1GB/T13609―202×天然氣氣體取樣警告──使用本文件可能涉及帶來危險的材料、操作過程和設備。本文件并不意味指明了伴隨標準使用所帶來的所有安全問題。本文件的使用者有責任建立合適的安全和健康措施并在使用之前明確應用上的限制或法規上的限制。本文件提供了一種確保輸送到輸配管網的天然氣和天然氣替代品的樣品具有代表性的取樣方法。本文件適用于互換性、能量含量及進入管網的測量和監測點的現場取樣，尤其適用于跨境和貿易交接計量站。它是天然氣處理和微量成分測量中控制應用的重要來源。本文件僅適用于天然氣干氣（單相，即通常是通過天然氣管道輸送的氣體）取樣。有時，天然氣流會攜帶液態烴。如對濕天然氣進行取樣，則可能會在組成分析時造成額外的不確定度。本文件不包含濕氣（兩相或三相）的取樣。本文件不適用于與氣體取樣相關的安全問題。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T20603冷凍輕烴流體液化天然氣的取樣GB/T20604天然氣詞匯3術語和定義GB/T20604界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1吸收absorption氣體混合物與液體接觸時，從氣體中提取一種或多種成分。注2：氣態組分通過毛細作用、滲透作用、化學作用或溶劑作用保留。3.2吸附adsorption通過物理或化學力，將氣體分子、被溶解物質或液體保留在與之接觸的固體或液體表面。3.3污染物contaminants顆粒物、乙二醇、壓縮機油等含量極低的成分，被視為干擾性成分，不屬于要取樣的氣體的一部分。然而，污染物一旦進入取樣過程，就會繼續影響與其接觸的任何后續樣品。經過一段時間3.42GB/T13609―202×解析desorption通過吸附或吸收的逆過程去除被吸附的物質。3.5直接取樣directsampling在待取樣的天然氣與分析裝置之間存在直接連接的情況下進行的取樣。3.6移動活塞氣瓶floating-pistoncylinder具有將樣品與緩沖氣體分離的可移動活塞的容器，活塞兩側的壓力處于平衡狀態。3.7氣體吸附解吸效應gassorptioneffects某些氣體在不發生分子轉變的情況下被吸附到固體表面或從固體表面解吸的物理過程。注1：某些氣體和固體之間的吸引力是純粹物理吸引力且取決于相關材料的性質。天然氣可能含有幾種表現出強吸3.8高壓天然氣high-pressurenaturalgas壓力超過0.2MPa的天然氣。3.9烴露點hydrocarbondewpoint在給定壓力下，烴類蒸氣開始凝析時的溫度。3.10累積取樣器incrementalsampler將一系列點樣累積成一個混合樣品中的取樣器。3.11間接取樣indirectsampling在待取樣的天然氣與分析裝置之間沒有直接連接的情況下進行的取樣。3.12液體分離器liquidseparator取樣管線中用于采集析出液體的裝置。3.13吹掃時間purgingtime用樣品氣吹掃裝置所用的時間。3.14代表性樣品representativesample當天然氣被認為是一個均勻的整體時，其成分與其歸屬的天然氣具有相同成分的樣品。3.15停留時間residencetime一個樣品流過某一裝置所用的時間。3.16反凝析retrogradecondensation3GB/T13609―202×烴類氣體混合物在特定壓力和溫度下產生重烴的液相，在相同溫度下，壓力高于或低于此特定壓力時，混合物仍保持單相的氣體狀態。3.17樣品容器samplecontainer進行間接取樣時，用來收集氣體樣品的容器。3.18取樣管線sampleline用于將氣體樣品從取樣點(3.21)轉移到取樣裝置或分析設備的管線。3.19取樣探頭sampleprobe插入氣體管道，用來提取樣品并與取樣管線相連的裝置。3.20取樣地點samplingplace沿天然氣管道或取樣探頭（3.19）所在的加工廠的位置。3.21取樣點samplingpoint由取樣地點（3.20）、取樣位置(3.19)和取樣探頭上的入口位置(3.19)定義的空間中確切的點位。3.22取樣位置samplingposition位于采樣地點的天然氣管道或加工廠的橫截面積內的取樣地點。3.23點樣spotsample在指定時間、指定地點從氣流中抽取指定體積的樣品。3.24痕量組分tracecomponent含量非常低的成分。3.26濕潤表面wettedsurface與被取樣氣體接觸的材料表面。4安全注意事項本文件的使用可能涉及使用高壓易燃氣體和其他危險材料，這些材料可能位于指定為危險的區域（潛在爆炸性和/或有毒環境）。本文件不處理與此類情況相關的安全問題。用戶有責任為加壓設備、位于潛在危險區域的設備、對健康有潛在危害物質的控制、處理和運輸等制定適當的設計規則、安裝、操作、測試和維護程序。應嚴格遵守安全要求相關的國際和國內法規，這些法規比本文件更具分量。4GB/T13609―202×5取樣原則天然氣取樣是從目標來源獲取樣品、對樣品進行預處理（如有必要）并通過容器或其他輸運媒介直接或間接將樣品輸送至分析儀器的過程。本文件介紹了每個步驟的方法和使用的設備。取樣系統的目的為確保采集的樣品能夠代表氣源，并且在將樣品輸送到分析儀器的過程中，即使在分子水平上，其化學和物理狀態也保持不變。考慮到用于取樣的設備要運行許多年，應慎重考慮系統的設計（具體的應用條件和測量目標）、制造、運行、維護和性能評估。6代表性樣品為了表明從天然氣樣品中獲得的任何信息真正代表了該信息所歸屬的全部量，本標準使用“代表性代表性樣品有兩個主要標準：（1）在收集、處理、存放或準備樣品進行分析或測量的過程中，樣品不會以任何方式改變。或更實際地說，不會以任何可避免的方式改變。只要組分和相一致（即與所考慮的質量/分析物的總體絕對或基本相同則認為樣品條件等同。（2）樣品是在一個取樣點采集，可確定其實際上是在一個已知的時間或時間段內將信息應用于大量的樣本。這需要時間上的匹配或分析結果與總體的同步。則認為是相關。7取樣類型7.1取樣方法注意事項取樣的主要目的是獲得足夠量的、有代表性的氣體樣品。取樣主要分為直接取樣和間接取樣。在直接取樣法中，樣品直接從氣源輸送到分析單元。在間接取樣法中，樣品在轉移到分析單元之前被貯存在樣品容器內。間接取樣法主要分為取點樣和取累積樣。GB/T20603中描述了關于再氣化液化天然氣的取累積樣。取樣直接累積樣累積樣流量圖1直接和間接取樣方法示意圖天然氣分析所需的信息分為兩類：平均值和限定值。平均值：發熱量就是一個典型的例子。氣體交接過程中要求給出時間或流量的平均發熱量。由商業協議確定求平均值的時間周期和方法。5GB/T13609―202×限定值：大多數天然氣貿易交接合同都包含對氣體組成或氣體特性的規范限制。可采用直接取樣，但通常要求也必須采用間接取樣。7.2取點樣本文件規定了一種間接取樣的方法，該方法將樣品裝入一個合適的容器，隨后將其運送到分析地點。取點樣是一種代表了取樣時管道中情況的取樣形式。取點樣可用于氣井或原料氣評估、定期氣流評估、結果驗證、過程驗證、故障排除和審計目的。取點樣是一種從固定地點和固定時間點取樣的形式，這種取樣提供的是技術人員取樣時管道中的樣使用者應根據取樣過程的安全性或流程合規性以及氣體質量的穩定性，指定取樣間隔（見7.2.9）。可采用幾種經批準的取點樣方法獲得樣品，如：充氣排空法、充氦法、連續吹掃法、恒壓法或其他經過驗證和測試的取樣方法。大多數樣品都收集在標準的單腔樣品氣瓶或恒壓活塞樣品氣瓶中。