，所有设备和配件应由不锈钢制成，低压应用玻璃制成。表1列出了可能的替代材料。阀座和活塞密封应采用适用于预期应用场合的材料制成。潮湿或高温气体、含有硫化氢或二氧化碳GB/T13609―202×的气体取样，取样系统宜采用特殊材料和涂层。建议酸性气体的取样瓶应采用钛、聚四氟乙烯(PTFE)涂层、环氧涂层、化学惰性涂层或镜面抛光不锈钢等材料。根据目标浓度，应考虑进行额外的表面处理。如硫化氢和汞等反应性成分应视情况使用直接取样法进行分析，因为有涂层的容器也无法消除吸收影在可能发生腐蚀和金属疲劳问题的地方，应避免使用黄铜、铜和铝等软金属。但在样品容器反应性至关重要的应用中，铝可以用于样品容器。与样品或校准气体接触的材料通常应具有以下特性：--对所有气体抗渗透性；--吸附解析效应最低；--对所输送的成分具有化学惰性。任何新的或可替代的气瓶材料都应首先测试与气体化合物的相互作用和超过样品预期使用时间的稳定性，以表明目标化合物的量分数保持稳定。表1给出了进一步的指导。表1取样系统材料与气体组分的兼容性材料碳氢化合物硫化羰二氧化碳氧气硫化氢硫醇四氢噻吩水氦汞氢气一氧化碳不锈钢aaabbabaaaaaaaaabbbaccab聚酰胺aabaaaca铝aaabbaca钛aaaaaaaab=保留意见c=不推荐2)玻璃是高度惰性的材料，但容易破裂且在高于大气压时取样不安全。3)聚四氟乙烯是惰性材料，但具有吸附性。该材料对水、氦气和氢气等物质具有渗透性。聚四氟乙烯涂层可能存在缺陷，因此可能无法保护部分内表面。碳钢和其他相对多孔的材料可能会在天然气流中保留二氧化碳和硫化氢等较重的组分和污染物，因此不得用于取样系统。虽然不锈钢通常是用于取样设备的良好材料，但建议用户在使用前咨询腐蚀专家。如果没有额外的惰性涂层，不锈钢通常不适用于痕量水测量，铝或其他气瓶材料更适合此应用。环氧（或酚醛）涂层能减少或消除硫化合物和其他微量成分的吸附。小配件、阀门和其他小面积不易涂层。如果浓度在ppb或ppm范围内（另见7.2则可以检测或测量这些未受保护区域的气体组分损失。9.3.4其他聚合物其他聚合物的使用应限于样品很少或没有直接接触的管道或连接设备用的接头。在分析水或硫化合GB/T13609―202×物时应特别小心。如果管线很短，使用聚酰胺材料可以获得良好的结果。在某些情况下，可以在低压下使用软聚氯乙烯。任何新的聚合物材料用于取样系统之前，应使用预期浓度的认证混合物进行测试，以验证其不会导致样品组成的任何变化。由于橡胶的高反应性和渗透性，即使在低压下条件下也不推荐使用橡胶制成的管线或接头。硅橡胶对许多成分都具有高吸收率和渗透性。9.3.6双金属腐蚀在取样系统中不同金属相互接触，会加快腐蚀，并导致取样误差和/或安全问题。9.4样品污染取样系统部件的样品润湿表面在使用前需严格清洁。使用中，这些表面可能会受到天然气中的颗粒物、液滴和气溶胶等污染，如果这些污染物进入取样系统，会沉积在清洁的表面或过滤器等上面，对工艺有巨大的气体吸附解析作用，对选材和初始清洁造成影响。9.4.2清洁取样系统与气体接触的取样系统和取样导管的所有部分应无油脂、油、霉菌等污染物。每次收集样品之前，除用于对含有高活性成分的气流进行取样的特殊钝化气瓶外，应对取样容器进行清洁和吹扫（见附件D）。应使用挥发性溶剂对容器进行适当清洁及干燥，以避免吸收现象，特别是由硫化合物和重烃引起的吸收现象。干燥后不会留下残留物的溶剂（如丙酮）通常可用于去除重质馏分污染，但在某些情况下，它们可能存在易燃和有毒等危险。只有当蒸汽本身不含缓蚀剂、锅炉水处理化学品或其他可能污染样气瓶的物质时，才可采用蒸汽清洗。清洁含有沉积物的钢瓶时应特别注意。分析硫组分时不应使用蒸汽清洁不锈钢钢瓶。硫组分易被气瓶吸收，影响硫含量的分析结果。待测样品需要收集在专用的内衬钢瓶或钝化气瓶中。取样容器的整个湿润表面及其二次部件都应有涂层。只对气瓶进行涂层而不涂装阀门、接头、泄压装置等可能无法提供足够的保护。在特定情况下，建议采用合适的涂层（见表1）或表面处理。9.4.3样品气瓶的预充气氮气、氦气、氩气和干燥的测试用空气都能很好地用于干燥或吹扫没有沉积物和重质馏分污染的气瓶。为避免干扰，所用干燥或吹扫气体不得含有任何待分析成分。许多实验室会在样品瓶中留下一层氮气、氦气或其他气体，以保护气瓶免受空气污染。应慎重选择保护气体和用于充注或背压样品瓶的气体，确保当气瓶内发生泄漏或样品被这些气体污染时，分析系统不会将这些气体污染解释为被分析样品的一部分。例如，使用氦气作为载气的色谱分析无法检测到单腔气瓶充注后残留的氦气或活塞泄漏的氦气。9.5样品凝析取样系统的所有部件应保持在气体混合物露点温度以上至少10℃。可通过隔热和伴热，使取样地GB/T13609―202×点保持恒温。宜保持温度尽可能恒定，因为温度波动会导致不同的气体吸附效应。由于取样系统的温度变化，通常会看到活性成分的含量在白天升高，在夜间下降。