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摘要：天然气组分分析能帮助人们掌握天然气的化学组成，为天然气的开发、存储和运输等提供依据。随着科学技术的发展，中国天然气组分分析装置比过去有较大进步，气相色谱仪在天然气组分分析中的应用使得相关工作的效率和精确性都有大幅度的提升。文章结合实验探讨气相色谱仪在天然气组分分析中的应用。
关键词：气相色谱仪；天然气组分分析；检测器
1 引言
在天然气组分分析的过程中，在线分析仪是对过程进行自动检测，实现对信息资料的动态连续采集，且能够保障其精确性。在实际工作中，在线分析仪的种类十分多样，其中色谱仪以优越的可靠性、灵敏度受到了广泛欢迎，成为现阶段我国天然气组分分析中常用的一种仪器。因此深入探究其在天然气组分分析中的应用具有积极意义。
2 气相色谱仪的原理与结构
2.1 气相色谱法原理
由于不同物质具有不同的特性，当其作相对运动时，这些不同的物质会因为特性不同产生的微小差异而出现分离效果。气相色谱法就是根据这一原理，将气体样本送入仪器后，有额定流速载气把气样代入色谱柱检定器，样品分子会在检定器中进行分配，由于气样中各类气体的性质不一样，在分配时就会出现分离现象，运动速度会不同，一段时间后各气体就会按照不同速度从色谱柱中流出，对应的检定器通过记录信号并分析结果进行计算，这样就可以得到不同气体成分的含量。
2.2 气相色谱仪的组成
气相色谱仪就是根据气相色谱法的基本原理设计出来的专业气体分析仪器，其工作原理是通过高压钢瓶作为载气，调节载气流速、色谱柱和检定器温度到额定值，然后把气样送入进行分离，分离后的成分流出至检定器，并在记录设备上显示电信号转化为色谱图，最后通过计算得到气体组成成分。通常，煤矿井下风流中气体成分比较复杂，气相色谱仪可以对一氧化碳、乙烯、乙炔等气体进行准确检测。气相色谱仪主要参数如表1所示。气相色谱仪的主要组成部分包括气路控制系统、进气系统、色谱柱以及检测系统等。气路控制系统的功能主要是提供必要的燃气、辅助气体以及稳定的监测载气，因此会对测量的准确度、灵敏度以及可靠性产生直接影响。进气系统则是将气样送入色谱柱中。色谱柱是分离气样组成成分的部位，是对气样成分进行分析的核心。检测系统是转化电信号并进行记录和分析的主要部件。
3 气相色谱仪应用于天然气组分分析
3.1 构建气象色谱仪分析系统
在本次研究中，笔者选用GC-17A型号的气相色谱仪进行天然气组分的分析，这种气相色谱仪中应用了TCD检测器和FID检测器，因此具有良好的灵敏度，且性能较为稳定。在实际操作中，由于柱箱的体积较小，不能安装控制阀，天然气可以一次完成进样，进行全组分分析。为了获得更好的使用效果，笔者结合以往经验在气相色谱仪柱箱外部安装了十通阀和六通阀，和色谱柱连接在一起，再对控制阀进行设定，这样就可以实现对进样的有效控制。
3.2 气相色谱仪分析天然气组分的原理
将上述气相色谱仪应用于天然气组分分析中，可以利用和色谱柱相连的十通阀和六通阀对进样进行控制，共分为A、B、C 三路，其中前两路主要是对氦气、氧气、甲烷、氢气、氮气、二氧化碳、空气等进行分离。第三路主要负责烃类组分的分离。在具体分析工作开始前，十通阀和六通阀均处于取样状态，在取样阶段，十通阀转变为进样状态，六通阀状态维持不变。样品进入B 路中会将氦气、氧气、甲烷、氢气以及氮气等气体分离出来，之后进行TCD 检测。同时工作人员需将六通阀切换到进样状态，等样品进入到Porapak QS 柱后，将空气甲烷、二氧化碳、等组分完成后进行TCD 检测，带到二氧化碳出峰，开始启动升温程序。此时，另一面样品会进入到毛细管柱中，升温处理可以将其中包含的C1-C16 烃类组分分离出来，之后进行FID 检测。当所有样品都分离完成后，要将十通阀和六通阀重新回归到初始状态，待气相色谱仪稳定后才能进行其他样品的组分分析操作。
3.3 实验分析的条件
气相色谱仪用于天然气组分分析的整个过程中对实验条件有着严格的要求。首先，炉温在气相色谱仪启动时的温度为40℃，在7min 内维持不变，之后以每分钟10℃的幅度进行提升，直至110℃为止，维持2min 后以20℃/min 的速度提升至180℃，维持5min。其次，氢火焰例子检测器FID 的温度应保持在220℃，热导检测器的温度应保持在120℃。
3.4 试验方法
利用气相色谱仪对天然气组分进行分析的过程中，采用阀切换的方法对载气存在的样品进行分析，并通过色谱柱进行分离，使各类组分进入到相应的检测器中。在本次实验中，可获得氢火焰离子检测器FID 对天然气样品进行组分分析时的气相色谱图以及热导检测器TCD 对天然气样品进行组分分析时的气相色谱图，之后通过导热系数、离子电流、电信号等方面存在的差异性，通过色谱工作站进行分析处理，获得相应的分析结果。据此，可以天然气的热值做出精确可靠的评价。
3.5 天然气组成校准气体配置
根据国际天然气组分对我国天然气分量量值进行了模拟。如表1 所示，为我国西气东输中的天然气组分的模拟配置表。
表1 西气东输模拟配置值
3.6 注意事项
结合实践，气相色谱仪比较适用于小分子量的气体，且须满足气体在色谱柱温度环境下不会出现挥发或是分解现象的前提条件。很多大分子量的气体都能够生成或是挥发出化合物，因此无法通过气相色谱仪进行组分分析。将气相色谱仪应用于天然气组分分析的过程中，仪器安装位置不宜和天然气距离过远，否则会影响检测结果的时效性。需要注意的是，氢火焰离子检测器FID只能检测电离后的碳氢化合物，对此，工作人员需将其与甲烷转换器一同使用对有机化合物继续进行检测。而在检测硫化物时，工作人员应适当强化装置对硫的灵敏度和线性范围。此外，为保障气相色谱仪的使用寿命，使用过程中，须严格按照规定做好养护工作。
4 结束语
综上所述，利用气相色谱仪对天然气组分进行分析的方法具有成本低、操作简单、效率高、可靠性强等特点，仪器所具有的灵活性使得其不仅可以同时进行，也可以独立使用。但需注意的是，工作人员必须做到规范操作，严谨执行维护保养工作，这样可以保障仪器本身的性能，保证分析结果的质量。
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论文作者:方立,卢寒冰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/5
标签：组分论文; 天然气论文; 色谱论文; 气相色谱仪论文; 气体论文; 检测器论文; 样品论文; 《基层建设》2019年第11期论文;