雖然可以通過這種方法收集有價值的信息，但必須注意，樣品僅代表取樣當時的信息。它不能代表下周或下個月取樣位置的情況，除非該樣品來自一個具有長期生產相同氣體和含氣量相同的同一氣井。值得注意的是，氣田的成分在開采末期時開始變得越來越豐富。天然氣的質量可能保持10年不變，但在氣田開采壽命末期出現變化。附錄B描述了一種使用玻璃容器從低壓天然氣輸配系統中獲取點樣的方法。特殊場合可以使用惰性聚合物袋等其他專用容器。適合高壓和低壓取點樣的方法有：—充氣排空法—控制速率法—抽空容器法—預充氦氣(充氦)法—移動活塞氣瓶法—單腔樣品氣瓶法—保溫、保壓取樣法7.2.2充氣排空法該方法適用于樣品容器溫度等于或大于氣源溫度的情況。氣源壓力應高于大氣壓。B.2給出了詳細的示例程序。7.2.3控制速率法該方法使用針閥來控制樣品流速，適用于樣品容器溫度等于或大于氣源溫度的情況。氣源壓力應高于大氣壓。B.3給出了該方法的詳細示例。7.2.4抽空容器法該方法使用預先抽真空的氣瓶來收集樣品，適用于氣源壓力高于或低于大氣壓且氣源溫度高于或低于樣品容器溫度的情況。樣氣瓶上的閥門和配件應完好，無泄漏。B.4給出了一個詳細程序例子。7.2.5預充氦氣法6GB/T13609―202×該方法類似于抽空容器法，在取樣前預先將容器中充滿氦氣來保持容器“無空氣”。該方法用于不需要測量、最好可以忽略氦氣的情況，如：用氦氣載氣進行氣相色譜分析。7.2.6移動活塞氣瓶法通過這種方法將樣品吸入一個保持在管道壓力、并配有伴熱取樣導管的移動活塞氣瓶中。7.2.7單腔樣品氣瓶法用于收集樣品進行分析的單腔氣瓶。氣瓶通常為不銹鋼，兩端為自旋螺紋端口。部分設計則只有一個螺紋端。最常見的容量為300ml、500ml和1000ml，也有其他容量氣瓶可選。氣瓶兩端各有一個閥門，其中一端有一個安全泄壓閥。7.2.8保溫、保壓取樣法該方法適用于樣品中重烴組分含量較高的現場取樣，樣品主要用于重烴組分的精確分析。氣源壓力應高于大氣壓力。B.5給出了一個詳細程序的例子7.2.9.1一般注意事項取樣頻率取決于氣流以往的性質以及預期（系統性）未來的變化。一般而言，管道中天然氣成分可能每天、每周、每月、每半年、每個季節都有變化。氣體組分也會隨著氣體處理設備和儲層變化而發生變化。在選擇取樣間隔時，應考慮所有這些環境和操作注意事項。下面給出的統計方法可用于這些因素的考量。可根據所需(目標)平均量的不確定度來計算適當的樣品數量。計算合適樣本數的公式(1)如下(詳見附錄I)：n=|t×n=|t×……（1）(Utg,式中：s——單次測量的實驗標準偏差；該公式通過迭代求解：選擇初始值n和被選定n值對應的t值，用這個t值計算修正后的n值，再用修正后的n值計算出新的t值。不確定度水平、樣品數量和標準偏差應在同一時間段內進行測量。7.2.9.2可接受的目標不確定度目標不確定度有兩種不同的情況。一種情況為貿易交接合同中明確規定了平均值相關的目標不確定度。典型例子為發熱量。另一種情況為只規定了氣體組分或性質的限定值，沒有規定不確定度。在這些情況下，目標不確定度可以根據在評價是否符合某一限定值時采用的決定規則來進行評估，而這又取決于可接受的風險等級。例如，當決策規則涉及一個等于擴展不確定度的保護帶，并且應該確保不正確的符合性聲明的概率較低時，可將上一次的測得值或上一年的平均值與極限值之差作為目標擴展不確定度。GB/T13609―202×t因子允許有限的樣品量，可以在標準統計表中找到。該值取決于置信區間（通常為95%）和自由度，此處取為測量次數減1，即n-1。示例1.測定月平均發熱量d=0.4%（天然氣交接合同中要求的月平均值的不確定度水平）s=0.6%（一個月內的估計變化）第一次估算，取n=7當自由度為6時，t=2.45，單側置信度為0.975(相當于兩側置信度為0.95)n=14第一次迭代，取n=14；重新計算，當自由度為13，t=2.16，單側置信度為0.975(相當于兩側置信度為0.95)n=11第二次迭代，取n=11；重新計算，當自由度為10，t=2.23，單側置信度為0.975(相當于兩側置信度為0.95)n=11示例2.總硫測定最后測得的濃度為20mg/m3，合同限定值為50mg/m3d=30mg/m3（貿易交接合同的限值與最后測得值之差）s=10mg/m3(過去一年中)點樣的標準偏差，t=4.30，當n-1取2，確定度水平95%時n=2重新計算表明2個樣品不夠，所以要取3個樣品。7.3取累積樣（連續或復合）7.3.1一般注意事項流量和組分會隨時間變化，因此應仔細選擇取累積樣間的時間間隔，以確保采集的樣品反映這些變化。取累積樣或復合取樣是一種在指定時間或批次數量內采用的取樣方法，采用該方法進行有代表性的復合取樣，收集該時間段內或該批次內樣品流的變化情況。系統通常由以下部件組成：取樣探頭、取樣泵系統（根據裝置的管道壓力而定）、樣品取樣裝置、與現場流量裝置相連的計時裝置、可調節的外部儀器供應源或調壓器（獲取管道中的氣體壓力并將氣源調節到取樣泵所需的壓力）以及用于啟動取樣泵8GB/T13609―202×的電磁閥。該系統可以直接安裝，也可以搭配外部取樣回路安裝。如果可能，取累積樣系統應采用流量比例取樣。如果氣體的流速和組分都發生變化，使用流量比例取樣尤為重要。例如，如果氣流停止并且取樣器繼續收集樣品，則復合樣品的一部分是在沒有氣流時收集的，如果此期間的組分與平均組分不同，則樣品不具有代表性。只有在取樣時間間隔內流速穩定或組分在取樣間隔內穩定時，才可以使用時間比例取樣并得到代表性樣品。7.3.3系統注意事項常用的累積取樣器是置換式取樣器，它將樣品以恒定的、等于或略高于管線壓力的壓力泵入移動活塞氣瓶或在確定的取樣周期結束時達到管線壓力的標準氣瓶。取樣管線的長度應盡可能短。除極干氣體、貧氣或低露點氣體外，取樣導管和取樣器應伴熱并隔熱，以避免樣品冷凝。取樣器的設計應確保：——允許氣體連續、不間斷地流過；——每次取樣前充分自動吹掃，將代表性樣品累積泵入取樣容器。7.3.4監測充注過程應采用就地或遠程指示器定期監測充注過程。所有重要的信息應貼在氣瓶標簽上。標簽應牢固地貼在樣品氣瓶上，但不得干擾樣品氣瓶的使用。標簽信息最好包括：如有必要，應安裝安全閥或等效裝置（壓力釋放裝置以保護系統在故障情況下不會超壓。7.4在線或直接取樣7.4.1一般注意事項GB/T13609―202×第三種取樣方法是采用在線或直接取樣系統。樣品預處理系統必須盡可能靠近取樣點，也就是取樣探頭下游，以降低進入分析儀的壓力（如在線氣相色譜分析）。預處理系統應集成加熱功能，以抵消焦耳-湯姆遜效應，或由于氣體的相包絡和低溫而導致液體懸浮的環境條件。建議在給定位置還要提供額外的調節、過濾、相分離、氣相色譜保護和其他關鍵功能。為便于系統供應商進行適當設計，應提供與系統用途、所有氣體成分（包括水、污染物、液體、相包絡等）有關的所有信息圖2和圖3所示為本文件中描述的直接取樣系統的示例。說明：1取樣點2取樣地點3取樣探頭，包括膜、過濾裝置、減壓器和出口歧管4電加熱取樣管線5分析小屋6分析儀圖2直接調節探頭取樣示例GB/T13609―202×說明：1取樣點2無膜過濾取樣探頭3取樣地點4取樣管線（盡可能短）5帶有過濾裝置/分離裝置和電加熱調節器的調節裝置6電加熱取樣管線7分析小屋8分析儀圖3帶預處理外殼的非調節非減壓探頭取樣示例自動排液包括從樣品系統中收集器收集和定期排放的液體。但通常是不被允許的，因為在排液循環之間積聚液體的間歇性汽化會使分析結果產生偏差。根據所進行的分析，必須在全管線壓力或減壓下從取樣點進行氣體取樣。為了下游取樣設備或分析儀的安全性或完整性，以及減少從取樣點傳輸樣品的時間，可能需要減壓。