9.5.2压降和焦耳-汤姆逊冷却效应由于天然气凝析行为非常复杂，在收集和制备用于分析的样品时，样品很容易通过液相/气相边界破坏样品完整性。这对于计算烃露点或其他对高碳烃的核算至关重要的测量应用特别重要。焦耳-汤姆逊效应描述了气体压力降低（气体膨胀）时发生的瞬间冷却。冷却量与压降成正比，压力与温度关系的系数取决于所涉及的元素或化合物。焦耳-汤姆逊冷却可能发生在取样系统中任何出现压降的位置。有时，由于组件选择不当、阀门未正确打开或其他意外情况（如缺乏操作维护会无意中造成压降。甚至打开阀门也可能会产生严重的不利影响（见附录E）。实际压降引起的气体温度降低称为一级冷却。预冷却的效果在设备部件上出现冷凝液珠之前常难以察觉。当压降较大且气体冷却并因此受到影响时，减压装置的上下游设备/部件也会冷却，且下游更容易冷却。随着这些设备/部件逐渐冷却，它们通过传导、对流和辐射进一步加剧气体的冷却，并增大了气体温度下降的总体幅度。由这些途径引起的气体温度降低称为二级冷却。通过提供如温度补偿调节探头、加热调压器、伴热等外部热源，可避免二级冷却。但这只能应对二次冷却，同时防止装置和设备冻结。一级冷却无法避免，因此，如果气体的组分因为一级冷却则可能导致的温度下降会造成样品越过相界，则需要以不同的方式考虑气体样品的保护。消除一级冷却效应的一种方法是在压力降低之前对气体进行预热。在确定预热量时，应根据气体的组分和取样系统中该点所需的压降计算出可能发生的最大冷却（温度下降并增加最少10℃,以考虑到条件的不确定性和样气性质的波动。加热装置和取样系统的设计应确保在发生压降的节流孔入口之前气体都处于所需温度。如果使用了这种消除一次冷却效应的方法，则无需二次冷却保护。图7是带有注释的天然气相图，并对该现象作了说明。X：温度(℃)Y：力（bar=0.1MPa）——：表示典型天然气混合物的气-气相边界———：表示从管道中提取高压样品并将其降低到合适的压力（低压）进行分析时，天然气混合物的温度分布。焦耳-汤姆逊一次冷却很明显，直到压降停止，气体温度变化到与环境条件相匹配。----------：表示介绍的避免与焦耳-汤姆逊冷却（和二次冷却）相关的问题的方法，即在减压前对高压样品进行预热，以便在减压期间发生焦耳-汤姆逊冷却（一次冷却）时，气体样品在过渡到低压（适合分析）的整个过程中都安全地保持在相边界以上。GB/T13609―202×图7典型天然气混合物的相图注：在本文件中，压力单位为“bar”，1bar=0.1MPa，bar是天然气行业的常用单位。9.5.3凝析和再气化9.5.3.1概述为避免在任何取样过程中反凝析的潜在负面影响，并保持样品的精度，样品导管需要进行伴热和绝缘并对取样设备加热，以确保样品的完整性。如果在所有环境条件下，单相天然气取样过程的所有方面自然保持在烃露点以上至少10℃,则可能不需要额外加热。天然气的凝析行为相当复杂。图7给出了天然气压力/温度相边界图的示例。曲线的形状取决于天然气的组分。如图7所示，相边界是临界点和正常工作条件之间的复杂函数。当在调节气体的压力或温度至相边界时，就会发生反凝析。9.5.3.2凝析问题示例图8显示了这个问题是如何发生的。管道中含有压力为p0的气体，如果初始温度为-10℃,且气体等温膨胀（即压力降低则当气体接近可分析的压力p1时，气体会沿着图中的垂直线变化。气体在p0下是稳定的单相，并一直保持到p2，即两相区边界。X：温度(℃)Y：压力（MPa）：露线♦：临界点——：等温图8天然气压力/温度图示例在p2和低压p3之间，同时存在气体和凝析液体。气相和液相的相对量及其组成在此范围内连续变GB/T13609―202×化。当压力低于p3，再低至分析压力p1，单相气体再次存在。相反，初始压力为p1的气瓶，等温填充至p0，当压力到达p3时，为两相。两相在p2处重新组合，但这一过程很慢，当两个相都存在时，从气瓶中取样的任何气体都不具有代表性，而且去除两相会改变气瓶中剩余的成分。使用加压活塞气瓶是避免这些问题的一种方法，可使样品保持在不发生悬浮的状态。事实上，当气体膨胀时，由于焦耳-汤姆逊效应，其温度会下降。如图8所示，开始时温度为25℃,压力10MPa，在p3冷却至-10℃以下，因此发生凝析。达到p1所需的初始温度为35℃,且不会遇到两相临界区。9.5.3.3样品采集后的凝析气体样品在输送过程中或在实验室等待分析时，可能会在取样容器中部分凝析。分析前，应一直加热高压气体取样容器和分析装置的导管（不通过相边界的气体除外）。加热时间和温度应足以确保在分析开始前所有冷凝烃再次气化。9.6通过取样系统的流量干扰对于气流循环，应选择能避免在样品通路内发生气流循环的部件。最重要的是避免样品系统中出现发生混合和停滞的死体积。法兰和螺纹的使用效果与内径阶跃变化一样糟糕。减压调节阀的设计以及针阀和截止阀会造成流动循环。微粒过滤器和膜分离器的某些设计可能会导致取样系统内的异常气流循环。