Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 12546:2019 (ISO 10715:1997) về Khí thiên nhiên - Hướng dẫn lấy mẫu

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12546:2019

ISO 10715:1997

KHÍ THIÊN NHIÊN - HƯỚNG DẪN LẤY MẪU

Natural gas - Sampling guidelines

Lời nói đầu

TCVN 12546:2019 hoàn toàn tương đương với ISO 10715:1997.

TCVN 12546:2019 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC193 Sản phẩm khí biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

KHÍ THIÊN NHIÊN - HƯỚNG DẪN LẤY MẪU

Natural gas - Sampling guidelines

CẢNH BÁO: Việc sử dụng tiêu chuẩn này có thể liên quan đến các vật liệu hoạt động và thiết bị nguy hại. Tiêu chuẩn này không nhằm mục đích giải quyết tất cả các vấn đề về an toàn trong quá trình sử dụng. Người sử dụng có trách nhiệm thiết lập các biện pháp bảo vệ sức khỏe và an toàn phù hợp và xác định việc áp dụng hoặc các giới hạn bắt buộc trước khi sử dụng.

Tất cả các hoạt động lấy mẫu phải tuân thủ các quy định về an toàn.

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này cung cấp các hướng dẫn ngắn gọn về việc thu thập, xử lý và vận chuyển các mẫu đại diện của các dòng khí thiên nhiên đã qua xử lý. Tiêu chuẩn còn quy định các hướng dẫn về chiến lược lấy mẫu, vị trí thăm dò và xử lý và thiết kế thiết bị lấy mẫu.

Tiêu chuẩn này xem xét các hệ thống lấy mẫu điểm, gộp (tích tụ) và liên tục.

Tiêu chuẩn này cho phép xem xét đến các cấu tử như oxy, hydro sulfua, không khí, nitơ và cacbon dioxit trong dòng khí.

Tiêu chuẩn không bao gồm lấy mẫu dòng chất lỏng hoặc dòng nhiều pha.

Các lượng vết của chất lỏng, chẳng hạn như glycol và dầu máy nén, nếu có, được giả định là do xâm nhập ở ngoài vào và không phải là một phần của khí được lấy mẫu. Cần phải loại bỏ chúng để bảo vệ thiết bị lấy mẫu và thiết bị phân tích khỏi nhiễm tạp.

Tiêu chuẩn này có thể được sử dụng cho các hệ thống đo lường trong giao nhận thương mại và hệ thống đo lường phân phối.

2  Thuật ngữ, định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ, định nghĩa sau:

2.1

Lấy mẫu trực tiếp (direct sampling)

Lấy mẫu trong các tình huống có kết nối trực tiếp giữa khí thiên nhiên được lấy mẫu và thiết bị phân tích.

2.2

Xylanh piston nổi (floating-piston cylinder)

Bình chứa có một piston di chuyển để tách mẫu khỏi khí đệm. Áp lực được cân bằng ở cả hai phía của piston.

2.3

Thiết bị lấy mẫu theo tỷ lệ dòng chảy (flow-proportional incremental sampler)

Thiết bị lấy mẫu lấy khí theo chu kỳ thời gian và với tốc độ tỷ lệ thuận với tốc độ dòng chảy trong đường ống được lấy mẫu.

2.4

Khí thiên nhiên áp suất cao (high-pressure natural gas)

Khí thiên nhiên với áp suất vượt quá 0,2 MPa.

CHÚ THÍCH: Mức tối đa cho tiêu Chuẩn này là 15 MPa.

2.5

Điểm sương của hydrocacbon (hydrocacbon dew point)

Nhiệt độ tại đó hơi hydrocacbon bắt đầu ngưng tụ, ở áp suất nhất định.

2.6

Thiết bị lấy mẫu gộp (incremental sampler)

Thiết bị lấy mẫu tích tụ một loạt các mẫu điểm vào một mẫu gộp.

2.7

Lấy mẫu gián tiếp (indirect sampling)

Lấy mẫu trong các tình huống không có kết nối trực tiếp giữa khí thiên nhiên được lấy mẫu và thiết bị phân tích.

2.8

Bộ tách chất lỏng (liquid separator)

Thiết bị, trong đường dẫn mẫu, được sử dụng để thu thập chất lỏng lắng tách.

2.9

Khí thiên nhiên áp suất thấp (low-pressure natural gas)

Khí thiên nhiên có áp suất từ 0 MPa đến 0,2 MPa.

2.10

Thời gian thổi làm sạch (purging time)

Khoảng thời gian mà mẫu thổi làm sạch một phần thiết bị.

2.11

Mẫu đại diện (representative sample)

Một mẫu có cùng thành phần như khí thiên nhiên được lấy mẫu khi khí đó được coi là đồng nhất.

2.12

Thời gian lưu (residence time)

Thời gian cần cho một mẫu chảy qua một phần thiết bị.

2.13

Ngưng tụ ngược (retrograde condensation)

Tính chất đảo ngược mô tả các tính chất pha không lý tưởng của hỗn hợp khí hydrocacbon, chẳng hạn như khí thiên nhiên. Sự ngưng tụ ngược là việc sinh ra pha lỏng các hydrocacbon nặng ở một áp suất và nhiệt độ cụ thể, khi đó, ở cùng nhiệt độ, khí tồn tại một pha ở áp suất cao hơn cũng như ở áp suất thấp hơn.

CHÚ THÍCH: Xem thêm 5.2.

2.14

Bình chứa mẫu (sample container)

Một vật chứa để thu thập mẫu khí khi lấy mẫu gián tiếp là cần thiết.

2.15

Đường dẫn mẫu (sample line)

Một đường được cung cấp để truyền mẫu khí tới điểm lấy mẫu. Nó có thể bao gồm các thiết bị cần thiết cho việc chuẩn bị mẫu để vận chuyển và phân tích.

2.16

Đầu dò lấy mẫu (sample probe)

Một thiết bị được đưa vào đường khí để lấy mẫu và đến nơi đường dẫn mẫu được kết nối.

2.17

Điểm lấy mẫu (sampling point)

Một điểm trong dòng khí nơi một mẫu đại diện có thể được thu thập.

2.18

Mẫu điểm (spot sample)

Một mẫu có thể tích xác định được lấy tại một nơi xác định tại một thời điểm xác định từ một dòng khí.

2.19

Đường truyền (transfer line)

Một đường cung cấp để dẫn mẫu cần phân tích từ điểm lấy mẫu đến thiết bị phân tích.

2.20

Điểm sương theo nước (water dew point)

Nhiệt độ tại hơi nước bắt đầu ngưng tụ, ở một áp suất nhất định.

3  Nguyên tắc lấy mẫu

3.1  Các phương pháp lấy mẫu

Chức năng chính của lấy mẫu là lấy mẫu thích hợp đại diện cho khí.

Sự khác biệt chính trong lấy mẫu là giữa các phương pháp lấy mẫu trực tiếp và gián tiếp.

Trong phương pháp lấy mẫu trực tiếp, mẫu được lấy từ một dòng và được chuyển trực tiếp đến thiết bị phân tích.

Trong phương pháp lấy mẫu gián tiếp, mẫu được lưu trữ trước khi nó được chuyển đến thiết bị phân tích.

Các phân loại chính của phương pháp lấy mẫu gián tiếp là lấy mẫu điểm và lấy mẫu gộp.

Hình 1 - Các phương pháp lấy mẫu trực tiếp và gián tiếp

Thông tin cần thiết từ việc phân tích khí thiên nhiên nằm trong hai loại cơ bản: các giá trị trung bình và giá trị giới hạn.

3.1.1  Giá trị trung bình

Một ví dụ điển hình là nhiệt trị. Vận chuyển giao yêu cầu nhiệt trị trung bình theo thời gian - hoặc nhiệt trị trung bình theo dòng chảy. Các hợp đồng thương mại xác định thời gian và phương pháp tính trung bình.

3.1.2  Giá trị giới hạn

Hầu hết các hợp đồng giao nhận thương mại khí đều có các giới hạn quy định kỹ thuật về thành phần hoặc tích chất của khí. Có thể áp dụng lấy mẫu trực tiếp, nhưng do các yêu cầu nêu trên việc lấy mẫu gián tiếp được áp dụng.

3.2  Tần suất lấy mẫu

Điều này đưa ra các hướng dẫn thiết lập tần suất lấy mẫu. Nói chung, tần suất lấy mẫu là một vấn đề có ý nghĩa chung. Thông tin về các tính chất của dòng khí trong quá khứ và các thay đổi tương lai dự kiến (có hệ thống) sẽ xác định tần suất lấy mẫu.