7.4.4惰性氣體吹掃系統應配備惰性氣體吹掃設施。如果因某種原因發生凝析，需要對樣品系統進行吹掃，并且在引入工藝氣體之前，清除系統中的空氣（氧氣避免發生危險情況。7.4.5安全/泄壓閥GB/T13609―202×應安裝自動泄壓裝置，當壓力增大超過設定的開啟壓力時，裝置啟動，并具有快速全開或彈出裝置，該閥門由上游的靜壓驅動。當上游壓力降至設定壓力以下時，裝置自動關閉。泄壓裝置在關閉時被認為是密封的，通常用于氣體、蒸汽或液體環境。減壓器下游應安裝一個泄壓閥，以便在減壓器發生故障時保護分析儀不因壓力失控而損壞。7.4.6取樣管線加熱為避免凝析、產生液滴或霧氣、發生化合物的吸附/解吸，取樣管線的溫度應保持在高于露點（即水、碳氫化合物）約10℃以上。這種類型的溫度穩定性可以通過自調節的電伴熱管線來實現。更多細節請參見本文件的10.10。8取樣位置8.1一般要求8.1.1探頭應位于管道中孔板、彎頭、閥門、熱套管等障礙物下游，距離至少為該障礙物的5倍直徑。8.1.2探頭應位于代表性氣流管道的活動氣流中（非排污裝置、盲管段等）。理論上，在清潔干燥的天然氣流中，探頭可以安裝在管道頂部、側面甚至底部。優先選擇水平管道的頂部，或者至少以+45°的最大角度（探頭指向下方）安裝，以使液滴能夠排入氣流，并避免有害污染物或微粒進入或積聚。注:這些注意事項針對的是清潔、干燥、偶爾有少量液8.1.3探頭應直接位于氣流中，以消除氣溶膠和灰塵問題。探頭外部應配備足夠的閥門，讓取樣管線可以與工藝管線斷開。根據位置和操作條件，可以采用固定式或可拆卸式探頭。8.1.4如果水平或傾斜安裝不會造成有害物質在取樣系統中積聚，也可將取樣探頭安裝在垂直管道中。8.2取樣地點需慎重選擇沿管道長度或管段安裝取樣點的位置。因探頭可能會導致壓力下降、堵塞氣流等問題，直徑小于50mm的管道（如生物甲烷氣）不需要安裝探頭，也可以針對上述情況使用特定的探頭。取樣地點應確保通過該點的氣體是任何后續分析都適用的氣體。取樣地點的選擇應始終不在盲管段中，且分析結果所應用的所有氣體實際上都流經該取樣地點。8.2.3未擾動氣體取樣地點應確保樣品不會受到擾流元件的影響。擾流元件包括控制閥、彎頭、三通、孔板、流量計量設備、熱電偶套管、加工設備等。擾流元件會導致氣體壓力和溫度的瞬時和局部變化，又會通過產生瞬時液滴等而導致氣體的相平衡發生變化。此外，這些擾流元件通常產生瞬時氣溶膠，這取樣會造成不良影響。8.2.4取樣便利性取樣地點應選在便于操作和維護的地方。應安裝員工通道或平臺，以便于人員日常檢查和維護工作。因管道的配置或形狀等問題，單個取樣地點不能滿足8.2.2和8.2.3的條件時，應設置多個取樣地GB/T13609―202×說明：1取樣地點2取樣位置3取樣點4氣流圖4取樣地點示例8.3取樣位置8.3.1取樣位置是指在取樣地點處管道的橫截面。8.3.2取樣位置應在主管道的橫截面內。取樣探頭是正確取樣的必要條件。8.3.3沿管壁存在邊界層中的氣體組分不能代表流過管道的氣體。管道中攜帶的如壓縮機油、閥門潤滑劑、乙二醇、灰塵等污染物，會在一段時間內逐漸積聚在管壁上，在管道壁周圍取樣時管壁效應成為影響取樣氣體質量的重要因素。8.3.4為了避免壁面效應，確保取樣代表性，標準行業慣例是將樣品探頭放在中間三分之一范圍內，考慮到機械阻力，對于大于DN300的管道，須將探頭插入距離管壁至少100mm，但不應超過10%；對于不大于DN300管道，宜將取樣探頭定位在管道中心三分之一處。注：有關機械主要事項的更多信息，請參見附錄F。根據探頭的具體設計，請咨詢制造商關于管道橫截面內的最終GB/T13609―202×說明1大于DN300的管道——插入100mm，不應超過10%2不大于DN300的管道——位于管道中心三分之一處圖5樣品位置8.4取樣點8.4.1取樣點是由一組三維坐標定義的空間中的位置。實際取樣點由取樣地點和取樣位置確定，即樣氣進入的取樣探頭尖端或開口的入口中心進一步確定。說明1取樣地點2取樣位置3取樣點4氣流圖6取樣點示例9氣體取樣的理想做法9.1概述為了確保使用代表性樣品進行測量和歸因，需考慮以下因素：GB/T13609―202×9.2氣體吸附與解吸天然氣中的許多成分極易受到通常被認為是惰性的材料的氣體吸附效應的影響。由于污染物的堆積，材料的表面會變得活躍，應選擇與樣品接觸的材料和材料的表面狀況，包括材料/組件的主體、閥座、密封件、隔膜等。因此，宜盡量減少表面積并使用惰性材料。此外，應關注所有類型的過濾器和分離器，因其固有極大的表面積并與氣體密切相互作用。有關過濾器和分離器的更多信息，參見10.4。在痕量分析的取樣系統中，應特別注意吸附效應。某些材料可以通過表面處理減少吸附效應。干燥、無油脂的表面不易吸附，粗糙表面常發生氣體吸附和聚集。常采用拋光技術減少吸附效應，并縮短使取樣設備達到平衡所需的預處理時間。其他工藝也可用于減少吸附效應，如一些材料可以用惰性材料如鎳進行電鍍以減少吸附或使用專有技術對鋁進行鈍化也可以抑制吸附。硅烷化等化學處理也可用于消除活性化合物的表面吸附。注：如果要測定含硅氧烷的氣體，不可使用硅烷9.2.3關于取樣設備的吸附解析注意事項取樣系統有許多特征可以促進預吸附解析，從而影響向分析儀提供代表性樣品和準確分析結果的能預吸附是由粗糙的表面、不同的材料和死角空間造成的，分析物可能集中在這些部位無法進入檢測儀。應盡量減少樣品在到達檢測儀之前將通過的部件數量。使用金屬壓縮型配件和端面密封可最大限度地減少樣品暴露于粗糙表面的情況。應通過使用快速回路，旁通實時分析流，最大限度地減少樣品暴露于系統的壓力和流量控制部件的9.2.4取樣設備的平衡新的取樣設備在穩定之前會發生大量吸附。因此，取樣設備需要在樣氣中暴露一段時間才能達成平衡，使分析期間氣體樣品中吸附成分的量保持穩定。可通過用樣氣吹掃取樣設備來實現，直到按順序采集的氣樣顯示出分析一致性。采樣設備條件可通過使用已知成分的參比氣體混合物進行分析來確定達到平衡的時間。在用樣品吹掃之前，對設備進行初始抽空可以減少預處理時間。多次抽空和吹掃有利于減少預處理時間，快速實現平衡。9.3取樣所用材料9.3.1一般注意事項取樣系統所用材料的適用性取決于被取樣的氣體。由于天然氣中可能存在少量的硫化合物、汞、二氧化碳等，所有設備和配件應由不銹鋼制成，低壓應用玻璃制成。表1列出了可能的替代材料。閥座和活塞密封應采用適用于預期應用場合的材料制成。潮濕或高溫氣體、含有硫化氫或二氧化碳GB/T13609―202×的氣體取樣，取樣系統宜采用特殊材料和涂層。建議酸性氣體的取樣瓶應采用鈦、聚四氟乙烯(PTFE)涂層、環氧涂層、化學惰性涂層或鏡面拋光不銹鋼等材料。根據目標濃度，應考慮進行額外的表面處理。如硫化氫和汞等反應性成分應視情況使用直接取樣法進行分析，因為有涂層的容器也無法消除吸收影在可能發生腐蝕和金屬疲勞問題的地方，應避免使用黃銅、銅和鋁等軟金屬。但在樣品容器反應性至關重要的應用中，鋁可以用于樣品容器。與樣品或校準氣體接觸的材料通常應具有以下特性：--對所有氣體抗滲透性；--吸附解析效應最低；--對所輸送的成分具有化學惰性。任何新的或可替代的氣瓶材料都應首先測試與氣體化合物的相互作用和超過樣品預期使用時間的穩定性，以表明目標化合物的量分數保持穩定。表1給出了進一步的指導。表1取樣系統材料與氣體組分的兼容性材料碳氫化合物硫化羰二氧化碳氧氣硫化氫硫醇四氫噻吩水氦汞氫氣一氧化碳不銹鋼aaabbabaaaaaaaaabbbaccab聚酰胺aabaaaca鋁aaabbaca鈦aaaaaaaab=保留意見c=不推薦2)玻璃是高度惰性的材料，但容易破裂且在高于大氣壓時取樣不安全。