天然气中硫化氢现场监测技术研究.pdf

1 4 2 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0 年4 月第 3 2 卷第2 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I A p r ． 2 0 1 0 V o 1 ． 3 2 N o ． 2 天然气 中硫化氢现场监测技术研究 庞1 矢 英 中国 地质 大学 北京 能源学院， 北京1 0 0 0 8 3 ； 中石 化石油勘探开 发研究院 海外中心， 北京1 0 0 0 8 3 侯读杰 中国地质大学 北京能源学院， 北 京1 0 0 0 8 3 j 笙军利 中国地质大学 北京能源学院， 北京1 0 0 0 8 3 ； 中石化国际石油勘探开 发有限 公司， 北京1 0 0 0 8 3 [ 摘要]硫化氢为剧毒 气体 ，也是强腐蚀性物质 ，对天然气井场安全 构成威胁 ，有 必要 对天然气 中硫 化氢 进行实 时监测 ，为预 防硫化氢 的毒害提供定 量依据 。认 为选择碘 量法作 为现场监 测硫化氢含 量 的方 法 比 较好 ；在实 际应用 中，对碘量法进行 了改进，提 出① 采用专用 恒温箱进 行冬天硫 化氢现场 监测 ，②低 含 量硫化氢监测可适 时减少取样量 ，③根据硫化氢含量高低控制取样 流速 。 [ 关键词]天 然气；硫化氢 ；现场监测 ；碘量法 [ 中图分类号]T E 8 6 6 ． 1 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 09 7 5 2 2 0 1 0 0 2 0 1 4 2 0 2 天然气是洁净 、环保 、安全的能源 ，随着天然气 被 日益广泛 的使用 ，使人们对天然气 中的硫化氢更 为关注 。根据天 然气中硫化氢的组分量 ，可将天然气划分为低含硫 气 硫化 氢含量小 于 0 ． 3 、中含 硫气 硫 化氢含量 0 ． 3 ～5 、 高含硫气 硫化氢含量大于 5 。一般而言 ，碎屑岩 砂岩 气层是低含硫 的天然气 ；碳酸盐岩气层多是高含 硫的天然 气 。硫化氢为剧毒气体 ，其浓度 大气 中为 1 5 0 mg ／ L时就会 刺激人 眼和 呼吸道 、麻 痹神经 ；浓度达 到 8 0 0 m g ／ L时 ， 2 mi n就能致人死亡。硫 化氢对钻井工具 钻杆、套管等 及钢质井 口装置有强烈腐蚀作用 ，主要有 电化学腐蚀 、硫化物 应力腐蚀 、氢脆等 ；在采气 、输气管线中 ，硫化氢腐蚀物与硫 磺沉 淀易造成管 网堵 塞和气层损 害。因此 ，有必要对天然 气 中硫化氢进行实时监测 ，为预 防硫化氢 的毒害提供定量依据 。 1 监测方法的选择 目前 ，对天然气 中硫化氢 的监测方法有 4种 ，它们分别是 ①亚甲蓝法 _ 1 ] 。一种 经典的 比色方法 ，适 用于低含量硫 化氢样 品的测定 ，如外输商 品天然气等 ，可测定范 围 0 ． 1 ～2 3 mg ／ m。 。②乙酸铅反应 速率双 光路检测 法 ] 。适 用于外输 商 品天然气 中硫化氢 的在线分析 和硫化氢 含量较低 时的实验 室分析 ，可 测定 范围 0 ． 1 ～2 3 mg ／ m。 。③氧 化微库 仑法口 ] 。 适用于总硫含量在 1 ～1 0 0 0 mg ／ m。 的天然气 ，实际测得 的数据 为天然气 中总硫含 量 ，包括硫化氢 和少 量的硫醚 、硫 醇等 有机硫 。④碘量法n ] 。采用 不同的取样量 ，可检测 l mg ／ m 。至 1 0 0 的硫化氢 ，不需 要昂 贵的仪器 ；其不 足之处是 对于 低含量 的硫化 氢取样 时间较 长 ；碘量法是 经典 的化学分析方法 ，准确可靠 ，测量范围广。 在 以上 的 4 种分析方法 中 ，亚甲蓝法 和乙酸铅反应速率 法的可测定 范围窄 ，只有 0 ． 1 ～2 3 mg ／ ma ，只适 合外输 商品 天然气等已知硫化氢含量较低时的测定，不适合含量相差悬殊的情况；氧化微库仑法的测定范围较宽，达到了 1 ～1 0 0 0 m g ／ m ，但它检测的是天然气 中总硫 的含量 ，尽 管天然 气 中硫 主要 以硫化 氢的形式 存在 ，硫 醇 、硫醚 等有机 硫含量 不 高 ，检测 结果 只能近似地反映硫化氢的含量 ；碘量 法准确可靠 ，测量范 围广 。