Nhìn chung, thành phần của khí đường ống sẽ có các biến động hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng, nửa năm và theo mùa. Các biến động thành phần cũng sẽ xảy ra do thiết bị xử lý khí và thay đổi bể chứa. Tất cả những cân nhắc về môi trường và vận hành này sẽ được xem xét khi chọn khoảng thời gian lấy mẫu.

Cách tiếp cận thống kê trong phần này chỉ nhằm mục đích hỗ trợ cách tiếp cận thông thường.

Trong bối cảnh này, tần suất lấy mẫu yêu cầu là số lượng mẫu được lấy trong một khoảng thời gian nhất định để thu được kết quả có ý nghĩa.

Công thức tính số lượng mẫu là:

trong đó

d  là giới hạn sai số yêu cầu;

n  là số lượng mẫu;

s  là độ lệch chuẩn;

t  là hệ số t Student (xem Bảng H.1 trong Phụ lục H).

Phương trình này phải được giải bằng phép lặp: giá trị ban đầu của t là ước tính, và được sử dụng để tính giá trị sửa đổi của n, được sử dụng, lần lượt, để đưa ra một giá trị mới của t. Giới hạn sai số, số lượng mẫu và độ lệch chuẩn phải được thực hiện trong cùng một khoảng thời gian.

3.2.1  Giới hạn sai số

Có hai trường hợp giới hạn sai số khác nhau. Một trường hợp có liên quan đến việc xác định các giá trị trung bình. Trong hầu hết các hợp đồng giao nhận thương mại, những giá trị này được đưa ra như một dấu hiệu của độ chính xác.

Trường hợp còn lại liên quan đến việc xác định các giá trị giới hạn. Hợp đồng giao nhận thương mại quy định các giới hạn nhưng hiếm khi biểu thị độ chính xác. Trong những trường hợp này, sự khác biệt giữa giá trị được đo cuối cùng, hoặc giá trị trung bình của năm trước và giá trị giới hạn là giới hạn sai số.

3.2.2  Số lượng mẫu

Số lượng mẫu là số mẫu được lấy trong một khoảng thời gian xác định. Nó tương đương với số lượng mẫu từng phần trong lấy mẫu gộp.

3.2.3  Hệ số t Student

Hệ số t cho phép đối với cỡ mẫu hữu hạn, và được tìm thấy trong các bảng thống kê tiêu chuẩn. Giá trị phụ thuộc vào độ tin cậy được xác nhận (thường là 95%) và 'bậc tự do', ở đây được lấy làm số phép đo trừ đi một (n - 1).

VÍ DỤ 1

Xác định nhiệt trị trung bình hàng tháng

d = 0, 4 % (giới hạn sai số yêu cầu từ hợp đồng giao nhận thương mại đối với giá trị trung bình hàng tháng)

s = 0, 6 % (biến động ước tính trong khoảng thời gian một tháng)

Ước tính đầu tiên, lấy n = 7:

t = 2,45 cho 6 bậc tự do và độ tin cậy là 0,975 một mặt (bằng 0,95 hai mặt)

n = 14

Lần lặp đầu tiên, lấy n = 14:

tính toán lại cho

t = 2,16 cho 13 bậc tự do, và độ tin cậy là 0,975 một mặt (bằng 0,95 hai mặt)

n = 11

Lần lặp thứ hai, lấy n = 11:

tính toán lại cho

t = 2,23 cho 10 bậc tự do, và độ tin cậy là 0,975 một mặt (bằng 0,95 hai mặt)

n = 11

VÍ DỤ 2

Xác định hàm lượng lưu huỳnh tổng

Nồng độ đo cuối cùng 20 mg/m³ và giá trị giới hạn của hợp đồng là 50 mg/m³.

d = 30 mg m³  (độ chênh lệch giữa giá trị giới hạn từ hợp đồng giao nhận thương mại và giá trị được đo cuối cùng)

s = 10 mg/m³  [độ lệch chuẩn trong kết quả lấy mẫu điểm (trong năm qua)]

t = 4,30  n - 1 được lấy là 2, độ tin cậy 95 %

n = 2

Ba mẫu là đủ. Phép tính lại cho thấy hai mẫu là không đủ.

4  Biện pháp phòng ngừa an toàn

4.1  Yêu cầu chung

Việc lấy mẫu và xử lý mẫu phải tuân thủ tất cả các quy định an toàn của quốc gia và quy định an toàn của doanh nghiệp.

Trong trường hợp các quy định không đầy đủ, những người chịu trách nhiệm lấy mẫu phải thiết lập các quy trình chi tiết. Quy định kỹ thuật cho thiết bị cũng sẽ được thiết lập.

Nhân viên tham gia phải được đào tạo và giáo dục đầy đủ để có thể chịu trách nhiệm cần thiết

4.2  Nhân sự

Người chịu trách nhiệm về bộ phận/phân khu thực hiện việc lấy mẫu phải được hài lòng rằng việc lấy mẫu có thể được thực hiện theo các quy định an toàn có liên quan.

Những người thực hiện lấy mẫu hoặc lắp đặt thiết bị lấy mẫu sẽ được đào tạo và giáo dục cần thiết để đánh giá nguy cơ tiềm ẩn về an toàn nói chung.

Những nhân sự nêu trên sẽ có thẩm quyền được ngăn chặn việc lấy mẫu hoặc lắp đặt thiết bị lấy mẫu nếu không phù hợp hoặc không an toàn.

4.3  Thiết bị

Các thiết bị được sử dụng trong lấy mẫu khí thiên nhiên có áp suất cao sẽ được kiểm định và chứng nhận lại thường xuyên nếu cần thiết.

Tài liệu phải sẵn có và được cập nhật.

Thiết bị phải được thiết kế để đáp ứng các điều kiện lấy mẫu có liên quan, ví dụ: áp suất, nhiệt độ, độ ăn mòn, lưu lượng, khả năng tương thích hóa học, sự dao động, giãn nở nhiệt và / hoặc co nhiệt.

Các chai chứa khí bằng thủy tinh không sử dụng trong điều kiện chịu áp.

Nếu được cung cấp, các nắp sẽ được lắp trên chai chứa trong quá trình vận chuyển và bảo quản

Chai chứa khí phải có dung tích, áp suất vận hành và áp suất thử được đóng dấu vĩnh viễn.

Chai chứa khí phải có áp suất thử ít nhất 1,5 lần áp suất vận hành.

Chai chứa khí sẽ được bảo vệ ngăn ngừa sự hư hại trong quá trình vận chuyển và tồn chứa. Phải sẵn có các hộp vận chuyển hoặc thùng carton được thiết kế cho từng loại chai chứa.

Chai chứa khí phải đi kèm với nhãn hoặc giấy tờ với thông tin liên quan được bảo vệ chống lại sự hư hại.

Chai chứa khí và các phụ kiện kèm theo phải được kiểm định và kiểm tra rò rỉ định kỳ.

Các đường dẫn và lấy mẫu vĩnh cửu phải được bảo đảm an toàn. Các mối nối có thể ngắt được phải dễ dàng tiếp cận để kiểm tra rò rỉ. Các đầu ra phải được trang bị van khóa và thoát khí kép. Nắp phải được đậy khít khi các chai chứa không được sử dụng.

Việc sử dụng ống áp lực cao mềm dẻo sẽ bị giới hạn và các hướng dẫn của nhà sản xuất để sử dụng an toàn phải được tuân thủ nghiêm ngặt. Các đường truyền có thể bị chặn bởi chất gây ô nhiễm rắn hoặc lỏng. Các biện pháp phòng ngừa đặc biệt phải được sử dụng khi cố "mở lại" các đường truyền đó. Chỉ những nhân viên có đủ trình độ chuyên môn mới được làm điều này.

Các đường truyền phải có các van đóng nằm gần nguồn nhất có thể. Đầu dò mẫu phải được trang bị van ngắt.

Thiết bị điện phải được phê duyệt cho ứng dụng lấy mẫu có liên quan.

Phải tránh sử dụng các thiết bị có thể tạo ra tĩnh điện.

Không được sử dụng các thiết bị hoặc dụng cụ có thể tạo ra tia lửa điện.