3)聚四氟乙烯是惰性材料，但具有吸附性。該材料對水、氦氣和氫氣等物質具有滲透性。聚四氟乙烯涂層可能存在缺陷，因此可能無法保護部分內表面。碳鋼和其他相對多孔的材料可能會在天然氣流中保留二氧化碳和硫化氫等較重的組分和污染物，因此不得用于取樣系統。雖然不銹鋼通常是用于取樣設備的良好材料，但建議用戶在使用前咨詢腐蝕專家。如果沒有額外的惰性涂層，不銹鋼通常不適用于痕量水測量，鋁或其他氣瓶材料更適合此應用。環氧（或酚醛）涂層能減少或消除硫化合物和其他微量成分的吸附。小配件、閥門和其他小面積不易涂層。如果濃度在ppb或ppm范圍內（另見7.2則可以檢測或測量這些未受保護區域的氣體組分損失。9.3.4其他聚合物其他聚合物的使用應限于樣品很少或沒有直接接觸的管道或連接設備用的接頭。在分析水或硫化合GB/T13609―202×物時應特別小心。如果管線很短，使用聚酰胺材料可以獲得良好的結果。在某些情況下，可以在低壓下使用軟聚氯乙烯。任何新的聚合物材料用于取樣系統之前，應使用預期濃度的認證混合物進行測試，以驗證其不會導致樣品組成的任何變化。由于橡膠的高反應性和滲透性，即使在低壓下條件下也不推薦使用橡膠制成的管線或接頭。硅橡膠對許多成分都具有高吸收率和滲透性。9.3.6雙金屬腐蝕在取樣系統中不同金屬相互接觸，會加快腐蝕，并導致取樣誤差和/或安全問題。9.4樣品污染取樣系統部件的樣品潤濕表面在使用前需嚴格清潔。使用中，這些表面可能會受到天然氣中的顆粒物、液滴和氣溶膠等污染，如果這些污染物進入取樣系統，會沉積在清潔的表面或過濾器等上面，對工藝有巨大的氣體吸附解析作用，對選材和初始清潔造成影響。9.4.2清潔取樣系統與氣體接觸的取樣系統和取樣導管的所有部分應無油脂、油、霉菌等污染物。每次收集樣品之前，除用于對含有高活性成分的氣流進行取樣的特殊鈍化氣瓶外，應對取樣容器進行清潔和吹掃（見附件D）。應使用揮發性溶劑對容器進行適當清潔及干燥，以避免吸收現象，特別是由硫化合物和重烴引起的吸收現象。干燥后不會留下殘留物的溶劑（如丙酮）通常可用于去除重質餾分污染，但在某些情況下，它們可能存在易燃和有毒等危險。只有當蒸汽本身不含緩蝕劑、鍋爐水處理化學品或其他可能污染樣氣瓶的物質時，才可采用蒸汽清洗。清潔含有沉積物的鋼瓶時應特別注意。分析硫組分時不應使用蒸汽清潔不銹鋼鋼瓶。硫組分易被氣瓶吸收，影響硫含量的分析結果。待測樣品需要收集在專用的內襯鋼瓶或鈍化氣瓶中。取樣容器的整個濕潤表面及其二次部件都應有涂層。只對氣瓶進行涂層而不涂裝閥門、接頭、泄壓裝置等可能無法提供足夠的保護。在特定情況下，建議采用合適的涂層（見表1）或表面處理。9.4.3樣品氣瓶的預充氣氮氣、氦氣、氬氣和干燥的測試用空氣都能很好地用于干燥或吹掃沒有沉積物和重質餾分污染的氣瓶。為避免干擾，所用干燥或吹掃氣體不得含有任何待分析成分。許多實驗室會在樣品瓶中留下一層氮氣、氦氣或其他氣體，以保護氣瓶免受空氣污染。應慎重選擇保護氣體和用于充注或背壓樣品瓶的氣體，確保當氣瓶內發生泄漏或樣品被這些氣體污染時，分析系統不會將這些氣體污染解釋為被分析樣品的一部分。例如，使用氦氣作為載氣的色譜分析無法檢測到單腔氣瓶充注后殘留的氦氣或活塞泄漏的氦氣。9.5樣品凝析取樣系統的所有部件應保持在氣體混合物露點溫度以上至少10℃。可通過隔熱和伴熱，使取樣地GB/T13609―202×點保持恒溫。宜保持溫度盡可能恒定，因為溫度波動會導致不同的氣體吸附效應。由于取樣系統的溫度變化，通常會看到活性成分的含量在白天升高，在夜間下降。9.5.2壓降和焦耳-湯姆遜冷卻效應由于天然氣凝析行為非常復雜，在收集和制備用于分析的樣品時，樣品很容易通過液相/氣相邊界破壞樣品完整性。這對于計算烴露點或其他對高碳烴的核算至關重要的測量應用特別重要。焦耳-湯姆遜效應描述了氣體壓力降低（氣體膨脹）時發生的瞬間冷卻。冷卻量與壓降成正比，壓力與溫度關系的系數取決于所涉及的元素或化合物。焦耳-湯姆遜冷卻可能發生在取樣系統中任何出現壓降的位置。有時，由于組件選擇不當、閥門未正確打開或其他意外情況（如缺乏操作維護會無意中造成壓降。甚至打開閥門也可能會產生嚴重的不利影響（見附錄E）。實際壓降引起的氣體溫度降低稱為一級冷卻。預冷卻的效果在設備部件上出現冷凝液珠之前常難以察覺。當壓降較大且氣體冷卻并因此受到影響時，減壓裝置的上下游設備/部件也會冷卻，且下游更容易冷卻。隨著這些設備/部件逐漸冷卻，它們通過傳導、對流和輻射進一步加劇氣體的冷卻，并增大了氣體溫度下降的總體幅度。由這些途徑引起的氣體溫度降低稱為二級冷卻。通過提供如溫度補償調節探頭、加熱調壓器、伴熱等外部熱源，可避免二級冷卻。但這只能應對二次冷卻，同時防止裝置和設備凍結。一級冷卻無法避免，因此，如果氣體的組分因為一級冷卻則可能導致的溫度下降會造成樣品越過相界，則需要以不同的方式考慮氣體樣品的保護。消除一級冷卻效應的一種方法是在壓力降低之前對氣體進行預熱。在確定預熱量時，應根據氣體的組分和取樣系統中該點所需的壓降計算出可能發生的最大冷卻（溫度下降并增加最少10℃,以考慮到條件的不確定性和樣氣性質的波動。加熱裝置和取樣系統的設計應確保在發生壓降的節流孔入口之前氣體都處于所需溫度。如果使用了這種消除一次冷卻效應的方法，則無需二次冷卻保護。圖7是帶有注釋的天然氣相圖，并對該現象作了說明。X：溫度(℃)Y：力（bar=0.1MPa）——：表示典型天然氣混合物的氣-氣相邊界———：表示從管道中提取高壓樣品并將其降低到合適的壓力（低壓）進行分析時，天然氣混合物的溫度分布。焦耳-湯姆遜一次冷卻很明顯，直到壓降停止，氣體溫度變化到與環境條件相匹配。----------：表示介紹的避免與焦耳-湯姆遜冷卻（和二次冷卻）相關的問題的方法，即在減壓前對高壓樣品進行預熱，以便在減壓期間發生焦耳-湯姆遜冷卻（一次冷卻）時，氣體樣品在過渡到低壓（適合分析）的整個過程中都安全地保持在相邊界以上。GB/T13609―202×圖7典型天然氣混合物的相圖注：在本文件中，壓力單位為“bar”，1bar=0.1MPa，bar是天然氣行業的常用單位。9.5.3凝析和再氣化9.5.3.1概述為避免在任何取樣過程中反凝析的潛在負面影響，并保持樣品的精度，樣品導管需要進行伴熱和絕緣并對取樣設備加熱，以確保樣品的完整性。如果在所有環境條件下，單相天然氣取樣過程的所有方面自然保持在烴露點以上至少10℃,則可能不需要額外加熱。天然氣的凝析行為相當復雜。圖7給出了天然氣壓力/溫度相邊界圖的示例。曲線的形狀取決于天然氣的組分。如圖7所示，相邊界是臨界點和正常工作條件之間的復雜函數。當在調節氣體的壓力或溫度至相邊界時，就會發生反凝析。9.5.3.2凝析問題示例圖8顯示了這個問題是如何發生的。管道中含有壓力為p0的氣體，如果初始溫度為-10℃,且氣體等溫膨脹（即壓力降低則當氣體接近可分析的壓力p1時，氣體會沿著圖中的垂直線變化。氣體在p0下是穩定的單相，并一直保持到p2，即兩相區邊界。X：溫度(℃)Y：壓力（MPa）：露線?：臨界點——：等溫圖8天然氣壓力/溫度圖示例在p2和低壓p3之間，同時存在氣體和凝析液體。氣相和液相的相對量及其組成在此范圍內連續變GB/T13609―202×化。當壓力低于p3，再低至分析壓力p1，單相氣體再次存在。相反，初始壓力為p1的氣瓶，等溫填充至p0，當壓力到達p3時，為兩相。兩相在p2處重新組合，但這一過程很慢，當兩個相都存在時，從氣瓶中取樣的任何氣體都不具有代表性，而且去除兩相會改變氣瓶中剩余的成分。使用加壓活塞氣瓶是避免這些問題的一種方法，可使樣品保持在不發生懸浮的狀態。事實上，當氣體膨脹時，由于焦耳-湯姆遜效應，其溫度會下降。