9.7延迟时间9.7.1直接取样法获得分析结果的延迟时间是取样系统停留时间和仪器循环时间的总和。假设已知仪器循环时间。为了获得有代表性的样品，系统的设计必须确保根据规定的延迟时间要求更换样品回路中的气体体积。延迟时间计算应包含在系统设计中。计算应包括从探头到分析仪器的所有内部体积。应尽量减少并平衡延迟时间。对于需要快速响应的应用，例如过程控制或燃烧控制，取样系统延迟时间不应对整个系统实现预期结果的能力产生负面影响。例如，为优化燃气轮机燃烧性能而调整阀门位置或点火控制的动作应该在几秒钟内发生。传输时间需要与取样的最终应用相一致（即气体质量跟踪、微量成分监测等并且取样管线中的气体流量必须高于分析仪所需的流量。同时应在传输时间长短和限制温室气体排放之间取得平衡。应考虑压降、冷却、焦耳-汤姆逊效应以及对伴热/加热调节器和柜式加热器的需求。延迟时间受以下因素控制并取决于以下因素：——取样点和分析仪输入之间的距离：从取样探头到减压系统的距离应尽可能短，或者就在取样点，以减少滞后时间（通过避免使用从取样点到预处理装置的高压取样导管）。通常，该部分的输送时间最长。离样品预处理较远的位置，由于压力较低，可实现较短的传输时间，原因是样品系统中的气体较少。——取样管线体积应尽可能小；因此应尽可能使用最小直径的管子。取样导管直径必须符合快速取样回路的取样和流量条件，并考虑分析仪要求。必须符合最佳实践，并尽量减少大气排放。根据以下标准来确定取样管线的内径：a）管线长度b）压降计算20GB/T13609―202×c)分析仪所需流量——内部死体积：在延迟时间计算中，应考虑系统组件（如取样探头、取样管线过滤器、调节器、流量计等）的内部体积。此类体积应越小越好并应避免死体积；——吹扫流速：为验证实际延迟时间，应安装流量计（适用于所有相关流）来监控流量；——使用滑流/旁通（废气流滑流可以导入大气处理系统（火炬）或压缩回注入流程。出于环保目的，应尽量减少进入大气；——可使用快速环路配置（样品返回流程根据流程条件以及是否适合分析要求，样品在高压下提取后在稍低的压力下返回。这种方法的好处是减少大气排放量或火炬燃烧量；——取样系统中的压力水平：在靠近取样点的加热压力调节器上降低样气压力可实现更短的传输时——吸附解析效应：对于易发生吸附解析效应的组分，气体取样系统达到平衡的时间取决于相关成分的量分数。平衡时间不能缩短，必须予以考虑。详情和“表面处理”方法见附件C；——时间匹配：如果取样系统为作为计量系统部件的气相色谱分析仪供气，则应考虑气相色谱分析结果（考虑样品系统延迟时间和分析仪循环时间）与瞬时普通气体流速之间的匹配。延迟时间是根据各部分的实际体积流量计算得出的取样管线各部分的停留时间总和，且必须包括在过滤器、阀门和盲端内的停留时间。各部分的实际体积流量如延迟时间计算框图（见图G.4）中的示例所示，延迟时间在考虑到每个部分的压力和温度的前提下，由通过分析仪的体积流量和旁通流量确定。在示例/框图中，考虑了快速回路，导致与仅由分析仪流量和旁通流量组成的流量相比，取样探头到过滤器（100毫升体积）的体积流量都有所增加。硫化氢等痕量分析物的吹扫时间不遵循相同的规则，需要考虑吸附效应（见附录C）。表G.1和G.2显示了有快速回路和没有快速回路的停留时间和延迟时间。附录G给出了计算停留时间的详细方法。9.7.2间接取样法获得分析结果的延迟时间是取样系统停留时间和从取样地点到仪器的传输时间的总和。此方法应记录时间戳。现场取样的吹扫时间应至少为停留时间的10倍。吹扫应确保温度和流量的代表性和系统平衡。获得分析结果的延迟时间是以下因素的总和：a)在线仪器：分析仪器循环时间加取样系统传输/吹扫时间。注：在设计、集成和/或安装不当的取样系统中，取样系统的传输/吹扫时间可能是分b)离线仪器：加上在所有分析过程开始时将样品从采集点输送到分析仪器位置并将其引入分析仪的所有时间延迟。c)样品容器应加盖时间戳，并且需要评估内部样品的有效期。10取样设备10.1概述10.1.1应检查用于高压天然气取样的设备，以确保其在现场或对特定应用条件下符合现行设计和标准的要求。设备设计应满足相关的取样条件，如：压力、温度、腐蚀性、流量、化学相容性、振动、热膨21GB/T13609―202×胀和/或热收缩。长期传输导管和取样管线应妥善固定。可拆卸连接件应易于进行泄漏测试。出口应配备双截止阀和泄压阀。当气瓶不使用时，瓶帽应连接到配件上。10.1.2应限制使用柔性高压管，并严格遵守制造商的安全使用说明。取样导管可能被固体或液体污染物堵塞。当试图“重新打开”此类管线时，应采取特别预防措施。只有合格人员才能执行此操作。10.1.3取样管线应在尽可能靠近气源流动的位置安装截止阀。取样探头应配备截止阀。电气设备应经批准用于相关取样应用。应避免使用可能产生静电、火花的设备或工具。设备最为轻便的取样系统最适合采集代表性样品。但也要确保设备的取样系统功能符合要求。