4.4  Khả năng cháy

Để ngăn chặn cháy hoặc nổ, các hạn chế sau phải được tuân theo trong các khu vực có nồng độ khí dễ cháy (khoảng 4% đến 16% đối với khí thiên nhiên):

Không ngọn lửa hở

Không hút thuốc

Không sử dụng thiết bị và dụng cụ có thể tạo tia lửa

Không sử dụng thiết bị hoạt động ở nhiệt độ trên nhiệt độ tự đánh lửa (self-ignition) của hỗn hợp khí, chủ yếu trên 400 °C (đối với khí thiên nhiên)

Không sử dụng hóa chất có thể phản ứng mạnh với khí

Không vận hành các động cơ đánh lửa

Sự thông gió phải đủ để ngăn chặn sự tích tụ của khí dễ cháy.

Việc thổi khí làm sạch các đường truyền phải được đưa đến một "khu vực an toàn" (ví dụ: đuốc đốt). Việc giải phóng khí trong quá trình lấy mẫu (điểm) thủ công phải được giới hạn ở mức tối thiểu tại vị trí lấy mẫu.

Máy dò khí được sử dụng tại các vị trí chiến lược so với vị trí lấy mẫu.

Thiết bị chữa cháy thủ công và / hoặc tự động phải có sẵn một cách thuận lợi.

Nhân viên thực hiện lấy mẫu phải được huấn luyện để phản ứng phù hợp trong trường hợp có hỏa hoạn.

4.5  Thiết bị bảo hộ cá nhân

Phải có sẵn thiết bị bảo hộ cá nhân cần thiết. Nhu cầu về thiết bị bảo hộ sẽ thay đổi từ nơi này sang nơi khác. Tuy nhiên, phải xem xét các yếu tố sau đây:

Các thành phần độc hại hoặc gây kích thích trong khí (H₂S, radon, Hg, hợp chất thơm, v.v...) có thể yêu cầu việc sử dụng bộ lọc hơi thở, nguồn cung cấp không khí trong lành, găng tay và máy kiểm soát các thành phần độc hại.

Lấy mẫu khí áp suất cao có thể yêu cầu sử dụng kính bảo hộ hoặc tấm bảo vệ mặt. Các chỉ số áp suất (đồng hồ đo) phải được sử dụng để chỉ ra áp suất của hệ thống. Đầu phun phát hiện rò rỉ hoặc thiết bị phát hiện rò rỉ di động sẽ được sử dụng để kiểm tra xem hệ thống có bị rò rỉ hay không.

Để phòng cháy, nhân viên phải mặc quần áo chống cháy (tấm chắn, đồ bảo hộ, áo thí nghiệm). Mặt nạ bảo vệ khói cá nhân cũng phải sẵn có.

4.6  Vận chuyển

Các chai chứa khí chịu áp suất phải được vận chuyển theo các quy định có liên quan.

Các chai chứa loại đẳng áp phải luôn luôn được bảo vệ trong một số loại thùng (container) dùng để vận chuyển. Nếu không, có thể xảy ra sự hư hại chai chứa và/hoặc các van, đồng hồ đo, v.v...

Trong quá trình vận chuyển, chai chứa cũng phải được bảo vệ tránh các điều kiện nhiệt độ có thể tạo ra áp suất quá cao hoặc ngưng tụ mẫu.

Chai chứa phải được dán nhãn phù hợp theo các quy định hiện hành.

5  Các lưu ý về kỹ thuật

5.1  Đặc tính dòng chảy

Dòng chảy trong đường ống có thể là chảy tầng hoặc chảy rối. Tuy nhiên, trong hệ thống lấy mẫu, phải tránh chế độ chảy tầng. Nó có thể là một pha hoặc nhiều pha. Hầu hết các dòng khí chuyển động theo chế độ dòng một pha chảy rối. Dòng hai pha chảy rối cũng có thể được thấy trong các dòng khí gần đạt trạng thái bão hòa.

Ví dụ, dòng chảy từ bộ tách khí/lỏng sẽ gần điểm sương khí, và giảm nhiệt độ đường dẫn gây ra ngưng tụ, dẫn đến dòng chảy hai pha.

Cũng có trường hợp rằng, sau một trạm trộn, các khí kết hợp không hoàn toàn trộn lẫn trong đường ống.

Nếu thành phần không hoàn toàn đồng nhất, có thể sử dụng một máy trộn tĩnh để cải thiện tính đồng nhất.

5.1.1  Dòng chảy tầng

Dòng chảy tầng thông thường không xuất hiện trong đường dẫn khí bởi vì độ nhớt của khí thấp và tốc độ của dòng chảy đủ nhanh để đảm bảo việc này không xảy ra. Tuy nhiên, thiết kế của hệ thống lấy mẫu phải đảm bảo tránh được dòng chảy tầng.

5.1.2  Dòng chảy rối

Nhìn chung, dòng chảy rối rất thuận lợi trong một hệ thống lấy mẫu và trong đường khí được lấy mẫu vì sự chảy rối tạo ra lưu chất pha trộn tốt.

5.1.3  Dòng hai pha

Lấy mẫu hỗn hợp hai pha (khí/lỏng) không bao gồm trong các hướng dẫn này và phải tránh nếu có thể.

Công nghệ lấy mẫu khí thiên nhiên hiện tại không đủ tiên tiến để thực hiện điều này với độ chính xác hợp lý.

5.2  Ngưng tụ và làm bay hơi lại

Quá trình ngưng tụ của khí thiên nhiên khá phức tạp. Hình 2 đưa ra ví dụ về biểu đồ đường bao pha áp suất/nhiệt độ cho một khí thiên nhiên. Hình dạng của đường cong phụ thuộc vào thành phần của khí.

Như Hình 2 cho thấy, đường bao pha là một hàm phức tạp giữa điểm tới hạn và điều kiện vận hành bình thường. Sự ngưng tụ ngược có thể xảy ra khi ngẫu nhiên tiến đến đường bao pha trong khi điều chỉnh áp suất hoặc nhiệt độ của khí.

Trước khi bắt đầu phân tích, mẫu phải được gia nhiệt đến ít nhất 10 °C cao hơn nhiệt độ nguồn. Nếu không biết nhiệt độ nguồn, mẫu phải được làm nóng đến ít nhất 100 °C. Để đảm bảo sự bay hơi lại, việc gia nhiệt này sẽ được áp dụng trong khoảng thời gian 2 h hoặc lâu hơn nếu cần.

Hình 2 - Ví dụ biểu đồ áp suất/nhiệt độ đối với khí thiên nhiên

5.2.1  Ví dụ về vấn đề ngưng tụ

Một ví dụ về vấn đề này có thể xảy ra được thể hiện trong Hình 2. Đường ống có chứa khí ở áp suất p_o. Nếu nhiệt độ ban đầu là -10 °C, và khí giãn nở (tức là giảm áp suất) đẳng nhiệt, nó sẽ theo đường thẳng đứng trong hình đến khi nó tiếp cận áp suất mà tại đó khí có thể được phân tích, p₁. Khí một pha ổn định ở p_o và tiếp tục như vậy cho đến khi đạt đến áp suất p₂, nằm trên đường bao của vùng hai pha.

Giữa p₂ và áp suất thấp hơn p₃, cả khí và chất lỏng ngưng tụ đều có mặt. Số lượng tương đối của các pha khí và pha lỏng, và các thành phần của chúng, thay đổi liên tục trong phạm vi này. Ở áp suất dưới p₃, và xuống đến áp suất phân tích p₁, khí đơn pha xuất hiện lại.

Ngược lại, một chai chứa có áp suất ban đầu là p₁, làm đầy đẳng nhiệt tới p₀, khi áp suất đi qua p₃, chứa hai pha. Theo lý thuyết, khí sẽ tái kết hợp ở p₂, nhưng quá trình này xảy ra chậm, và bất kỳ mẫu khí nào từ chai chứa trong khi đang xuất hiện hai pha sẽ không là đại diện, và hơn nữa việc loại bỏ nó sẽ thay đổi thành phần còn lại trong chai chứa.

Việc sử dụng các chai chứa piston chịu áp lực là một cách để tránh những vấn đề này, giữ mẫu ở trạng thái không xảy ra tình trạng thất thoát.

Trong thực tế, khi khí giãn nở, nhiệt độ của nó giảm do hiệu ứng Joule-Thompson. Tính chất của khí được thể hiện trong Hình 2, bắt đầu từ nhiệt độ và áp suất 25 °C và 10 MPa, sẽ giảm nhiệt độ xuống dưới -10 °C ở p₃, và do đó bị ngưng tụ. Nhiệt độ ban đầu sẽ cần phải là 35 °C để đạt được p₁ mà không gặp phải khu vực hai pha.