如圖8所示，開始時溫度為25℃,壓力10MPa，在p3冷卻至-10℃以下，因此發生凝析。達到p1所需的初始溫度為35℃,且不會遇到兩相臨界區。9.5.3.3樣品采集后的凝析氣體樣品在輸送過程中或在實驗室等待分析時，可能會在取樣容器中部分凝析。分析前，應一直加熱高壓氣體取樣容器和分析裝置的導管（不通過相邊界的氣體除外）。加熱時間和溫度應足以確保在分析開始前所有冷凝烴再次氣化。9.6通過取樣系統的流量干擾對于氣流循環，應選擇能避免在樣品通路內發生氣流循環的部件。最重要的是避免樣品系統中出現發生混合和停滯的死體積。法蘭和螺紋的使用效果與內徑階躍變化一樣糟糕。減壓調節閥的設計以及針閥和截止閥會造成流動循環。微粒過濾器和膜分離器的某些設計可能會導致取樣系統內的異常氣流循環。9.7延遲時間9.7.1直接取樣法獲得分析結果的延遲時間是取樣系統停留時間和儀器循環時間的總和。假設已知儀器循環時間。為了獲得有代表性的樣品，系統的設計必須確保根據規定的延遲時間要求更換樣品回路中的氣體體積。延遲時間計算應包含在系統設計中。計算應包括從探頭到分析儀器的所有內部體積。應盡量減少并平衡延遲時間。對于需要快速響應的應用，例如過程控制或燃燒控制，取樣系統延遲時間不應對整個系統實現預期結果的能力產生負面影響。例如，為優化燃氣輪機燃燒性能而調整閥門位置或點火控制的動作應該在幾秒鐘內發生。傳輸時間需要與取樣的最終應用相一致（即氣體質量跟蹤、微量成分監測等并且取樣管線中的氣體流量必須高于分析儀所需的流量。同時應在傳輸時間長短和限制溫室氣體排放之間取得平衡。應考慮壓降、冷卻、焦耳-湯姆遜效應以及對伴熱/加熱調節器和柜式加熱器的需求。延遲時間受以下因素控制并取決于以下因素：——取樣點和分析儀輸入之間的距離：從取樣探頭到減壓系統的距離應盡可能短，或者就在取樣點，以減少滯后時間（通過避免使用從取樣點到預處理裝置的高壓取樣導管）。通常，該部分的輸送時間最長。離樣品預處理較遠的位置，由于壓力較低，可實現較短的傳輸時間，原因是樣品系統中的氣體較少。——取樣管線體積應盡可能小；因此應盡可能使用最小直徑的管子。取樣導管直徑必須符合快速取樣回路的取樣和流量條件，并考慮分析儀要求。必須符合最佳實踐，并盡量減少大氣排放。根據以下標準來確定取樣管線的內徑：a）管線長度b）壓降計算20GB/T13609―202×c)分析儀所需流量——內部死體積：在延遲時間計算中，應考慮系統組件（如取樣探頭、取樣管線過濾器、調節器、流量計等）的內部體積。此類體積應越小越好并應避免死體積；——吹掃流速：為驗證實際延遲時間，應安裝流量計（適用于所有相關流）來監控流量；——使用滑流/旁通（廢氣流滑流可以導入大氣處理系統（火炬）或壓縮回注入流程。出于環保目的，應盡量減少進入大氣；——可使用快速環路配置（樣品返回流程根據流程條件以及是否適合分析要求，樣品在高壓下提取后在稍低的壓力下返回。這種方法的好處是減少大氣排放量或火炬燃燒量；——取樣系統中的壓力水平：在靠近取樣點的加熱壓力調節器上降低樣氣壓力可實現更短的傳輸時——吸附解析效應：對于易發生吸附解析效應的組分，氣體取樣系統達到平衡的時間取決于相關成分的量分數。平衡時間不能縮短，必須予以考慮。詳情和“表面處理”方法見附件C；——時間匹配：如果取樣系統為作為計量系統部件的氣相色譜分析儀供氣，則應考慮氣相色譜分析結果（考慮樣品系統延遲時間和分析儀循環時間）與瞬時普通氣體流速之間的匹配。延遲時間是根據各部分的實際體積流量計算得出的取樣管線各部分的停留時間總和，且必須包括在過濾器、閥門和盲端內的停留時間。各部分的實際體積流量如延遲時間計算框圖（見圖G.4）中的示例所示，延遲時間在考慮到每個部分的壓力和溫度的前提下，由通過分析儀的體積流量和旁通流量確定。在示例/框圖中，考慮了快速回路，導致與僅由分析儀流量和旁通流量組成的流量相比，取樣探頭到過濾器（100毫升體積）的體積流量都有所增加。硫化氫等痕量分析物的吹掃時間不遵循相同的規則，需要考慮吸附效應（見附錄C）。表G.1和G.2顯示了有快速回路和沒有快速回路的停留時間和延遲時間。附錄G給出了計算停留時間的詳細方法。9.7.2間接取樣法獲得分析結果的延遲時間是取樣系統停留時間和從取樣地點到儀器的傳輸時間的總和。此方法應記錄時間戳。現場取樣的吹掃時間應至少為停留時間的10倍。吹掃應確保溫度和流量的代表性和系統平衡。獲得分析結果的延遲時間是以下因素的總和：a)在線儀器：分析儀器循環時間加取樣系統傳輸/吹掃時間。注：在設計、集成和/或安裝不當的取樣系統中，取樣系統的傳輸/吹掃時間可能是分b)離線儀器：加上在所有分析過程開始時將樣品從采集點輸送到分析儀器位置并將其引入分析儀的所有時間延遲。c)樣品容器應加蓋時間戳，并且需要評估內部樣品的有效期。10取樣設備10.1概述10.1.1應檢查用于高壓天然氣取樣的設備，以確保其在現場或對特定應用條件下符合現行設計和標準的要求。設備設計應滿足相關的取樣條件，如：壓力、溫度、腐蝕性、流量、化學相容性、振動、熱膨21GB/T13609―202×脹和/或熱收縮。長期傳輸導管和取樣管線應妥善固定。可拆卸連接件應易于進行泄漏測試。出口應配備雙截止閥和泄壓閥。當氣瓶不使用時，瓶帽應連接到配件上。10.1.2應限制使用柔性高壓管，并嚴格遵守制造商的安全使用說明。取樣導管可能被固體或液體污染物堵塞。當試圖“重新打開”此類管線時，應采取特別預防措施。只有合格人員才能執行此操作。10.1.3取樣管線應在盡可能靠近氣源流動的位置安裝截止閥。取樣探頭應配備截止閥。電氣設備應經批準用于相關取樣應用。應避免使用可能產生靜電、火花的設備或工具。設備最為輕便的取樣系統最適合采集代表性樣品。但也要確保設備的取樣系統功能符合要求。10.1.4取樣探頭設計要滿足其所連接的工廠/燃氣管網項目的工藝條件以及其所處的環境條件，但是滿足這類的探頭通常會導致其成為重要流動干擾因素，從而改變測量設備的精度。此外，由于內部體積和表面條件，這種探頭也變得不符合良好的取樣規程。在設計與探頭相連的工藝裝置部件時，還需要考慮渦旋脫落振動的影響。10.1.5除用流動的樣氣持續吹掃壓力測量裝置、泄壓裝置、排氣管線、備用/重復取樣管線外，不應與其建立分支連接。此外，應盡量減少用于引入測試或校準氣體等的三通接頭，且設計應避免任何死體積，以減少稀釋效應。10.1.6在運輸和儲存期間應在氣瓶上安裝瓶帽。10.1.7氣瓶應永久印有容積、工作壓力和試驗壓力標識。氣瓶的試驗壓力應至少為工作壓力的1.5倍。氣瓶在運輸和儲存過程中應防止損壞。應設計有針對不同氣瓶類型的運輸箱或紙箱。氣瓶應附有標簽或文件，以防損壞。氣瓶和相關附件應定期檢查和檢漏。電氣設備應經批準用于相關取樣應用。必要時，設備應接地，避免產生靜電。應避免使用可能產生火花的設備或工具。10.2取樣探頭10.2.1概述取樣探頭的設計應滿足其所連接的工廠/天然氣管網項目的工藝條件以及所處的環境條件。探頭需要設計為能夠承受渦旋脫落的振動效應。在某些條件下，設計滿足這些條件的探頭可能會導致其成為一個重要的流動干擾因素，從而改變所采集的樣品和局部流量測量設備的精度。渦流脫落和相關問題見附錄F。氣流中無夾帶液體且流動條件遠高于露點溫度的氣體管線可采用任何探頭設計進行取樣。然而，在氣流露點處或附近工作的管線需要專門的探頭來解決冷凝問題。為避免改變氣體組分，應在源溫度和壓力下分離樣品源中的任何其他液體。管道中的探頭通常按照8.3裝入。這是為了確保樣品不會從管壁上落下，因為管壁上的液體容易積聚并被帶入樣品中。使用探頭應確保從活動流而不是從盲管段來源獲取樣品（探頭位置見8.1）。