10.1.4取样探头设计要满足其所连接的工厂/燃气管网项目的工艺条件以及其所处的环境条件，但是满足这类的探头通常会导致其成为重要流动干扰因素，从而改变测量设备的精度。此外，由于内部体积和表面条件，这种探头也变得不符合良好的取样规程。在设计与探头相连的工艺装置部件时，还需要考虑涡旋脱落振动的影响。10.1.5除用流动的样气持续吹扫压力测量装置、泄压装置、排气管线、备用/重复取样管线外，不应与其建立分支连接。此外，应尽量减少用于引入测试或校准气体等的三通接头，且设计应避免任何死体积，以减少稀释效应。10.1.6在运输和储存期间应在气瓶上安装瓶帽。10.1.7气瓶应永久印有容积、工作压力和试验压力标识。气瓶的试验压力应至少为工作压力的1.5倍。气瓶在运输和储存过程中应防止损坏。应设计有针对不同气瓶类型的运输箱或纸箱。气瓶应附有标签或文件，以防损坏。气瓶和相关附件应定期检查和检漏。电气设备应经批准用于相关取样应用。必要时，设备应接地，避免产生静电。应避免使用可能产生火花的设备或工具。10.2取样探头10.2.1概述取样探头的设计应满足其所连接的工厂/天然气管网项目的工艺条件以及所处的环境条件。探头需要设计为能够承受涡旋脱落的振动效应。在某些条件下，设计满足这些条件的探头可能会导致其成为一个重要的流动干扰因素，从而改变所采集的样品和局部流量测量设备的精度。涡流脱落和相关问题见附录F。气流中无夹带液体且流动条件远高于露点温度的气体管线可采用任何探头设计进行取样。然而，在气流露点处或附近工作的管线需要专门的探头来解决冷凝问题。为避免改变气体组分，应在源温度和压力下分离样品源中的任何其他液体。管道中的探头通常按照8.3装入。这是为了确保样品不会从管壁上落下，因为管壁上的液体容易积聚并被带入样品中。使用探头应确保从活动流而不是从盲管段来源获取样品（探头位置见8.1）。在探头尖端位置或取样探头出口处设置膜相分离器也有助于排除液体、烃液和污染物。探头可以是固定式，也可以是可拆卸式，具体取决于位置和工况，特别是考虑到可能对管道进行清管和检查。10.2.2直管探头最常见的取样探头设计是直管探头，如图9所示。其末端可以是平口的，也可以是切角的。10.2.3减压调节探头天然气工业中常用的另一种类型的探头是减压调节探头。这类探头通常用于连续分析仪系统，并设计成在减压条件下将气体输送到分析系统。隔膜和控制弹簧固定于管道外壁，其内部的连杆与发生压力22GB/T13609―202×降的点相连，该点就是伸入气流内的探头下端。该下端通常带有翼片，以便当温度因气体膨胀而降低时能从气流的热质获得补偿。减压调节探头如图10所示。设计旨在利用工艺气体的热量来抵消焦耳-汤姆逊冷却效应。注1：减压调节探头在管线压力下拆卸和维护时，需要特注2：减压调节探头不应用于湿气体，因为水合物形图9直管探头23GB/T13609―202×说明：1出口压力调节2压力表（常装）3典型取样隔离阀4泄压阀（常装）5取样口接头6翼片（可选）7膜（可选）8探头尾部减压阀座9底阀外罩（可选）图10减压调节探头10.2.4皮托管探头皮托管探头（图11）通常用于在主管道外创建快速环路或滑流。P1或上游压力通过仪表或快速环路从管道转移并返回到P2或下游压力。从探头入口产生到其返回端口的流量取决于压差和管道流速。说明：1皮托管2流量P2返回图11皮托管探头10.3.1取样和传输导管10.3.1.1概述除非用流动的样气持续吹扫，取样导管应避免与压力测量装置、泄压装置、放空管、备用/重复取24GB/T13609―202×样管道等部件的支管连接。此外，应减少使用引入试验气体或校准气体等的三通接头，并且其设计应避免任何死体积，以减少稀释效应。取样导管应尽可能短，直径尽可能小，以减少停留时间，但直径又不得太小，以免过度限制流量。取样导管应从管道中的取样点上行或向上倾斜，到达位于高处的取样器或分析系统。应避免出现环路、倾角和低点，因为它们在取样系统发生故障时是所形成的污染物和所有冷凝液体的聚集点。应尽量减少使用向大气排放的取样导管。此外，高压液滴会导致冷却和冷凝，这会影响样品准确性。现场样品的吹扫时间应至少为停留时间的10倍。附录G给出了计算停留时间的指南。样品点和取样容器之间的所有连接应确保不会发生样品污染。在必要和允许的情况下，应使用聚四氟乙烯胶带进行螺纹连接。只能使用对样品无影响的管螺纹密封化合物。选择不当的化合物会污染样品和/或吸收样品中的成分，从而导致错误结果。10.3.1.2取样导管中的压降取样导管的正常运行需要采集点与排放口之间存在压差。该压差可由孔板、调节器或其他适当装置提供。10.3.2旁通结构10.3.2.1概述出于对环境和安全的考虑，当使用旁通时，最好使用闭合环路。10.3.2.2旁通环路旁路环路，也称为“快速环路”或“热环路”，应采用闭合结构，它最后应返回主管。最好使用3mm到10mm不锈钢管。环路中需要在取样点与排气口之间存在压差，以保证处于环路中的取样装置内有均匀稳定的流量。快速环路包含流量计、压力表和背压调节器等压力和流量监控组件。