5.2.2  Ngưng tụ sau khi lấy mẫu

Một mẫu khí có thể ngưng tụ một phần trong bình đựng mẫu khi nó đang được vận chuyển hoặc đang chờ phân tích trong phòng thí nghiệm. Bình chứa mẫu khí áp suất cao và các đường dẫn đến một thiết bị phân tích phải luôn được gia nhiệt trước khi phân tích (ngoại trừ khí không đi qua một biên pha). Thời gian gia nhiệt và nhiệt độ phải đủ để đảm bảo rằng bất kỳ hydrocacbon ngưng tụ nào phải được tái bay hơi trước khi bắt đầu phân tích.

5.2.3  Sự thất thoát ra từ đầu dò lấy mẫu

Các hydrocacbon lỏng, nặng và sự ngưng tụ trong đường dẫn mẫu quay trở lại đường chính có thể làm giảm nhiệt trị đo được của một loại khí. Điều này sẽ thể hiện trong một hiệu ứng sóng sin ngày/đêm trên biểu đồ máy ghi, với nhiệt trị cao hơn trong nhiệt độ ban ngày và thấp hơn trong đêm mát mẻ.

5.2.4  Các biện pháp phòng ngừa bằng cách áp dụng hệ thống sưởi và cách nhiệt

Để tránh các vấn đề ngưng tụ, nhiệt độ thiết bị xử lý mẫu phải được giữ trên điểm sương ở bất kỳ áp suất nào trong hệ thống lấy mẫu. Ngoài ra, khí có thể được gia nhiệt trước, như được chỉ ra trong Hình 2.

5.3  Hấp phụ và giải hấp phụ

Quá trình khi một số thành phần khí được hấp phụ trên hoặc được giải hấp phụ từ bề mặt của chất rắn được gọi là hiệu ứng hấp phụ. Lực hút giữa một số cấu tử khí và chất rắn hoàn toàn là vật lý và phụ thuộc vào bản chất của vật liệu tham gia.

Khí thiên nhiên có thể chứa một số cấu tử có tác dụng hấp thu mạnh. Đặc biệt chú ý đến điều này trong trường hợp xác định nồng độ vết của các hydrocacbon nặng hoặc tạp chất.

5.4  Rò rỉ và khuếch tán

Việc kiểm tra thường xuyên độ rò rỉ của đường dẫn và thiết bị phải được thực hiện để phát hiện rò rỉ. Rò rỉ nhỏ hoặc khuếch tán sẽ ảnh hưởng đến thành phần trong trường hợp xác định lượng vết (nước hoặc oxy trong khí quyển có thể khuếch tán vào ống hoặc bình chứa, ngay cả ở áp suất cao: chênh lệch áp suất riêng phần cho thành phần xác định hướng mà nó khuếch tán), cần cẩn thận đặc biệt khi có mặt khí hydro.

Rò rỉ có thể được phát hiện bằng cách sử dụng các dung dịch tẩy rửa, bằng cách gây áp lực lên đường dẫn mẫu hoặc bằng các phương pháp phức tạp hơn như thiết bị phát hiện rò rỉ di động (ví dụ: thiết bị đo phổ khối).

5.5  Phản ứng và hấp phụ hóa học

Các thành phần có hoạt tính có thể có liên kết hóa học với thiết bị lấy mẫu (ví dụ do oxy hóa) hoặc thể hiện sự hấp phụ hóa học. Các vật liệu dùng trong thiết bị lấy mẫu cũng có thể xúc tác các phản ứng trong các mẫu (ví dụ như trong hỗn hợp có thành phần của hydro sulfua, nước và cacbonyl sulfua).

5.6  Thận trọng khi sử dụng bình thu giọt

Các bình thu giọt hoặc bộ tách khí/lỏng trong một hệ thống đường dẫn mẫu được thiết kế để loại bỏ các chất lỏng xâm nhập gây nhiễu. Việc áp dụng chúng được xem xét cẩn thận (xem 8.4). Các bình thu giọt có thể tích lũy các chất bùn lỏng và sau đó liên tục bay hơi lại vào đường dẫn khí mẫu. Có nguy cơ trong việc sử dụng chúng là có thể làm thay đổi thành phần của khí mẫu. Nồng độ của các thành phần cân bằng giữa pha khí và pha lỏng có thể bị thay đổi vì loại bỏ chất lỏng. Các đường mẫu sẽ dốc lên từ điểm lấy mẫu, không có điểm thấp nào để có thể tích tụ chất lỏng.

6  Vật liệu được sử dụng trong lấy mẫu

6.1  Lưu ý chung

Sự phù hợp của vật liệu được sử dụng trong một hệ thống lấy mẫu sẽ phụ thuộc vào khí được lấy mẫu. Nhìn chung, nên sử dụng thép không gỉ cho tất cả các bề mặt mà khí sẽ tiếp xúc (xem 6.1.1). Chân van và đệm piston phải được làm bằng vật liệu (đàn hồi) thích hợp cho mục đích dự định. Việc lấy mẫu khí ẩm hoặc có nhiệt độ cao, hoặc khí có chứa hydro sulfua hoặc carbon dioxit, cho thấy sẽ có một số vấn đề về vật liệu. Các loại khí này có thể cần các vật liệu đặc biệt và lớp phủ trong hệ thống lấy mẫu. Khuyến nghị các chai chứa mẫu được sử dụng trong các hoạt động với khí “chua” phải được phủ polytetrafluoroethylene (PTFE) hoặc phủ epoxy. Các thành phần có hoạt tính như hydro sulfua và thủy ngân phải được phân tích tại chỗ bằng cách sử dụng các phương pháp lấy mẫu trực tiếp khi phù hợp vì ngay cả các bình chứa có bề mặt đã được tráng có thể không loại bỏ được sự hấp thụ các cấu tử này.

Phải tránh sử dụng các kim loại mềm như đồng thau, đồng và nhôm do các vấn đề như ăn mòn và mỏi kim loại có thể xảy ra dễ dàng. Tuy nhiên, nhôm có thể được sử dụng cho các bình chứa mẫu trong một số trường hợp mà hoạt tính của bình chứa mẫu là rất quan trọng.

Nhìn chung, vật liệu tiếp xúc với mẫu hoặc khí hiệu chuẩn phải có các đặc điểm sau:

- không có tính thẩm thấu tất cả các loại khí;

- hấp phụ tối thiểu;

- tính trơ về mặt hóa học đối với các thành phần được dùng để vận chuyển.

Do có thể có một lượng nhỏ các hợp chất lưu huỳnh, thủy ngân, cacbon dioxit, v.v…, trong khí thiên nhiên, tất cả các thiết bị và phụ kiện tốt nhất là được làm bằng thép không gỉ hoặc đối với áp suất thấp thì làm bằng thủy tinh. Tuy nhiên, các vật liệu có thể thay thế được liệt kê trong Bảng 1.

6.1.1  Thép cacbon

Thép cacbon và các vật liệu tương đối xốp khác có thể giữ lại các cấu tử nặng hơn và các chất gây ô nhiễm như cacbon dioxit và hydro sulfua trong dòng khí thiên nhiên nên không được sử dụng trong hệ thống lấy mẫu.

Mặc dù thép không gỉ là một vật liệu tốt để sử dụng trong các thiết bị lấy mẫu, người dùng được khuyên nên tham khảo ý kiến các chuyên gia ăn mòn trước khi sử dụng.

Nói chung thép không gỉ không thích hợp cho các dòng có chứa nước. Tuy nhiên, một số vật liệu thép không gỉ, 4 CrNi 18 10 và 4 CrMo 17 12 2, đã được chứng minh là đạt yêu cầu.

Bảng 1 - Tính tương thích của các vật liệu hệ thống lấy mẫu với các cấu tử khí

6.1.2  Lớp phủ epoxy

Lớp phủ Epoxy (hoặc phenolic) sẽ giảm hoặc loại bỏ sự hấp phụ các hợp chất lưu huỳnh và các thành phần phụ khác. Trong thực tiễn không được dung để phủ phụ kiện nhỏ, van và các bề mặt nhỏ khác. Tuy nhiên, tổn thất các cấu tử khí từ các bề mặt không được bảo vệ này có thể được phát hiện và có thể được đo được nếu nồng độ nằm trong phạm vi ppb hoặc ppm (xem thêm 7.2).