在探頭尖端位置或取樣探頭出口處設置膜相分離器也有助于排除液體、烴液和污染物。探頭可以是固定式，也可以是可拆卸式，具體取決于位置和工況，特別是考慮到可能對管道進行清管和檢查。10.2.2直管探頭最常見的取樣探頭設計是直管探頭，如圖9所示。其末端可以是平口的，也可以是切角的。10.2.3減壓調節探頭天然氣工業中常用的另一種類型的探頭是減壓調節探頭。這類探頭通常用于連續分析儀系統，并設計成在減壓條件下將氣體輸送到分析系統。隔膜和控制彈簧固定于管道外壁，其內部的連桿與發生壓力22GB/T13609―202×降的點相連，該點就是伸入氣流內的探頭下端。該下端通常帶有翼片，以便當溫度因氣體膨脹而降低時能從氣流的熱質獲得補償。減壓調節探頭如圖10所示。設計旨在利用工藝氣體的熱量來抵消焦耳-湯姆遜冷卻效應。注1：減壓調節探頭在管線壓力下拆卸和維護時，需要特注2：減壓調節探頭不應用于濕氣體，因為水合物形圖9直管探頭23GB/T13609―202×說明：1出口壓力調節2壓力表（常裝）3典型取樣隔離閥4泄壓閥（常裝）5取樣口接頭6翼片（可選）7膜（可選）8探頭尾部減壓閥座9底閥外罩（可選）圖10減壓調節探頭10.2.4皮托管探頭皮托管探頭（圖11）通常用于在主管道外創建快速環路或滑流。P1或上游壓力通過儀表或快速環路從管道轉移并返回到P2或下游壓力。從探頭入口產生到其返回端口的流量取決于壓差和管道流速。說明：1皮托管2流量P2返回圖11皮托管探頭10.3.1取樣和傳輸導管10.3.1.1概述除非用流動的樣氣持續吹掃，取樣導管應避免與壓力測量裝置、泄壓裝置、放空管、備用/重復取24GB/T13609―202×樣管道等部件的支管連接。此外，應減少使用引入試驗氣體或校準氣體等的三通接頭，并且其設計應避免任何死體積，以減少稀釋效應。取樣導管應盡可能短，直徑盡可能小，以減少停留時間，但直徑又不得太小，以免過度限制流量。取樣導管應從管道中的取樣點上行或向上傾斜，到達位于高處的取樣器或分析系統。應避免出現環路、傾角和低點，因為它們在取樣系統發生故障時是所形成的污染物和所有冷凝液體的聚集點。應盡量減少使用向大氣排放的取樣導管。此外，高壓液滴會導致冷卻和冷凝，這會影響樣品準確性。現場樣品的吹掃時間應至少為停留時間的10倍。附錄G給出了計算停留時間的指南。樣品點和取樣容器之間的所有連接應確保不會發生樣品污染。在必要和允許的情況下，應使用聚四氟乙烯膠帶進行螺紋連接。只能使用對樣品無影響的管螺紋密封化合物。選擇不當的化合物會污染樣品和/或吸收樣品中的成分，從而導致錯誤結果。10.3.1.2取樣導管中的壓降取樣導管的正常運行需要采集點與排放口之間存在壓差。該壓差可由孔板、調節器或其他適當裝置提供。10.3.2旁通結構10.3.2.1概述出于對環境和安全的考慮，當使用旁通時，最好使用閉合環路。10.3.2.2旁通環路旁路環路，也稱為“快速環路”或“熱環路”，應采用閉合結構，它最后應返回主管。最好使用3mm到10mm不銹鋼管。環路中需要在取樣點與排氣口之間存在壓差，以保證處于環路中的取樣裝置內有均勻穩定的流量。快速環路包含流量計、壓力表和背壓調節器等壓力和流量監控組件。10.3.2.3旁通管線當不能提供足夠的壓差時，可使用開放式旁通管線，該管線最終排放到大氣中或排放至火炬。開口管線中的流量和壓力損失需要得到控制，以限制任何影響樣品完整性的冷卻和冷凝。10.4過濾器、膜和分離器為了獲得干燥清潔的樣品，取樣過程中可能需要使用過濾器、膜和分離器。但系統不得改變采樣成分的代表性。如果為保護氣相色譜分析儀而去除的液體是烴類液體，則會改變樣品的熱值和組分。洗滌塔、分離器、胺接觸器、壓縮機等一些氣體處理裝置可能釋放或攜帶液體、油、氣溶膠等形式的污染物。因此，通常安裝過濾器或過濾膜（自清潔型）裝置以保護與取樣系統相連的取樣設備和分析儀器。有時可能需要控制工藝裝置出口氣體的某些特性（如：脫水后的含水量、脫硫后的硫化氫含量、壓縮后的露點）。由于工藝性質，某些裝置可能會以液體、氣溶膠或泡沫（乙二醇、胺、油等）的形式釋放一些污染物。在這種情況下，有必要保護減壓器和分析裝置不與氣體取樣所攜液體相接觸。如果探頭不能安裝在管線中氣/液分離器的下游，則可以使用圖6和圖7中所示的裝置來阻止非氣態物質。不建議在采樣系統中使用分離器、滴水罐或取點樣歧管。但仍可以在現場使用這些設備確保取樣探頭收集的任何游離液體不會進入分析儀或取樣瓶。使用時應注意。此類設備的壓力和溫度應與氣源的壓力和溫度相匹配，以免在取樣過程中改變樣品組分。如果可能，不得使用促進凝析或吸收的機械裝置、過濾器或吸收材料。25GB/T13609―202×取樣過程中可能存在少量、偶然的液體，宜采用取點樣歧管系統從管道中取點樣。氣流通過探頭從管道中分流，氣流從探頭進入分離器，使游離液體撞擊分離器的側面，積聚并落到分離器的底部。氣體從頂部離開分離器并進入樣氣瓶的頂部。氣瓶的另一端是一個盤繞的延長管，末端有閥門（不是氣瓶閥）用于協助氣瓶的充氣和排空，同時將焦耳-湯姆遜冷卻效應與氣瓶隔離。如果操作員使用預先設定流量，閥門可以安裝限制裝置控制出口流量。該設備應始終加熱到管道流動溫度或以上溫度和壓力，以免發生凝析。取點樣歧管可用于所有取點樣技術。通常不應在取樣系統中使用分離器（或氣體分液罐）。然而，它們可用于確保取樣探頭收集的任何游離液體不會進入分析儀或樣品瓶，使用時應小心。不得使用促進凝析或吸收的機械裝置、過濾器或吸收材料。過濾器是取樣系統在吸附效應方面的一個重要功能，過濾器需要巨大的表面積才能實現捕獲污染物。過濾器表面可以直接捕獲目標分析物，也可以通過高吸附性顆粒的積累間接捕獲分析物。聚結系統和/或膜系統能夠排斥存在于表面上的液滴。過濾器應盡量減少濾芯本身周圍的死區，這些會引起潛在污染和分析物停留，濾芯設計應確保在維護期間更換濾芯時能去除所有污染。圖12過濾器示意圖10.5閥門和安全閥系統中所有手動截止閥應有正確的開/關指示。球閥比針閥和其他閥門類型具有更好的流動路徑，從而改善流動特性并減少污染物滯留。減壓閥應包括集成的供熱或按要求放置在加熱板上，參見10.8。為了盡量減少潛在的泄漏點，應盡量減少閥門和配件的數量。應避免使用彎頭，最好采用彎管。通常選用帶有集成連接件的閥門。疏水閥和排氣閥的位置應確保沒有液體可以反向進入分析儀排氣管路（分析儀出口）。安全閥：應安裝泄壓閥，以保護相應的設備和組件。10.6配件管子的壓合接頭和密封件應為整個取樣系統的通用材料。最大允許壓力等級應符合管道和管道連接件一致，符合制造商公布的設計數據。取樣瓶的接頭應設計為常見類型。應使用軟管，與o形密封圈接頭連接。不應使用標準的卡套式NPT接頭。26GB/T13609―202×如果管道和配件的材料不同，配件制造商應驗證其組合使用是否符合要求。10.7流量監控應使用流量計，以確保樣品/旁通/排氣流量符合設計要求。為了控制流量，通常在流量計上安裝一個針閥。經過校準的孔板也可用于控制流量。10.8減壓裝置為了向分析單元輸送適當壓力的樣品氣，需要一個減壓裝置。根據管道中的壓力以及傳輸導管的壓降，可以在管道的起始端或終端減壓，或者根本不減壓。減壓裝置材料最好采用不銹鋼和聚四氟乙烯。減壓閥的最大額定壓力應不大于預期的氣體取樣系統管道的最大壓力。由于焦耳-湯姆遜效應，當壓力降低時，溫度約以0.5℃/0.1MPa的比例降低，因此，存在重烴凝析的可能。若發生凝析，樣品便不再具有代表性，所以應預防凝析的發生。通常的預防方法是加熱，以補充溫度的降低。加熱應在減壓裝置的上游進行。整個系統的設計應保證任何點都不會發生凝析。所需的熱量取決于氣體組成、壓降、壓力和溫度、流量等。