10.3.2.3旁通管线当不能提供足够的压差时，可使用开放式旁通管线，该管线最终排放到大气中或排放至火炬。开口管线中的流量和压力损失需要得到控制，以限制任何影响样品完整性的冷却和冷凝。10.4过滤器、膜和分离器为了获得干燥清洁的样品，取样过程中可能需要使用过滤器、膜和分离器。但系统不得改变采样成分的代表性。如果为保护气相色谱分析仪而去除的液体是烃类液体，则会改变样品的热值和组分。洗涤塔、分离器、胺接触器、压缩机等一些气体处理装置可能释放或携带液体、油、气溶胶等形式的污染物。因此，通常安装过滤器或过滤膜（自清洁型）装置以保护与取样系统相连的取样设备和分析仪器。有时可能需要控制工艺装置出口气体的某些特性（如：脱水后的含水量、脱硫后的硫化氢含量、压缩后的露点）。由于工艺性质，某些装置可能会以液体、气溶胶或泡沫（乙二醇、胺、油等）的形式释放一些污染物。在这种情况下，有必要保护减压器和分析装置不与气体取样所携液体相接触。如果探头不能安装在管线中气/液分离器的下游，则可以使用图6和图7中所示的装置来阻止非气态物质。不建议在采样系统中使用分离器、滴水罐或取点样歧管。但仍可以在现场使用这些设备确保取样探头收集的任何游离液体不会进入分析仪或取样瓶。使用时应注意。此类设备的压力和温度应与气源的压力和温度相匹配，以免在取样过程中改变样品组分。如果可能，不得使用促进凝析或吸收的机械装置、过滤器或吸收材料。25GB/T13609―202×取样过程中可能存在少量、偶然的液体，宜采用取点样歧管系统从管道中取点样。气流通过探头从管道中分流，气流从探头进入分离器，使游离液体撞击分离器的侧面，积聚并落到分离器的底部。气体从顶部离开分离器并进入样气瓶的顶部。气瓶的另一端是一个盘绕的延长管，末端有阀门（不是气瓶阀）用于协助气瓶的充气和排空，同时将焦耳-汤姆逊冷却效应与气瓶隔离。如果操作员使用预先设定流量，阀门可以安装限制装置控制出口流量。该设备应始终加热到管道流动温度或以上温度和压力，以免发生凝析。取点样歧管可用于所有取点样技术。通常不应在取样系统中使用分离器（或气体分液罐）。然而，它们可用于确保取样探头收集的任何游离液体不会进入分析仪或样品瓶，使用时应小心。不得使用促进凝析或吸收的机械装置、过滤器或吸收材料。过滤器是取样系统在吸附效应方面的一个重要功能，过滤器需要巨大的表面积才能实现捕获污染物。过滤器表面可以直接捕获目标分析物，也可以通过高吸附性颗粒的积累间接捕获分析物。聚结系统和/或膜系统能够排斥存在于表面上的液滴。过滤器应尽量减少滤芯本身周围的死区，这些会引起潜在污染和分析物停留，滤芯设计应确保在维护期间更换滤芯时能去除所有污染。图12过滤器示意图10.5阀门和安全阀系统中所有手动截止阀应有正确的开/关指示。球阀比针阀和其他阀门类型具有更好的流动路径，从而改善流动特性并减少污染物滞留。减压阀应包括集成的供热或按要求放置在加热板上，参见10.8。为了尽量减少潜在的泄漏点，应尽量减少阀门和配件的数量。应避免使用弯头，最好采用弯管。通常选用带有集成连接件的阀门。疏水阀和排气阀的位置应确保没有液体可以反向进入分析仪排气管路（分析仪出口）。安全阀：应安装泄压阀，以保护相应的设备和组件。10.6配件管子的压合接头和密封件应为整个取样系统的通用材料。最大允许压力等级应符合管道和管道连接件一致，符合制造商公布的设计数据。取样瓶的接头应设计为常见类型。应使用软管，与o形密封圈接头连接。不应使用标准的卡套式NPT接头。26GB/T13609―202×如果管道和配件的材料不同，配件制造商应验证其组合使用是否符合要求。10.7流量监控应使用流量计，以确保样品/旁通/排气流量符合设计要求。为了控制流量，通常在流量计上安装一个针阀。经过校准的孔板也可用于控制流量。10.8减压装置为了向分析单元输送适当压力的样品气，需要一个减压装置。根据管道中的压力以及传输导管的压降，可以在管道的起始端或终端减压，或者根本不减压。减压装置材料最好采用不锈钢和聚四氟乙烯。减压阀的最大额定压力应不大于预期的气体取样系统管道的最大压力。由于焦耳-汤姆逊效应，当压力降低时，温度约以0.5℃/0.1MPa的比例降低，因此，存在重烃凝析的可能。若发生凝析，样品便不再具有代表性，所以应预防凝析的发生。通常的预防方法是加热，以补充温度的降低。加热应在减压装置的上游进行。整个系统的设计应保证任何点都不会发生凝析。所需的热量取决于气体组成、压降、压力和温度、流量等。10.9压力变送器/压力表应根据需要安装压力表监控系统中的压力。压力表尺寸应较小，以减少死体积。应避免堵塞和排放歧管。10.10加热装置取样探头和取样导管上可以安装加热元件。在某些情况下，还需要加热样品瓶。电加热元件应为自限型，还应符合其所用地区的电气规范要求。以确保在电气组件失效时不会发生过热。包括取样调节设备在内的取样导管所有部分的温度应保持在烃露点温度以上至少10℃。