6.1.3  Các polyme khác

Việc sử dụng các polyme khác chỉ được dùng trong đường ống hoặc joăng đệm đầu nối của các thiết bị, nơi có ít hoặc không tiếp xúc trực tiếp với mẫu. Cần chú ý đặc biệt trong trường hợp phân tích nước hoặc hợp chất lưu huỳnh. Tuy nhiên, có thể thu được kết quả tốt bằng vật liệu polyamide cho độ dài ống ngắn.

Trong một số trường hợp, PVC mềm có thể được sử dụng ở áp suất thấp.

Trước khi bất kỳ vật liệu polymer mới nào được sử dụng trong hệ thống lấy mẫu, vật liệu phải được thử nghiệm bằng cách sử dụng các hỗn hợp được chứng nhận ở nồng độ dự kiến để xác minh rằng nó không gây ra bất kỳ thay đổi nào trong thành phần mẫu.

6.1.4  Cao su

Đường ống hoặc đầu nối bằng cao su không được khuyến khích, ngay cả ở áp suất thấp, vì khả năng phản ứng cao và tính thấm của cao su.

Cao su Silicon được biết đến với khả năng hấp thụ và độ thấm cao với nhiều thành phần.

6.2  Ăn mòn lưỡng kim

Sử dụng các kim loại khác nhau khi tiếp xúc với nhau trong hệ thống mẫu có thể làm tăng tốc độ ăn mòn và dẫn đến sai số khi lấy mẫu và/hoặc các vấn đề an toàn.

7  Chuẩn bị chung về thiết bị

7.1  Xử lý bề mặt

Một số vật liệu có các hiệu ứng hấp thu có thể được thay đổi và thường giảm bằng cách xử lý bề mặt. Bề mặt sạch, không có dầu mỡ cho thấy sự hấp thụ kém hơn. Bề mặt thô ráp tạo ra các tâm cho các chất khí hấp phụ và tích tụ.

Các kỹ thuật đánh bóng có thể được sử dụng để giảm thiểu sự hấp thụ và giảm thời gian xử lý để thiết bị lấy mẫu đạt đến trạng thái cân bằng.

Các quy trình khác cũng có thể dùng để giảm sự hấp thụ. Một vài loại vật liệu có thể được mạ điện với vật liệu trơ như niken để giảm sự hấp phụ.

Thụ động hóa nhôm bằng cách sử dụng kỹ thuật độc quyền sẵn có để ức chế hấp phụ.

7.2  Làm sạch hệ thống lấy mẫu

Tất cả các bộ phận lấy mẫu và các đường dẫn tiếp xúc với khí không được có mỡ, dầu, mốc hoặc bất kỳ sản phẩm gây ô nhiễm nào. Các bình chứa mẫu phải được làm sạch và tẩy sạch trước mỗi lần lấy mẫu, trừ khi chúng là các bình đã được thụ động hóa đặc biệt được sử dụng để lấy mẫu có chứa các cấu tử có hoạt tính cao (xem Phụ lục B). Chúng phải được làm sạch đúng cách, ví dụ: với dung môi dễ bay hơi, và làm khô để tránh hiện tượng hấp thụ, đặc biệt là những hợp chất lưu huỳnh và các hydrocacbon nặng. Dung môi, chẳng hạn như axeton, không để lại cặn sau khi làm khô thường được chấp nhận để loại bỏ các chất ô nhiễm nặng, mặc dù chúng có thể gây ra các mối nguy hiểm như dễ cháy và có độc tính trong một số trường hợp. Làm sạch bằng hơi nước nói chung chỉ chấp nhận được nếu bản thân hơi nước sạch và không chứa chất ức chế ăn mòn, hóa chất xử lý nước nồi hơi hoặc các chất khác có thể làm ô nhiễm chai chứa mẫu.

Phải chú ý đặc biệt khi làm sạch các chai chứa có cặn lắng.

Nếu có dự định phân tích các cấu tử lưu huỳnh, hơi nước không được sử dụng để làm sạch các chai chứa làm bằng thép không gỉ. Các loại lưu huỳnh sẽ dễ dàng được hấp thụ bởi các chai chứa và việc phân tích sẽ có kết quả thấp so với mức lưu huỳnh vốn có. Các mẫu cần được phân tích hàm lượng lưu huỳnh cần phải được thu gom trong các chai chứa có đường dẫn đặc biệt hoặc các chai chứa thụ động hóa chuyên dụng cho mục đích trên, cần lưu ý rằng toàn bộ bề mặt đã bị ướt của bình chứa mẫu và các bộ phận thứ cấp của nó phải được tráng phủ. Phủ chai chứa, nhưng không phủ được van, phụ kiện, thiết bị cứu trợ, v.v..., nên có thể không đủ để bảo vệ. Trong một số trường hợp, ví dụ: với các khí chứa H₂S, PTFE là lớp phủ được khuyên dùng.

7.3  Ổn định thiết bị lấy mẫu

Điều này có thể đạt được bằng cách thổi làm sạch các thiết bị lấy mẫu bằng mẫu khí cho đến khi các mẫu khí để phân tích lấy được là đồng nhất. Thời gian ổn định có thể được giảm bởi việc rút khí ban đầu của thiết bị trước khi làm sạch bằng mẫu. Một số trình tự hút khí và thổi làm sạch có thể thuận lợi trong việc giảm thời gian ổn định và đạt được trạng thái cân bằng.

Đánh giá cuối cùng rằng đã đạt được trạng thái cân bằng và thiết bị lấy mẫu đã được ổn định, và có thể xác định bằng cách phân tích sử dụng tiêu chuẩn đã biết.

7.4  Nạp sơ bộ

Nitơ, heli, argon và không khí khô cấp chất lượng dùng cho thiết bị là những ví dụ của các loại khí có thể được sử dụng để làm khô hoặc làm sạch các chai chứa không chứa chất cặn và ô nhiễm nặng. Để tránh nhiễu, khí khô hoặc khí thổi sạch được sử dụng không được chứa bất kỳ thành phần nào cần phân tích. Nhiều phòng thí nghiệm để lại một lớp nitơ, heli hoặc các khí khác trong các chai chứa mẫu để bảo vệ chai chứa khỏi ô nhiễm không khí. Các khí ga và khí được sử dụng để nạp hoặc để tạo lực phản áp trong chai chứa phải được lựa chọn cẩn thận sao cho, nếu rò rỉ xảy ra trong chai chứa hoặc mẫu bị ô nhiễm bởi các khí này, hệ thống phân tích sẽ không cho rằng sự ô nhiễm của các khí này là một phần của mẫu được phân tích. Ví dụ, sắc ký sử dụng helium như khí mang sẽ không phát hiện heli còn sót lại từ việc nạp một chai chứa đơn hoặc heli bị rò rỉ qua piston trong một xylanh piston nổi.

8  Thiết bị lấy mẫu

8.1  Đầu dò lấy mẫu

Thiết kế của đầu dò sẽ tính đến khả năng rung động cộng hưởng được gây ra trong đầu dò bằng tốc độ lưu lượng cao trong đường ống. Các dòng khí không chứa chất lỏng bị cuốn theo và ở điều kiện dòng chảy tốt ở trên nhiệt độ điểm sương có thể được lấy mẫu với bất kỳ thiết kế đầu dò nào. Tuy nhiên, các đường dẫn đang hoạt động tại hoặc gần điểm sương của dòng khí cần một đầu dò đặc biệt được thiết kế để khắc phục các vấn đề ngưng tụ và hạt chất lỏng bị cuốn vào khí.

8.1.1  Đầu dò ống thẳng

Thiết kế đầu dò mẫu cơ bản nhất là đầu dò ống thẳng được nêu trong Hình 3. Đầu cuối có thể phẳng hoặc cắt góc.

Hình 3 - Đầu dò loại ống thẳng

8.1.2  Đầu dò điều chỉnh

Loại thiết kế đầu dò khác sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp khí là đầu dò điều chỉnh. Các đầu dò này thường được sử dụng với các hệ thống phân tích liên tục và được thiết kế để cung cấp khí cho hệ thống ở áp suất giảm. Vách ngăn và lò xo điều khiển được gắn bên ngoài vào tường ống và được nối với nhau bởi một thanh bên trong nơi giảm áp suất xảy ra, ở đầu dưới của đầu dò được đưa vào dòng khí. Đầu thấp hơn này thường thon nhỏ, do đó nhiệt độ giảm khi giãn nở được bù đắp bởi khối lượng nhiệt của dòng khí. Một minh họa của đầu thăm dò điều chỉnh được thể hiện trong Hình 4.