10.9壓力變送器/壓力表應根據需要安裝壓力表監控系統中的壓力。壓力表尺寸應較小，以減少死體積。應避免堵塞和排放歧管。10.10加熱裝置取樣探頭和取樣導管上可以安裝加熱元件。在某些情況下，還需要加熱樣品瓶。電加熱元件應為自限型，還應符合其所用地區的電氣規范要求。以確保在電氣組件失效時不會發生過熱。包括取樣調節設備在內的取樣導管所有部分的溫度應保持在烴露點溫度以上至少10℃。露點溫度應采用公認的方法對系統中的每個壓力水平進行計算。可以標示出取樣系統中臨界點的溫度和壓力。采用循環加熱的空氣來確保柜內溫度均勻。如果柜內溫度不夠高，可能需要對柜內的管道進行伴熱。10.11密封件和潤滑劑取樣系統中使用的設備有各種密封件，密封件和樣品的兼容性極其重要，同時還要符合設備和取樣過程中溫度和壓力的需求。10.12樣品容器或氣瓶氣瓶測試壓力應至少是工作壓力的1.5倍。氣瓶在運輸和儲存過程中應防止損壞。應設計有針對個別氣瓶類型的運輸箱或紙箱。氣瓶應附有標簽或帶有相關信息的文件，以防損壞。玻璃容器不得受壓。在運輸和儲存期間應在氣瓶上安裝瓶帽。氣瓶應印有永久容積、工作壓力和試驗壓力。氣瓶和相關附件應定期檢查和測漏。所有氣瓶都應滿足其使用地區的所有安全要求。可用涂層處理氣瓶，涂層有助于保持內部樣品的完整性，并確保與硫化合物的反應最小。內部涂層應有明確規定。27GB/T13609―202×樣品容器不應以任何方式改變氣體成分或影響氣體樣品的正確收集。為此，樣品容器的材料、閥門、密封件和其他部件均應詳細規定。取樣容器通常由玻璃（用于壓力極低，壓力在0.2MPa以下的情況）、聚四氟乙烯、不銹鋼、鈦合金或鋁合金制成。除非容器是真空密封，否則應配備至少兩個閥門，以便對氣樣進行吹掃。與氣體接觸的容器表面不得有油脂、油或任何其他污染物質。應仔細清潔以避免吸收現象。清潔程序請見附錄D。與金屬-金屬閥座相比，宜使用軟座閥。天然氣取樣基本上有兩種類型的氣瓶：1)單腔自旋端氣瓶是天然氣行業最常用的氣瓶；2)常壓或活塞式氣瓶。10.12.2標準或單腔氣瓶用于收集樣品進行分析的標準（單腔）氣瓶，如圖13所示。氣瓶一般為不銹鋼，兩端為自旋螺紋端口。部分設計則只有一個螺紋端。最常見的尺寸是300ml、500ml和1000ml，也有其他容量氣瓶可供選擇。氣瓶的一端有一個閥門和一個安全泄壓閥，另一端有一個閥門。可以接受彈簧型泄壓閥，但這種閥門會帶來完整性問題，因為無法知道是否有樣品逸出。如果氣體的確被排出，樣品就會被污染。使用爆破片則可以知道氣瓶超壓且已排氣，就不存在樣品污染問題。圖13單腔標準氣瓶10.12.3移動活塞氣瓶或恒壓氣瓶本方法要求的容器由金屬管構成，內表面被磨光并拋光。氣瓶最好用可拆卸的管端蓋帽密封，以便活塞的移動和維護。在蓋帽上鉆孔并攻出螺紋，以安裝閥、壓力表及泄壓閥。圖14給出了一個移動活塞氣瓶的示例，顯示的是一個帶有外部裝置的取樣瓶，該外部裝置會向使用者顯示何時氣瓶達到了80%的容量。當指示桿達到80%環時，使用者應停止充裝。這種氣瓶一般由不銹鋼制成。氣瓶內部有一個浮動活塞，技術人員可以將氣瓶的背面預充至管道壓力后在管道條件下取樣，并且在此過程中不允許氣體減壓或閃蒸。將氣瓶帶到實驗室，并通過連接到樣品管道壓力下的預充氣體，在分析過程中將樣品保持在管道條件下。這樣，樣品的完整性保持在非常高的水平。對于具有較高熱值且容易因溫度或壓力變化而發生相變的氣體，優選此類氣瓶，它配有入口閥和預充閥、吹掃閥、安全泄壓閥和壓力表。因氣瓶有密封件，所以務必選擇正確且與取樣產品兼容的密封件。10.12.4氣體取樣袋氣體取樣袋可用于低壓天然氣的取樣。對氣體組分惰性的氣體取樣袋，通常用于含硫化合物的取樣。28GB/T13609―202×對天然氣中的特殊組分的取樣，需注意氣體取樣袋用材料。說明：1泄壓孔2連接螺栓3活塞480%三腳架5指示桿6預充氣7壓力表和閥孔8樣品圖14移動活塞氣瓶10.13濃縮裝置當目標分析物含量極低時，直接分析樣品可能無法對分析物濃度進行準確可靠的檢測。在這種情況下，可能需要使用濃縮裝置。這種裝置的原理是讓樣品通過并積累足夠濃度的目標分析物。隨后可以提升溫度并使用氮氣等中性氣體將在濃縮裝置內捕獲的這種累積分析物從裝置中釋放出來，然后將其輸送到分析儀器對分析物濃度進行準確可靠地檢測。應使用吹掃氣體以免與分析儀器中目標分析物產生交叉干擾。為了確定濃度，必須準確地知道有多少樣品氣體流經濃縮裝置，從而累積出用于產生分析結果的分析物的量。這可以通過精確的流量測量設備或通過計算來實現濃縮裝置由適用于服務和目標分析物的材料制成，通常為玻璃或不銹鋼結構，并包含吸收目標分析物的介質。10.14設備的數量和順序樣品系統的功能是使用前述方法將代表性氣樣輸送到分析容器中。為了盡量減少樣品系統與傳輸氣樣之間的相互作用，應使用盡可能少的設備，且選擇的設備應能盡量減少傳輸時間和吸附解析效應。然而，安全、源污染和分析保護標準通常需要增加液體分離裝置等樣品系統設備以滿足額外的要求。取樣系統中各部件的最佳順序可能因應用而異，但一般而言，將過濾器設置在靠近樣品取樣點的位置可減少整個取樣系統中污染物的累積，而靠近取樣點的減壓裝置可以將取樣時延降至最低。樣品氣體流量計需要位于分析儀之后，否則它的表面也會變得濕潤（見表3）。29GB/T13609―202×表3各種情況所需的設備RNNNNRNNUURNOUOROONNNNNNOOONOOORUNUUOUNNUORNUORNUURNONNNOOOONNOO推薦用于DN70/3”管線及控制器(PLC)或其他的流量/時間進行取N=必要，R=推薦，O=可選，U=不必要本表列出了在某些取樣應用中使用的一些必要、推薦和可選的取樣設備項目。示例僅供參考，并非作為實施的固定規則。11系統驗證對于安全或流程關鍵的測量應用，應定期對樣品系統進行驗證，以確保樣品系統性能不會隨著時間的推移而下降，驗證周期由用戶根據其現場和氣流要求定義。樣品系統的新設計和安裝應包含便于現場驗證的功能。對取樣系統的核查評估了功能和性能，并且有助于識別和處理取樣誤差對分析系統造成的影響。應在1.5倍設計壓力下對保壓取樣組件進行壓力測試，以證明焊、接頭和配件的抗壓強度。還應使用檢漏液進行檢漏測試。在試運行期間，應重復該檢漏試驗，以確保系統的運輸或安裝沒有損壞接頭。如果取樣系統中使用了過濾器，建議將其作為日常維護計劃的一部分進行更換，時間由使用者根據其現場和流體要求指定。其必要性在于過濾器對吸附解析現象的影響以及對取樣性能的相應影響。為了核查取樣系統的性能，應在盡可能靠近取樣點的上游將驗證氣體引入取樣系統，通常通過選擇閥在取樣探頭的頭部引入。對于未設計為允許引入驗證氣體的現有取樣系統，可在取樣探頭或分接點的下游（但靠近該取樣探頭或分接點）增加一個額外的選擇閥。驗證氣體的內容和性質應與取樣氣體相似，30GB/T13609―202×并具有可由分析儀器驗證的已知值或性質，以證明在取樣系統中沒有發生樣品特性變化的情況。附錄H中描述了取樣系統驗證方法。12故障排除測量過程中的問題一般由取樣系統故障引起。取樣系統問題存在各種可能，也可能不會被分析儀或操作人員立即發現，因為它們仍然可以接收樣品，盡管不再具有代表性。通常，這些問題可按以下原因之一進行分類：——由于進入取樣系統的氣流受到污染，導致通過取樣系統部件的樣品流路受阻或被限流；——由設計與工況（如壓力、流量、工藝組成）不匹配或污染問題引起的部件故障或失效；——取樣處理中的分子級故障，導致取樣期間氣體樣品在化學或物理上發生變化；——影響取樣系統性能的外部因素，如過程失穩和環境影響，不包括在取樣系統具體問題的總結中。