氣相色譜儀在天然氣組分分析中的應用

摘要：天然氣組分分析能幫助人們掌握天然氣的化學組成，為天然氣的開發、存儲和運輸等提供依據。隨著科學技術的發展，中國天然氣組分分析裝置比過去有較大進步，氣相色譜儀在天然氣組分分析中的應用使得相關工作的效率和精確性都有大幅度的提升。文章結合實驗探討氣相色譜儀在天然氣組分分析中的應用。

1 引言
     在天然氣組分分析的過程中，在線分析儀是對過程進行自動檢測，實現對信息資料的動態連續采集，且能夠保障其精確性。在實際工作中，在線分析儀的種類十分多樣，其中色譜儀以優越的可靠性、靈敏度受到了廣泛歡迎，成為現階段我國天然氣組分分析中常用的一種儀器。因此深入探究其在天然氣組分分析中的應用具有積極意義。
2 氣相色譜儀的原理與結構
2.1 氣相色譜法原理
      由于不同物質具有不同的特性，當其作相對運動時，這些不同的物質會因為特性不同產生的微小差異而出現分離效果。氣相色譜法就是根據這一原理，將氣體樣本送入儀器后，有額定流速載氣把氣樣代入色譜柱檢定器，樣品分子會在檢定器中進行分配，由于氣樣中各類氣體的性質不一樣，在分配時就會出現分離現象，運動速度會不同，一段時間后各氣體就會按照不同速度從色譜柱中流出，對應的檢定器通過記錄信號并分析結果進行計算，這樣就可以得到不同氣體成分的含量。
2.2 氣相色譜儀的組成
      氣相色譜儀就是根據氣相色譜法的基本原理設計出來的專業氣體分析儀器，其工作原理是通過高壓鋼瓶作為載氣，調節載氣流速、色譜柱和檢定器溫度到額定值，然后把氣樣送入進行分離，分離后的成分流出至檢定器，并在記錄設備上顯示電信號轉化為色譜圖，最后通過計算得到氣體組成成分。通常，煤礦井下風流中氣體成分比較復雜，氣相色譜儀可以對一氧化碳、乙烯、乙炔等氣體進行準確檢測。氣相色譜儀的主要組成部分包括氣路控制系統、進氣系統、色譜柱以及檢測系統等。氣路控制系統的功能主要是提供必要的燃氣、輔助氣體以及穩定的監測載氣，因此會對測量的準確度、靈敏度以及可靠性產生直接影響。進氣系統則是將氣樣送入色譜柱中。色譜柱是分離氣樣組成成分的部位，是對氣樣成分進行分析的核心。檢測系統是轉化電信號并進行記錄和分析的主要部件。
3 氣相色譜儀應用于天然氣組分分析
3.1 構建氣象色譜儀分析系統
      在本次研究中，選用GC-9280型號的氣相色譜儀進行天然氣組分的分析，這種氣相色譜儀中應用了TCD檢測器和FID檢測器，因此具有良好的靈敏度，且性能較為穩定。在實際操作中，由于柱箱的體積較小，不能安裝控制閥，天然氣可以一次完成進樣，進行全組分分析。為了獲得更好的使用效果，筆者結合以往經驗在氣相色譜儀柱箱外部安裝了十通閥和六通閥，和色譜柱連接在一起，再對控制閥進行設定，這樣就可以實現對進樣的有效控制。
3.2 氣相色譜儀分析天然氣組分的原理
     將上述氣相色譜儀應用于天然氣組分分析中，可以利用和色譜柱相連的十通閥和六通閥對進樣進行控制，共分為A、B、C 三路，其中前兩路主要是對氦氣、氧氣、甲烷、氫氣、氮氣、二氧化碳、空氣等進行分離。第三路主要負責烴類組分的分離。在具體分析工作開始，十通閥和六通閥均處于取樣狀態，在取樣階段，十通閥轉變為進樣狀態，六通閥狀態維持不變。樣品進入B 路中會將氦氣、氧氣、甲烷、氫氣以及氮氣等氣體分離出來，之后進行TCD 檢測。同時工作人員需將六通閥切換到進樣狀態，等樣品進入到Porapak QS 柱后，將空氣甲烷、二氧化碳、等組分完成后進行TCD 檢測，帶到二氧化碳出峰，開始啟動升溫程序。此時，另一面樣品會進入到毛細管柱中，升溫處理可以將其中包含的C1-C16 烴類組分分離出來，之后進行FID 檢測。當所有樣品都分離完成后，要將十通閥和六通閥重新回歸到初始狀態，待氣相色譜儀穩定后才能進行其他樣品的組分分析操作。
3.3 實驗分析的條件
     氣相色譜儀用于天然氣組分分析的整個過程中對實驗條件有著嚴格的要求。首先，爐溫在氣相色譜儀啟動時的溫度為40℃，在7min 內維持不變，之后以每分鐘10℃的幅度進行提升，直至110℃為止，維持2min 后以20℃/min 的速度提升至180℃，維持5min。其次，氫火焰例子檢測器FID 的溫度應保持在220℃，熱導檢測器的溫度應保持在120℃。
3.4 試驗方法
      利用氣相色譜儀對天然氣組分進行分析的過程中，采用閥切換的方法對載氣存在的樣品進行分析，并通過色譜柱進行分離，使各類組分進入到相應的檢測器中。在本次實驗中，可獲得氫火焰離子檢測器FID 對天然氣樣品進行組分分析時的氣相色譜圖以及熱導檢測器TCD 對天然氣樣品進行組分分析時的氣相色譜圖，之后通過導熱系數、離子電流、電信號等方面存在的差異性，通過色譜工作站進行分析處理，獲得相應的分析結果。據此，天然氣的熱值做出精確可靠的評價。

4 結束語

 綜上所述，利用氣相色譜儀對天然氣組分進行分析的方法具有成本低、操作簡單、效率高、可靠性強等特點，儀器所具有的靈活性使得其不僅可以同時進行，也可以獨立使用。但需注意的是，工作人員必須做到規范操作，嚴謹執行維護保養工作，這樣可以保障儀器本身的性能，保證分析結果的質量。