露点温度应采用公认的方法对系统中的每个压力水平进行计算。可以标示出取样系统中临界点的温度和压力。采用循环加热的空气来确保柜内温度均匀。如果柜内温度不够高，可能需要对柜内的管道进行伴热。10.11密封件和润滑剂取样系统中使用的设备有各种密封件，密封件和样品的兼容性极其重要，同时还要符合设备和取样过程中温度和压力的需求。10.12样品容器或气瓶气瓶测试压力应至少是工作压力的1.5倍。气瓶在运输和储存过程中应防止损坏。应设计有针对个别气瓶类型的运输箱或纸箱。气瓶应附有标签或带有相关信息的文件，以防损坏。玻璃容器不得受压。在运输和储存期间应在气瓶上安装瓶帽。气瓶应印有永久容积、工作压力和试验压力。气瓶和相关附件应定期检查和测漏。所有气瓶都应满足其使用地区的所有安全要求。可用涂层处理气瓶，涂层有助于保持内部样品的完整性，并确保与硫化合物的反应最小。内部涂层应有明确规定。27GB/T13609―202×样品容器不应以任何方式改变气体成分或影响气体样品的正确收集。为此，样品容器的材料、阀门、密封件和其他部件均应详细规定。取样容器通常由玻璃（用于压力极低，压力在0.2MPa以下的情况）、聚四氟乙烯、不锈钢、钛合金或铝合金制成。除非容器是真空密封，否则应配备至少两个阀门，以便对气样进行吹扫。与气体接触的容器表面不得有油脂、油或任何其他污染物质。应仔细清洁以避免吸收现象。清洁程序请见附录D。与金属-金属阀座相比，宜使用软座阀。天然气取样基本上有两种类型的气瓶：1)单腔自旋端气瓶是天然气行业最常用的气瓶；2)常压或活塞式气瓶。10.12.2标准或单腔气瓶用于收集样品进行分析的标准（单腔）气瓶，如图13所示。气瓶一般为不锈钢，两端为自旋螺纹端口。部分设计则只有一个螺纹端。最常见的尺寸是300ml、500ml和1000ml，也有其他容量气瓶可供选择。气瓶的一端有一个阀门和一个安全泄压阀，另一端有一个阀门。可以接受弹簧型泄压阀，但这种阀门会带来完整性问题，因为无法知道是否有样品逸出。如果气体的确被排出，样品就会被污染。使用爆破片则可以知道气瓶超压且已排气，就不存在样品污染问题。图13单腔标准气瓶10.12.3移动活塞气瓶或恒压气瓶本方法要求的容器由金属管构成，内表面被磨光并抛光。气瓶最好用可拆卸的管端盖帽密封，以便活塞的移动和维护。在盖帽上钻孔并攻出螺纹，以安装阀、压力表及泄压阀。图14给出了一个移动活塞气瓶的示例，显示的是一个带有外部装置的取样瓶，该外部装置会向使用者显示何时气瓶达到了80%的容量。当指示杆达到80%环时，使用者应停止充装。这种气瓶一般由不锈钢制成。气瓶内部有一个浮动活塞，技术人员可以将气瓶的背面预充至管道压力后在管道条件下取样，并且在此过程中不允许气体减压或闪蒸。将气瓶带到实验室，并通过连接到样品管道压力下的预充气体，在分析过程中将样品保持在管道条件下。这样，样品的完整性保持在非常高的水平。对于具有较高热值且容易因温度或压力变化而发生相变的气体，优选此类气瓶，它配有入口阀和预充阀、吹扫阀、安全泄压阀和压力表。因气瓶有密封件，所以务必选择正确且与取样产品兼容的密封件。10.12.4气体取样袋气体取样袋可用于低压天然气的取样。对气体组分惰性的气体取样袋，通常用于含硫化合物的取样。28GB/T13609―202×对天然气中的特殊组分的取样，需注意气体取样袋用材料。说明：1泄压孔2连接螺栓3活塞480%三脚架5指示杆6预充气7压力表和阀孔8样品图14移动活塞气瓶10.13浓缩装置当目标分析物含量极低时，直接分析样品可能无法对分析物浓度进行准确可靠的检测。在这种情况下，可能需要使用浓缩装置。这种装置的原理是让样品通过并积累足够浓度的目标分析物。随后可以提升温度并使用氮气等中性气体将在浓缩装置内捕获的这种累积分析物从装置中释放出来，然后将其输送到分析仪器对分析物浓度进行准确可靠地检测。应使用吹扫气体以免与分析仪器中目标分析物产生交叉干扰。为了确定浓度，必须准确地知道有多少样品气体流经浓缩装置，从而累积出用于产生分析结果的分析物的量。这可以通过精确的流量测量设备或通过计算来实现浓缩装置由适用于服务和目标分析物的材料制成，通常为玻璃或不锈钢结构，并包含吸收目标分析物的介质。10.14设备的数量和顺序样品系统的功能是使用前述方法将代表性气样输送到分析容器中。为了尽量减少样品系统与传输气样之间的相互作用，应使用尽可能少的设备，且选择的设备应能尽量减少传输时间和吸附解析效应。然而，安全、源污染和分析保护标准通常需要增加液体分离装置等样品系统设备以满足额外的要求。取样系统中各部件的最佳顺序可能因应用而异，但一般而言，将过滤器设置在靠近样品取样点的位置可减少整个取样系统中污染物的累积，而靠近取样点的减压装置可以将取样时延降至最低。样品气体流量计需要位于分析仪之后，否则它的表面也会变得湿润（见表3）。