應根據預期的環境條件選擇適當的環境熱保護和物理保護，以將環境影響降至最低。無法從取樣系統內部防止過程失穩問題，但可以采用補救措施，包括對取樣系統（包括取樣導管和取樣探頭）進行反沖洗，以及更換濾芯和其他可能受污染的樣品部件。表4中列出了一些常見問題，以及一些可能的補救措施和可以采取的積極預防措施，以減少取樣系統使用過程中出現問題的風險。表4取樣中常見問題示例12345（J-T）冷卻31GB/T13609―202×6GB/T13609―202×附錄A（資料性）抽樣的目的、化合物的種類和抽樣報告中的信息A.1取樣目的在天然氣行業的眾多應用中，需要取樣才能將工藝氣體輸送到分析儀器。取樣應用的一些示例以及測量目標包括：--用于計費的能量測定，通常結合連續取樣和在線儀器來確定氣體的熱值（并從而確定貨幣價值單位為MJ、BTU或KWh；--利用氣體組分的計量和分配應用a)結合壓力和溫度，對流程中和標準條件下的氣體密度等屬性進行計算；b)結合流量，計算烴分配系統中使用的代表性氣體組分；利用氣體組分結合壓力和溫度用于計量和分配，計算運行和標準條件下的氣體密度等特性，結合流量，計算烴分配系統中使用的代表性氣體組分。——結合連續水分測定儀、硫化物分析儀和水露點分析儀器，測定天然氣管網入口點（比如天然氣接收站和生物甲烷入口點）的氣體質量；——測定用于加工的氣體質量，通常結合連續取樣與在線儀器來確定組分、其他目標屬性或污染物的存在和水平，如水分、硫化氫、汞、氨和其他污染物（取決于加工應用——測定用于初始或批量審計或評估目的的氣體質量，通常是將定點取樣與遠程實驗室分析相結合，以確定痕量污染物化合物或用于源評估和設施設計研究的代表性樣品氣體組分。A.2組分和組成范圍本文件可用于對天然氣及類似天然氣中列出的所有組分進行取樣。A.3取樣報告信息如果需要取樣報告，應該包含以下信息：--取樣日期和時間--氣體類型/名稱--取樣位置/取樣部位/取樣地點/取樣點GB/T13609―202×（資料性）取樣程序B.1玻璃瓶低壓取樣程序B.1.1具體的安全注意事項檢查取樣瓶（見圖B.1）是否有裂紋。建議在取樣瓶套上一個柔性套筒。通常情況下，對于0.5kPa至10kPa的管線壓力，沒有必要使用套筒，但管線壓力始終存在高于10kPa的風險。取樣時要佩戴護目鏡。單位為毫米圖B.1玻璃樣品容器(1L)B.1.2玻璃氣瓶的準備用硅脂潤滑樣品氣瓶的活塞。使用氫氧化鉀肥皂溶液清潔樣品氣瓶，然后用蒸餾水沖洗。用（無水和無油的）熱空氣烘干氣瓶。當要分析氣樣中的硫化氫時，用0.01mol/l硫酸沖洗樣品氣瓶。B.1.3取樣典型的取樣布置請參見圖B.2。(圖B.3展示的是從低于大氣壓的管道進行取樣的設置）符號說明1取樣點2流量計3排空管線4火炬燃燒或排空圖B.2取樣至玻璃氣瓶中GB/T13609―202×符號說明1取樣點2隔膜泵（防爆）3流量計閥4流量計5排空管線圖B.3從低于大氣壓的管道取樣至玻璃氣瓶中測量取樣點的壓力。確保取樣導管的超壓不超過0.2MPa。將天然氣管道連接到取樣瓶。使用取樣導管將取樣瓶入口連接至盡可能靠近取樣點。將取樣瓶的出口連接至流量計的入口。將流量計出口連接至放空管或火炬管。按照氣流方向的順序打開取樣瓶的兩個旋塞。通過流量計調節通過取樣瓶的流量。排氣。檢查排氣過程中是否有液體懸浮。如果出現大量液體，則丟棄樣品。吹掃30分鐘后，關閉取樣瓶，按與氣流方向相反的順序關閉旋塞閥，以便壓力升高。斷開取樣瓶的連接。用夾子固定旋塞，防止意外打開，并檢查是否有泄漏。B.1.4準備運輸使用合適的箱子來運輸樣氣瓶。檢查氣流中是否夾帶油脂、烴凝析物、灰塵或鐵銹和/或水滴。B.2充氣排空法取樣程序設備布置如圖B.4所示。延長管的長度為0.6m至1.2m。包括管道在內的所有材料均為不銹鋼。可以將延長管卷起來，讓取樣設備更加緊湊。該延長管用于防止取樣容器出口閥中發生重烴冷凝。GB/T13609―202×符號說明2閥3壓力表4進口閥6延長管圖B.4充氣排空法采用該方法取樣的程序如下：安裝取樣探頭。連接好取樣管。打開取樣點處的閥門，徹底吹掃出所有積聚的物質。通過取樣系統將取樣容器取樣鋼瓶的一端連接至氣源。用氣體緩慢吹掃管線和容器，置換空氣。關閉延長線閥門，使壓力迅速升高至選定的容器壓力。關閉入口閥，并通過延長管閥門緩慢將容器內的氣體排出，直到達到大氣壓力。打開入口閥。重復最后兩個步驟，進行多次循環（見表B.1有效地清除容器中的原始氣體。表B.1吹掃循環次數氣瓶中的最終壓力MPa吹掃循環次數0.1-0.20.2-0.4080.4-0.6060.6-10504≥3.503觀察排放管末端是否有液體痕跡。在最后一次循環后，首先關閉延長管閥門，在壓力達到選定的容器壓力后，關閉取樣閥。GB/T13609―202×記錄容器壓力記錄源溫度。關閉鋼瓶的入口和出口閥門。給取樣導管減壓。取下取樣容器取樣鋼瓶。如果可能，將閥門浸入水中檢查是否有泄漏，或者使用檢漏肥皂液檢查。堵住閥門出口。B.3控制速率法取樣程序采用該方法取樣時，應遵守以下預防措施：a)氣源壓力應足以在流管中產生穩定的流動條件。排空至大氣時，延長管中的壓力必須為0.1MPa或更高。b)取樣裝置中的閥門和管道尺寸應足夠大，以便流量測定管上游有足夠的流量。取樣布置如圖B.5所示符號說明2球閥4壓力表5排空6樣品容器7末端閥8流量測定管圖B.5控制速率法采用該方法取樣的程序如下：安裝取樣探頭并用天然氣吹掃探頭。按照取樣壓力選擇最合適的取樣裝置。。在大多數情況下，可采用適合于0.8MPa至3MPa的裝置，或適合于3MPa至7MPa的裝置。安裝取樣容器：打開取樣閥并吹掃取樣容器。關閉所有閥門。GB/T13609―202×緩慢打開球閥和取樣閥。慢慢打開排氣閥一點。關閉取樣閥，等到取樣導管中的壓力接近大氣壓。重復此吹掃程序三次。關閉排氣閥。緩慢打開入口閥，然后將取樣容器升至（氣體管線的）當前壓力。打開容器出口閥。打開端部閥門。吹掃至少1分鐘。在吹掃過程中，記錄天然氣的溫度以及通過容器的氣流的入口和出口壓力。關閉端部閥門。關閉出口閥。關閉進氣閥。關閉取樣閥。記錄容器壓力和工作溫度。打開排氣閥，等待壓力降至大氣壓。如果可能，取下取樣裝置和探頭，通過將閥門浸入水中或使用檢漏液檢查取樣容器是否泄漏。堵住閥門出口。B.4抽空容器法取樣程序設備布置如圖B.6所示。作為氣瓶排空的替代方案，可以使用一種不會干擾擬采用的分析技術的氣體將氣瓶填充至正壓如果最終壓力低于大氣壓，則立即使用一種不會干擾分析的氣體加壓，將樣品壓力增加至約0.03MPa表壓。記錄正好在加壓前和加壓后的壓力。氫氣或氦氣都是合適的氣體，因為它們不是分析儀擬進行分析的成分。通過用加壓氣體吹掃或通過排空并填充加壓氣體，將容器中的空氣含量減少至一個較低值。使用了加壓氣體的情況下，需要對分析方法進行一些修改。符號說明2球閥4排空圖B.6抽空容器法采用抽空氣瓶法進行取樣的程序如下：a)氣瓶準備將取樣容器抽空至100Pa或更低的壓力。（使用之前已抽空并測試過的取樣瓶保持這一真空度。）GB/T13609―202×在使用真空之前，用真空計檢查，確保閥門無泄漏。b)取樣安裝取樣探頭。用管道氣體吹掃探頭。如圖B.6所示安裝取樣容器。通過部分打開排氣閥和取樣閥，用氣體緩慢吹掃取樣導管來置換空氣，直到氣體從排氣閥緩慢流出。關閉取樣閥，讓取樣導管排氣，直到達到大氣壓力。關閉排氣閥。完全打開取樣閥。緩慢打開容器入口閥，使容器壓力增加至源壓力在某些情況下，可以通過在低于源壓力的壓力下取樣來消除冷凝現象（“減壓”法）。關閉容器入口閥和取樣閥。堵住閥門出口。B.5保溫、保壓法取樣程序保壓、保溫取樣的流程如圖H.1、H.2所示。延長管長度為0.6m～1.2m