8.1.3  Vị trí và cài đặt

Đầu dò phải được đặt trực tiếp trong dòng khí để các vấn đề về sol khí và bụi được loại bỏ.

Đầu dò phải đặt tối thiểu gấp 20 lần đường kính ống ở hạ lưu từ bất kỳ yếu tố gây nhiễu nào như khuỷu ống, ống nối, van và ống chữ T

Vị trí của đầu dò phải nằm trên đỉnh của phần nằm ngang của ống. Đầu vào phải được đặt để thu hồi khí từ vị trí trung tâm một phần ba đường kính ống.

Đầu dò phải được trang bị bên ngoài với việc lắp van thích hợp. Van này có thể ngắt kết nối đường dẫn mẫu từ đường dẫn khí. Đầu dò có thể là loại cố định hoặc có thể tháo rời tùy thuộc vào vị trí và điều kiện vận hành.

8.2  Lấy mẫu và đường truyền

Nhìn chung, các đường lấy mẫu phải ngắn và có đường kính nhỏ nhất có thể, nhưng đường kính không nhỏ hơn 3 mm, để giảm thời gian lưu.

Các đường dẫn mẫu thông ra khí quyển phải được giảm thiểu. Ngoài ra, độ giảm áp suất cao có thể làm lạnh và gây ngưng tụ, điều này sẽ ảnh hưởng đến bản chất đại diện của mẫu.

Thời gian thổi sạch mẫu điểm phải ít nhất gấp 10 lần thời gian lưu. Phụ lục G đưa ra các hướng dẫn để tính thời gian lưu.

Tất cả các mối nối giữa điểm lấy mẫu và chai chứa mẫu phải đảm bảo không làm ô nhiễm mẫu. Khi cần thiết và được cho phép, các kết nối ren phải được thực hiện bằng băng PTFE. Các hợp chất làm kín đường ren không được sử dụng. Những sản phẩm này có thể làm nhiễm bẩn mẫu và / hoặc hấp thụ các thành phần từ mẫu, dẫn đến kết quả sai.

8.2.1  Sự giảm áp suất trong một đường dẫn mẫu

Quá trình thích hợp của một đường dẫn mẫu thông thường yêu cầu sự chênh lệch áp suất từ điểm thu gom đến lúc xả.

Sự giảm áp suất này có thể được cung cấp bởi một tấm lỗ, bộ điều chỉnh hoặc thiết bị thích hợp khác trong dòng chảy.

8.2.2  Kích thước của các đường dẫn lấy mẫu

Tốc độ dòng chảy qua đường lấy mẫu được chọn để đảm bảo thời gian đáp ứng nhanh. Tuy nhiên, mỗi ứng dụng phải được xem xét đến giá trị riêng của nó.

Hình 4 - Đầu dò điều chỉnh

8.3  Cấu trúc đường nhánh

Khi sử dụng đường nhánh, các vòng kín được ưu tiên hơn do các vấn đề về môi trường và an toàn.

8.3.1  Vòng nhánh

Vòng nhánh, còn được gọi là "vòng nhanh" hoặc "vòng nóng", phải là cấu hình khép kín, vòng lặp sẽ quay ngược trở lại dây chuyền xử lý.

Nên sử dụng ống thép không gỉ 3 mm đến 10 mm. Vòng lặp yêu cầu một chênh lệch áp suất, từ lúc thu gom đến xả, để đảm bảo tốc độ dòng chảy ổn định và thông qua thiết bị lấy mẫu nằm trong vòng lặp.

8.3.2  Đường phụ

Trường hợp không thích hợp để cung cấp một sự chênh lệch áp suất đủ, có thể xem xét việc sử dụng một đường nhánh có đầu hở sẽ dẫn ra khí quyển hoặc dẫn ra nơi đốt lửa.

Tốc độ dòng chảy và tổn thất áp suất trong một đường nhánh có đầu hở sẽ cần phải được kiểm soát để hạn chế bất kỳ sự làm mát và ngưng tụ nào sẽ ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của mẫu.

8.4  Bẫy sol khí hay bụi

Đôi khi, việc kiểm soát một số đặc tính của khí tại đầu ra của các bộ phận vận hành có thể cần thiết (ví dụ, hàm lượng nước sau khi khử nước, hàm lượng hydro sulfua sau khi khử lưu huỳnh, điểm sương sau khi nén). Một số bộ phận, vì bản chất của quá trình, có thể thải một số chất ô nhiễm dưới dạng chất lỏng, sol khí hoặc bọt (glycol, amin, dầu, vv). Trong trường hợp đó, cần thiết phải bảo vệ thiết bị giảm áp lực và cũng như bộ phận phân tích tiếp xúc khỏi bất kỳ chất lỏng lấy mẫu với khí. Nếu đầu dò không thể được lắp đặt ở hạ lưu của bộ tách khí/lỏng trong đường ống, các thiết bị được trình bày trong Hình 5 và 6 có thể được sử dụng để ngăn các vật liệu không phải khí.

8.4.1  Thiết bị tách

Các thiết bị tách (hoặc "chậu nhỏ giọt") thường không được khuyên dùng trong các hệ thống lấy mẫu. Tuy nhiên, chúng có thể được sử dụng để đảm bảo rằng bất kỳ chất lỏng tự do nào có thể đã được thu bởi đầu dò mẫu không đi vào máy phân tích hoặc xylanh lấy mẫu. Việc sử dụng thiết bị này có thể gây ra những sai sót nghiêm trọng nếu không có biện pháp phòng ngừa để đảm bảo rằng mẫu được lấy ở nhiệt độ của đường mẫu. Lý tưởng nhất, một máy phân tách sẽ không được sử dụng trong một dòng một pha. Cần lưu ý khi sử dụng. Theo dõi nhiệt hoặc cách nhiệt có thể hữu ích trên các đường lúc ra khỏi máy phân tách hoặc chậu nhỏ giọt để loại bỏ sự ngưng tụ. Nếu điều kiện môi trường xung quanh mát hơn luồng được lấy mẫu và luồng gần điểm sương, toàn bộ hệ thống lấy mẫu có thể cần được cách nhiệt để đảm bảo mẫu đại diện. Nếu có thể, không được phép sử dụng thiết bị cơ khí, bộ lọc hoặc vật liệu hấp thụ vì chúng thúc đẩy ngưng tụ hoặc hấp thụ.

8.5  Bộ giảm áp

Để cung cấp cho bộ phận phân tích với khí mẫu ở áp suất thích hợp, thiết bị giảm áp thường được sử dụng.

Tùy thuộc vào áp suất đường ống và độ giảm áp suất dọc theo đường truyền, có thể sẽ thích hợp hơn khi giảm áp suất đầu đường dẫn, cuối đường dẫn, hoặc không giảm.

Thiết bị giảm áp lực nên được làm bằng thép không gỉ và PTFE.

Bộ điều chỉnh áp suất phải có mức áp suất vượt quá áp suất đường dẫn dự kiến tối đa của hệ thống lấy mẫu khí.

Do tác động Joule-Thompson, nhiệt độ sẽ giảm khoảng 0,5 °C/0,1 MPa trong khi giảm áp suất, và do đó có khả năng ngưng tụ các thành phần nặng.

Nếu điều này xảy ra, mẫu không còn được đại diện nữa, và do đó sẽ bị bỏ đi. Cách thông thường để tránh hiện tượng này là bằng cách nung nóng để bù đắp cho sự giảm nhiệt độ. Nhiệt được dùng ở đầu nguồn của thiết bị giảm áp. Hệ thống (xem ví dụ Hình 7) phải được thiết kế sao cho không xảy ra ngưng tụ bất cứ lúc nào. Lượng nhiệt năng cần thiết phụ thuộc vào thành phần khí, sự giảm áp, áp suất và nhiệt độ, tốc độ dòng chảy, v.v...

Hình 5 - Lắp đặt bình nhỏ giọt

Hình 6 - Thiết bị tách

Hình 7 - Hộp nhiệt để giảm áp suất trong lấy mẫu

8.6  Thiết bị gia nhiệt

Các bộ phận gia nhiệt có thể được lắp đặt trên đầu dò lấy mẫu và các đường mẫu. Trong một số trường hợp, cần phải gia nhiệt xylanh mẫu.