29GB/T13609―202×表3各种情况所需的设备RNNNNRNNUURNOUOROONNNNNNOOONOOORUNUUOUNNUORNUORNUURNONNNOOOONNOO推荐用于DN70/3”管线及控制器(PLC)或其他的流量/时间进行取N=必要，R=推荐，O=可选，U=不必要本表列出了在某些取样应用中使用的一些必要、推荐和可选的取样设备项目。示例仅供参考，并非作为实施的固定规则。11系统验证对于安全或流程关键的测量应用，应定期对样品系统进行验证，以确保样品系统性能不会随着时间的推移而下降，验证周期由用户根据其现场和气流要求定义。样品系统的新设计和安装应包含便于现场验证的功能。对取样系统的核查评估了功能和性能，并且有助于识别和处理取样误差对分析系统造成的影响。应在1.5倍设计压力下对保压取样组件进行压力测试，以证明焊、接头和配件的抗压强度。还应使用检漏液进行检漏测试。在试运行期间，应重复该检漏试验，以确保系统的运输或安装没有损坏接头。如果取样系统中使用了过滤器，建议将其作为日常维护计划的一部分进行更换，时间由使用者根据其现场和流体要求指定。其必要性在于过滤器对吸附解析现象的影响以及对取样性能的相应影响。为了核查取样系统的性能，应在尽可能靠近取样点的上游将验证气体引入取样系统，通常通过选择阀在取样探头的头部引入。对于未设计为允许引入验证气体的现有取样系统，可在取样探头或分接点的下游（但靠近该取样探头或分接点）增加一个额外的选择阀。验证气体的内容和性质应与取样气体相似，30GB/T13609―202×并具有可由分析仪器验证的已知值或性质，以证明在取样系统中没有发生样品特性变化的情况。附录H中描述了取样系统验证方法。12故障排除测量过程中的问题一般由取样系统故障引起。取样系统问题存在各种可能，也可能不会被分析仪或操作人员立即发现，因为它们仍然可以接收样品，尽管不再具有代表性。通常，这些问题可按以下原因之一进行分类：——由于进入取样系统的气流受到污染，导致通过取样系统部件的样品流路受阻或被限流；——由设计与工况（如压力、流量、工艺组成）不匹配或污染问题引起的部件故障或失效；——取样处理中的分子级故障，导致取样期间气体样品在化学或物理上发生变化；——影响取样系统性能的外部因素，如过程失稳和环境影响，不包括在取样系统具体问题的总结中。应根据预期的环境条件选择适当的环境热保护和物理保护，以将环境影响降至最低。无法从取样系统内部防止过程失稳问题，但可以采用补救措施，包括对取样系统（包括取样导管和取样探头）进行反冲洗，以及更换滤芯和其他可能受污染的样品部件。表4中列出了一些常见问题，以及一些可能的补救措施和可以采取的积极预防措施，以减少取样系统使用过程中出现问题的风险。表4取样中常见问题示例12345（J-T）冷却31GB/T13609―202×6GB/T13609―202×附录A（资料性）抽样的目的、化合物的种类和抽样报告中的信息A.1取样目的在天然气行业的众多应用中，需要取样才能将工艺气体输送到分析仪器。取样应用的一些示例以及测量目标包括：--用于计费的能量测定，通常结合连续取样和在线仪器来确定气体的热值（并从而确定货币价值单位为MJ、BTU或KWh；--利用气体组分的计量和分配应用a)结合压力和温度，对流程中和标准条件下的气体密度等属性进行计算；b)结合流量，计算烃分配系统中使用的代表性气体组分；利用气体组分结合压力和温度用于计量和分配，计算运行和标准条件下的气体密度等特性，结合流量，计算烃分配系统中使用的代表性气体组分。——结合连续水分测定仪、硫化物分析仪和水露点分析仪器，测定天然气管网入口点（比如天然气接收站和生物甲烷入口点）的气体质量；——测定用于加工的气体质量，通常结合连续取样与在线仪器来确定组分、其他目标属性或污染物的存在和水平，如水分、硫化氢、汞、氨和其他污染物（取决于加工应用——测定用于初始或批量审计或评估目的的气体质量，通常是将定点取样与远程实验室分析相结合，以确定痕量污染物化合物或用于源评估和设施设计研究的代表性样品气体组分。A.2组分和组成范围本文件可用于对天然气及类似天然气中列出的所有组分进行取样。A.3取样报告信息如果需要取样报告，应该包含以下信息：--取样日期和时间--气体类型/名称--取样位置/取样部位/取样地点/取样点GB/T13609―202×（资料性）取样程序B.1玻璃瓶低压取样程序B.1.1具体的安全注意事项检查取样瓶（见图B.1）是否有裂纹。建议在取样瓶套上一个柔性套筒。通常情况下，对于0.5kPa至10kPa的管线压力，没有必要使用套筒，但管线压力始终存在高于10kPa的风险。取样时要佩戴护目镜。单位为毫米图B.1玻璃样品容器(1L)B.1.2玻璃气瓶的准备用硅脂润滑样品气瓶的活塞。使用氢氧化钾肥皂溶液清洁样品气瓶，然后用蒸馏水冲洗。用（无水和无油的）热空气烘干气瓶。当要分析气样中的硫化氢时，用0.01mol/l硫酸冲洗样品气瓶。B.1.3取样典型的取样布置请参见图B.2。