对于不同 区块硫化 氢含 量相差极 大的油气 田，或者同一区块 硫化氢含量也不尽相同的油气 田，选择碘量法作为现场监测硫化氢含量 的方法 比较好 。当然 ，在实际 应用中 ，还需 将碘 量法的部分缺陷进行改进 。 2 碘量法改进技术 2 ． 1 采用专 用恒温箱 进行 冬天硫化 氢现 场监测 用碘量法现场监测天然气 中硫化氢含量 ，是采用乙酸锌 溶液吸收天然气 中的硫化氢 ，吸收过程一般在 室外进行 。在 天气寒冷时 ，特别是气温低于 O C时 ，所使 用的吸收液会 因为温度太低而凝 固 ，使 吸收工作无法 进行 ，从 而使硫 化氢现 场监测工作只能停止 。为 了使硫化氢现场监测工作在冬天照常进 行 ，可设计采用恒温箱解决现场吸收问题 。该恒温箱 可 [ 收稿日期]2 0 0 9 1 2 0 6 [ 作者简介]庞长 英 1 9 7 4一 ，女 ，1 9 9 6 年大学毕业 ，工程师 ，博士生 ，现主要从事油气开发研究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 2期 庞长英等 天然气 中硫化氢现场监 测技术研究 1 4 3 将温度保 持在 2 O ℃左右 ，将吸收装置及流量计放在恒温箱 中，可 以有 效地解决气温低而无法吸收 的问题 ，吸收后在 室内进行 滴定 ，测 出天 然气 中硫化氢含量 。 2 ． 2低含量硫化 氢监测可适 时减 少取样 量 使用碘量法进行硫化氢现场监测 的主要缺 陷在 于硫化 氢含量较低 时取样 时间长 ，这 主要 是标 准中要求 的取样量较 大 。表 1列 出 了不 同 含量硫 化 氢 要 求 的 取 样 量 。从 表 1可 以看 出 ，当 硫 化 氢 含 量 ≤ 1 4 ． 3 mg ／ m。时，取样量≥ 1 0 0 I ，最大取 样量 达到 1 5 0 I ；按 照要 求 的 取样量 ，取样 时间很长 。增 大取样 量是 从准 确性方 面考 虑的 。为 此 ， 以某 油田天然气处 理站 和外 输 口为例 ，研 究了低含量情 况下取样 量对 硫化 氢监测结果 的影 响 ，结果 见表 2 。从 表 2可以看 出 ，当取样 量≥ 3 0 L时，其监测结果 与标 准要 求取 样量下 的结 果相差不 大 ；当取 样量 3 O L时，监测结果与标 准要求取样量 下的结果相差 较大。 2 ． 3根 据 硫 化 氢 含 量 高 低 控 制 取 样 流 速 用碘量法进行现场硫化 氢监测 时 ，标 准 中要求 现场吸 收的取样 流速控 制在 3 0 0 5 0 0 ml ／ mi n ，其 目的是使天然气 中所 含的硫化氢与 乙酸锌溶 液充分反应 ，以提高检 测结果 的准确性 。当硫化 氢含 量高 时 ，取样 流 速需 要控制 更低 ， 以保证反应充分 ；而硫化氢 含量低时 ，就 无此必要 了 。表 3是某油 田天然气处 理站和外输 口不 同取 样流速下 的硫化 氢 监 测 结 果 。从 表 3可 见 ， 取 样 流 速 对 测 定 结 果 影 响 不 大 。 综上所述 ，进行天然气 中硫化 氢现场监 测时 ，通过 采 用专用恒温箱 解决冬 天气 温低 0 ℃情况 下试 剂结 冻 问题 ，采取减少取样量并将其控制在 3 0 L以上 ，并控制 取 样 流 速 在 l O 0 0 ml ／ mi n以 下 ，完 全 可 以 满 足 硫 化 氢 含 量 测 定准确性的要求。 表 1试样参考用量表 预计 的硫化氢浓度 试样参考 ％ ／ mg r l l 用量／ ml 表 2 取样 量对 测定结果的影响 取样流速 5 0 0 ml ／ mi n 注取样 流速 5 0 0 ml ／ mi n 。 表 3取样 流 速 对 测 定 结 果 的 影 响 [ 参考文献] E l i GB／ T 1 1 0 6 0 ． 2 - 2 0 0 8 ，用亚 甲蓝法测定硫化氢含量 [ s ]． E 2 ]GB ／ T 1 1 0 6 0 ． 3 - 2 0 0 8 ，用乙酸铅反应速率双光路检测 法测 定硫化氢含量[ s ] [ 3 ]GB ／ T 1 1 0 6 0 ． 4 - 2 0 0 8 ，用氧化微库仑法测定 总硫含量 [ s ]． E 4 ]GB ／ T 1 1 0 6 0 ． 1 - 2 0 0 8 ，用碘量法测定硫化氢含量 [ s ]． [ 编辑] 苏开科 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m