Các bộ phận gia nhiệt bằng điện phải thuộc loại tự giới hạn. Điều này cũng phải đáp ứng các yêu cầu về mã điện cho khu vực được sử dụng. Những yêu cầu này cần thiết để đảm bảo rằng bộ phận gia nhiệt không bị quá nhiệt nếu xảy ra hỏng hóc trong các bộ phận điện.

8. 7  Bình chứa mẫu

8.7.1  Lưu ý chung

Bình chứa mẫu không được làm thay đổi thành phần khí vì bất kỳ lý do nào hoặc ảnh hưởng đến việc thu thập mẫu khí thích hợp. Các vật liệu, van, joăng làm kín và các thành phần khác của bình chứa mẫu phải được quy định với mục đích chính này.

Bình chứa để lấy mẫu thường được làm bằng thủy tinh (đối với áp suất rất thấp, áp dưới 0,2 MPa), thép không gỉ, hợp kim titan hoặc hợp kim nhôm. Lớp phủ bên trong đặc biệt cho bình kim loại đảm bảo phản ứng tối thiểu với các hợp chất lưu huỳnh. Các lớp phủ bên trong này phải được xác định rõ. Trừ khi các bình chứa được làm kín bằng chân không, bình chứa phải được trang bị ít nhất hai van, cho phép làm sạch mẫu khí. Bề mặt thùng chứa tiếp xúc với khí phải không có mỡ, dầu hoặc bất kỳ sản phẩm gây ô nhiễm nào khác. Chúng phải được làm sạch cẩn thận để tránh hiện tượng hấp thụ. Phụ lục B nêu quy trình làm sạch.

Van đế mềm được khuyên dùng hơn van đế kim loại.

8.7.2  Xylanh piston nổi

Chai chứa cần thiết cho phương pháp này được làm bằng ống kim loại, mài và đánh bóng ở mặt bên trong. Các xylanh thường được đóng lại với nút có thể tháo rời và phục vụ việc piston di chuyển. Các nút được khoan lỗ và mở xả cho van, đồng hồ đo và van giảm áp. Hình 8 đưa ra ví dụ về xylanh lấy mẫu piston nổi.

Hình 8 - Xylanh piston nổi

8.8  Thiết bị lấy mẫu gộp

Thông thường thiết bị lấy mẫu gộp dùng trong thương mại có hai loại

8.8.1  Thiết bị lấy mẫu điều chỉnh

Thiết bị điều chỉnh áp suất được thiết kế đặc biệt làm tăng áp suất của mẫu được thu thập trong một chai chứa mẫu từ không đến áp suất tối đa trong suốt thời gian lấy mẫu. Các thiết bị lấy mẫu như vậy không được khuyên dùng cho các đường dẫn áp suất thấp hoặc có tốc độ đường dẫn biến đổi lớn.

8.8.2  Thiết bị lấy mẫu dịch chuyển

Khí nạp sơ bộ trong một chai chứa piston nổi được chuyển dời từng bậc bởi mẫu được bơm chai chứa ở áp suất đường dẫn không đổi trong suốt thời gian lấy mẫu.

9  Lấy mẫu điểm

Điều này quy định phương pháp lấy mẫu gián tiếp trong đó một chai chứa thích hợp được làm đầy bằng mẫu khí. Mẫu sau đó được vận chuyển đến nơi phân tích.

Phụ lục C về lấy mẫu áp suất thấp quy định phương pháp lấy mẫu điểm từ hệ thống phân phối khí thiên nhiên áp suất thấp sử dụng bình thủy tinh.

Các phương pháp phù hợp cho lấy mẫu điểm với áp suất cao hoặc thấp là:

- Nạp và làm rỗng

- Kiểm soát tốc độ

- Bình chứa được rút chân không

- Nạp sẵn heli

- Xylanh piston nổi

9.1  Phương pháp nạp và làm rỗng

Phương pháp này được áp dụng khi nhiệt độ bình chứa mẫu bằng hoặc lớn hơn nhiệt độ nguồn. Áp suất nguồn phải cao hơn áp suất khí quyển. Một ví dụ chi tiết được đưa ra trong Phụ lục D.

9.2  Phương pháp kiểm soát tốc độ

Trong phương pháp này, một van kim được sử dụng để kiểm soát tốc độ dòng chảy mẫu.

Phương pháp này được áp dụng khi nhiệt độ bình chứa mẫu bằng hoặc lớn hơn nhiệt độ nguồn. Áp suất nguồn phải ở trên áp suất khí quyển. Phụ lục E đưa ra một ví dụ chi tiết về phương pháp này.

9.3  Phương pháp rút chân không xylanh

Trong phương pháp này, một xylanh được hút chân không trước đó được sử dụng để thu thập mẫu.

Phương pháp này được áp dụng khi áp suất nguồn ở trên hoặc dưới áp suất khí quyển và nhiệt độ nguồn lớn hơn hoặc nhỏ hơn nhiệt độ của bình chứa mẫu.

Các van và phụ kiện trên chai chứa mẫu phải trong tình trạng tốt và không có rò rỉ. Phụ lục F đưa ra một ví dụ về quy trình chi tiết cho phương pháp này.

9.4  Phương pháp nạp sẵn heli

Điều này tương tự như phương pháp rút chân không xylanh, ngoại trừ việc nạp trước helium được sử dụng để giữ cho bình chứa "không chứa không khí” trước khi lấy mẫu. Được sử dụng trong những trường hợp khi Heli không được tính tới, và có thể bỏ qua, ví dụ phân tích bằng sắc ký khí với khí mang helium.

9.5  Phương pháp xylanh piston nổi

Người ta thường thống nhất rằng một mẫu được cho vào một xylanh piston nổi ở áp suất của đường ống và với các đường dẫn mẫu có cáp gia nhiệt, khi thích hợp, cho kết quả phân tích gần sát với phân tích trực tiếp.

10  Lấy mẫu trực tiếp

10.1  Bố trí chung

Hình 9 cho thấy một ví dụ về hệ thống lấy mẫu trực tiếp như được nêu trong tiêu chuẩn này.

10.1.1  Thoát nước tự động

Thoát nước tự động nhìn chung không được chấp nhận, vì có thể sai lệch mẫu.

10.1.2  Giảm áp suất

Trong phân tích khí, một số phép đo được thực hiện ở áp suất đường dẫn (ví dụ như các phép đo condensat tiềm năng hoặc điểm sương) và một số phép đo được thực hiện ở áp suất đã được giảm. Nếu cần thiết phải giảm áp lực, một bộ giảm áp sẽ được lắp đặt. Bộ giảm áp đôi khi được trang bị hai van, một van ở mỗi bên.

10.1.3  Làm sạch bằng khí trơ

Ở hạ lưu của bộ phận giảm áp được dùng cho việc làm sạch bằng khí trơ.

10.1.4  Đường truyền

Trong trường hợp phân tích thành phần vết hoặc đo điểm sương, đường truyền phải được làm nóng đến nhiệt độ bằng hoặc cao hơn nhiệt độ dòng khí. Đường lấy mẫu được trang bị một thiết bị báo nhiệt độ ở phía trên của thiết bị phân tích để cảm nhận nhiệt độ. Trong môi trường lạnh, một thiết bị thoát nước cũng có thể được lắp đặt để phát hiện bất kỳ sự ngưng tụ nào.

10.2  Làm sạch

Hệ thống này sẽ được trang bị các thiết bị làm sạch bằng khí trơ. Có thể cần làm sạch hệ thống mẫu nếu, vì một lý do nào đó, diễn ra sự ngưng tụ và cũng để loại bỏ không khí (oxy) ra khỏi hệ thống trước khi đưa vào quá trình xử lí khí để tránh tình trạng nguy hiểm.

10.3  Van an toàn

Nếu thiết bị giảm áp không hoạt động, một van giảm áp sẽ được lắp đặt ở hạ lưu của bộ giảm áp, để bảo vệ thiết bị phân tích không bị tăng áp suất không kiểm soát được.

10.4  Gia nhiệt đường truyền

Như được quy định trong 9.6, đường truyền phải được gia nhiệt nếu hình thành chất lỏng, nếu không sự hấp thụ các hợp chất có thể xảy ra. Đường truyền phải luôn luôn được làm nóng đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ ngưng tụ ít nhất 10 °C.