(图B.3展示的是从低于大气压的管道进行取样的设置）符号说明1取样点2流量计3排空管线4火炬燃烧或排空图B.2取样至玻璃气瓶中GB/T13609―202×符号说明1取样点2隔膜泵（防爆）3流量计阀4流量计5排空管线图B.3从低于大气压的管道取样至玻璃气瓶中测量取样点的压力。确保取样导管的超压不超过0.2MPa。将天然气管道连接到取样瓶。使用取样导管将取样瓶入口连接至尽可能靠近取样点。将取样瓶的出口连接至流量计的入口。将流量计出口连接至放空管或火炬管。按照气流方向的顺序打开取样瓶的两个旋塞。通过流量计调节通过取样瓶的流量。排气。检查排气过程中是否有液体悬浮。如果出现大量液体，则丢弃样品。吹扫30分钟后，关闭取样瓶，按与气流方向相反的顺序关闭旋塞阀，以便压力升高。断开取样瓶的连接。用夹子固定旋塞，防止意外打开，并检查是否有泄漏。B.1.4准备运输使用合适的箱子来运输样气瓶。检查气流中是否夹带油脂、烃凝析物、灰尘或铁锈和/或水滴。B.2充气排空法取样程序设备布置如图B.4所示。延长管的长度为0.6m至1.2m。包括管道在内的所有材料均为不锈钢。可以将延长管卷起来，让取样设备更加紧凑。该延长管用于防止取样容器出口阀中发生重烃冷凝。GB/T13609―202×符号说明2阀3压力表4进口阀6延长管图B.4充气排空法采用该方法取样的程序如下：安装取样探头。连接好取样管。打开取样点处的阀门，彻底吹扫出所有积聚的物质。通过取样系统将取样容器取样钢瓶的一端连接至气源。用气体缓慢吹扫管线和容器，置换空气。关闭延长线阀门，使压力迅速升高至选定的容器压力。关闭入口阀，并通过延长管阀门缓慢将容器内的气体排出，直到达到大气压力。打开入口阀。重复最后两个步骤，进行多次循环（见表B.1有效地清除容器中的原始气体。表B.1吹扫循环次数气瓶中的最终压力MPa吹扫循环次数0.1-0.20.2-0.4080.4-0.6060.6-10504≥3.503观察排放管末端是否有液体痕迹。在最后一次循环后，首先关闭延长管阀门，在压力达到选定的容器压力后，关闭取样阀。GB/T13609―202×记录容器压力记录源温度。关闭钢瓶的入口和出口阀门。给取样导管减压。取下取样容器取样钢瓶。如果可能，将阀门浸入水中检查是否有泄漏，或者使用检漏肥皂液检查。堵住阀门出口。B.3控制速率法取样程序采用该方法取样时，应遵守以下预防措施：a)气源压力应足以在流管中产生稳定的流动条件。排空至大气时，延长管中的压力必须为0.1MPa或更高。b)取样装置中的阀门和管道尺寸应足够大，以便流量测定管上游有足够的流量。取样布置如图B.5所示符号说明2球阀4压力表5排空6样品容器7末端阀8流量测定管图B.5控制速率法采用该方法取样的程序如下：安装取样探头并用天然气吹扫探头。按照取样压力选择最合适的取样装置。。在大多数情况下，可采用适合于0.8MPa至3MPa的装置，或适合于3MPa至7MPa的装置。安装取样容器：打开取样阀并吹扫取样容器。关闭所有阀门。GB/T13609―202×缓慢打开球阀和取样阀。慢慢打开排气阀一点。关闭取样阀，等到取样导管中的压力接近大气压。重复此吹扫程序三次。关闭排气阀。缓慢打开入口阀，然后将取样容器升至（气体管线的）当前压力。打开容器出口阀。打开端部阀门。吹扫至少1分钟。在吹扫过程中，记录天然气的温度以及通过容器的气流的入口和出口压力。关闭端部阀门。关闭出口阀。关闭进气阀。关闭取样阀。记录容器压力和工作温度。打开排气阀，等待压力降至大气压。如果可能，取下取样装置和探头，通过将阀门浸入水中或使用检漏液检查取样容器是否泄漏。堵住阀门出口。B.4抽空容器法取样程序设备布置如图B.6所示。作为气瓶排空的替代方案，可以使用一种不会干扰拟采用的分析技术的气体将气瓶填充至正压如果最终压力低于大气压，则立即使用一种不会干扰分析的气体加压，将样品压力增加至约0.03MPa表压。记录正好在加压前和加压后的压力。氢气或氦气都是合适的气体，因为它们不是分析仪拟进行分析的成分。通过用加压气体吹扫或通过排空并填充加压气体，将容器中的空气含量减少至一个较低值。使用了加压气体的情况下，需要对分析方法进行一些修改。符号说明2球阀4排空图B.6抽空容器法采用抽空气瓶法进行取样的程序如下：a)气瓶准备将取样容器抽空至100Pa或更低的压力。（使用之前已抽空并测试过的取样瓶保持这一真空度。）GB/T13609―202×在使用真空之前，用真空计检查，确保阀门无泄漏。b)取样安装取样探头。用管道气体吹扫探头。如图B.6所示安装取样容器。通过部分打开排气阀和取样阀，用气体缓慢吹扫取样导管来置换空气，直到气体从排气阀缓慢流出。关闭取样阀，让取样导管排气，直到达到大气压力。关闭排气阀。完全打开取样阀。缓慢打开容器入口阀，使容器压力增加至源压力在某些情况下，可以通过在低于源压力的压力下取样来消除冷凝现象（“减压”法）。关闭容器入口阀和取样阀。堵住阀门出口。B.5保温、保压法取样程序保压、保温取样的流程如图H.1、H.2所示。延长管长度为0.6m～1.2m