Hình 9 - Lấy mẫu liên tục sử dụng bộ giảm áp

10.5  Đường tiếp liệu

Đường dẫn cho thiết bị phân tích phải được trang bị van bi để thực hiện công việc bảo dưỡng, ở hạ lưu của van này, thường sẽ được đặt một bộ lọc bụi mịn. Cần chú ý đặc biệt để đảm bảo rằng bộ lọc này không làm thay đổi thành phần khí. Khí hiệu chuẩn được đưa vào đầu nguồn của bộ lọc bụi. Để lấy mẫu / phân tích ở áp suất đường dẫn được giảm, một van kim có lưu lượng kế phải được lắp đặt ở phía trên của máy phân tích, và cũng trong đường cấp khí hiệu chuẩn.

Trong trường hợp lấy mẫu / phân tích ở áp suất đường dẫn, thiết bị điều chỉnh tốc độ dòng chảy cần được lắp đặt ở hạ lưu của thiết bị phân tích. Để kiểm soát áp suất đầu nguồn và cũng để tránh tạo ra khí áp suất cao, một bộ giảm áp với điều chỉnh áp suất đầu nguồn phải được lắp đặt tại đường thông hơi của thiết bị phân tích.

10.6  An toàn hộp máy thiết bị phân tích

CHÚ THÍCH: Như một ví dụ, có thể thực hiện các biện pháp sau: Có thể lắp đặt detector phát hiện giới hạn nồ dưới (LEL) trong hộp máy phân tích. Trong trường hợp rò rỉ khí, detector sẽ đưa ra tín hiệu để đóng van an toàn ở đầu nguồn của hộp máy và tắt nguồn điện cho thiết bị phân tích. Detector có thể được điều chỉnh ví dụ đến 10% hoặc 20% giá trị LEL theo các quy định an toàn của khu vực.

Một biện pháp chống ngừa an toàn khác là phải có thiết bị chống cháy ở hạ lưu của thiết bị phân tích, tránh một vụ nổ bên ngoài hộp máy phân tích. Đây là một khả năng nếu do lỗi mà không khí đi vào trong khí ga.

Thiết kế của hộp phân tích và thiết bị liên quan phải tuân thủ các quy định an toàn của khu vực.

11  Lấy mẫu gộp

11.1  Lưu ý chung

Hệ thống lấy mẫu phải cung cấp một mẫu đại diện của khí chảy trong đường ống. Tốc độ dòng chảy và thành phần có thể thay đổi theo thời gian, do đó, khoảng cách giữa lần lấy mẫu gộp phải được lựa chọn cẩn thận sao cho mẫu được thu thập phản ánh những thay đổi này.

11.2  Khoảng thời gian

Nếu có thể, lấy mẫu tỷ lệ theo tỷ lệ dòng chảy sẽ được sử dụng cho các hệ thống lấy mẫu gộp. Đặc biệt quan trọng phải sử dụng lấy mẫu theo tỷ lệ dòng chảy nếu cả tốc độ dòng chảy và thành phần thay đổi. Ví dụ, nếu dòng chảy bị dừng lại và thiết bị mẫu tiếp tục lấy mẫu, thì mẫu gộp sẽ có một phần khí bị thu khi không có dòng khí. Nếu thành phần trong giai đoạn này khác với thành phần trung bình, mẫu sẽ không được coi là đại diện.

Lấy mẫu theo tỷ lệ thời gian có thể được sử dụng và sẽ chỉ cung cấp các mẫu đại diện nếu tốc độ dòng chảy ổn định trong khoảng thời gian lấy mẫu hoặc nếu thành phần ổn định trong khoảng thời gian lấy mẫu.

Có một số thiết bị lấy mẫu gộp có sẵn trên thị trường. Các thiết bị như vậy có thể được điều khiển bởi bộ đếm thời gian hoặc tín hiệu tỷ lệ dòng chảy từ máy tính lưu lượng.

11.3  Các lưu ý về hệ thống

Một thiết bị lấy mẫu gộp được đề xuất là loại dịch chuyển mà mẫu được bơm vào một xylanh piston nồi ở áp suất đường dẫn không đổi.

Đường dẫn mẫu giữa thiết bị lấy mẫu và xylanh thu phải có độ dài tối thiểu. Ngoại trừ các loại khí rất khô, đường dẫn mẫu và thiết bị lấy mẫu phải có cáp gia nhiệt và được cách ly để tránh ngưng tụ.

Các thiết bị lấy mẫu phải được thiết kế sao cho chúng cho phép dòng khí liên tục và không bị gián đoạn đi qua và qua đó bơm mẫu gộp đại diện vào bình chứa mẫu.

11.4  Giám sát quá trình nạp

Quá trình nạp đầy sẽ được theo dõi hàng ngày.

11.5  Kiểm soát chai chứa

Tất cả thông tin quan trọng đối với phòng thí nghiệm phải nằm trên nhãn của chai chứa. Nhãn phải được gắn chặt vào chai chứa mẫu, nhưng không cản trở việc sử dụng chai chứa.

Thông tin đính kèm nên bao gồm:

- số chai chứa

- loại chai chứa

- vị trí lấy mẫu

- tất cả các chi tiết cần thiết để xác định đường ống lấy mẫu

- ngày và thời gian hoặc khoảng thời gian lấy mẫu

- phương pháp lấy mẫu

- địa chỉ đến của chai chứa

- bất kỳ nhu cầu bảo dưỡng nào trên chai chứa (ví dụ: rò rỉ)

- bất kỳ thông tin nào liên quan đến phòng thí nghiệm phân tích và mẫu

- áp suất mẫu, nếu máy đo áp suất không phải là một phần của chai chứa lấy mẫu

- dòng áp suất tĩnh

- nhiệt độ của dòng khí

- độ chênh áp suất

- nhận xét về bất kỳ lĩnh vực nào

Phụ lục A

(tham khảo)

Sử dụng van chặn trong lấy mẫu trực tiếp

Điều khó khăn trong lấy mẫu là lắp đặt các cụm van điều áp khí hiệu chuẩn trong đường dẫn mẫu. Tránh sử dụng các điểm nối bằng van đơn, vì rò rỉ qua van khi ở vị trí đóng không thể phát hiện được, và rò rỉ khí hiệu chuẩn vào mẫu hoặc ngược lại là không thể chấp nhận được.

Vấn đề này được giải quyết nếu mỗi dòng khí hiệu chuẩn, và đường dẫn khí mẫu, có một van ngắt kép với một thiết bị thoát khí ở thông ra vào khí quyển. Điều này đảm bảo không có sự nhiễm bẩn chéo có thể xảy ra giữa khí hiệu chuẩn và khí mẫu. Phương pháp này thường được gọi là hệ thống khóa và thoát khí kép (DBB).

Áp dụng nguyên lý này cho một khí hiệu chuẩn được nêu trong Hình A1.

Khi van A và B được đóng và C mở, bất kỳ khí nào rò rỉ trên A sẽ đi qua C để thoát ra.

Một khí hiệu chuẩn đơn, một cụm van điều áp mẫu đơn được nêu trong hình A2. Một cụm van điều áp với nhiều mẫu khí được đưa ra trong Hình A3.

Tất cả các van được gắn trực tiếp vào ống chữ T đế để tránh phần thể tích chết không dùng trong nhánh chữ T.

Tất cả chiều dài ống bổ sung được lắp đặt sao cho chỉ có thể làm sạch thông qua sự khuếch tán và do đó phải được tránh sử dụng.

Các van được khuyến nghị dùng là van chuyển đổi, khi có các van này thiết bị truyền động không khí là đúng theo tiêu chuẩn, do vậy cụm van điều áp có thể hoạt động tự động.

Với sự lựa chọn thích hợp các bộ truyền động "mở bình thường" và "đóng bình thường", việc truyền khí hợp lý tới máy phân tích có thể được lựa chọn, với hệ thống bảo vệ chống sai sót đầy đủ.

Với một van không thông khí, chịu tải bằng lò xo, được đưa vào trong đường dẫn mẫu bộ nối khí hiệu chuẩn cuối cùng và trước máy phân tích.

Thiết bị an toàn này bảo vệ máy phân tích khỏi sự cố của bộ giảm áp trên xylanh chứa khí hiệu chuẩn áp suất cao.

Hình A1 -Nguyên tắc chặn và phun kép

Hình A.2 - Cụm phân phối (manifold) khí hiệu chuẩn đơn, mẫu đơn

Hình A.3 -Cụm phân phối nhiều khí

Phụ lục B

(tham khảo)

Làm sạch xylanh lấy mẫu bằng thép

Một ví dụ về một quy trình làm sạch được đưa ra dưới đây:

Xả hết khí mẫu còn sót lại.

Rút khí hoặc làm sạch bằng nitơ.

Nạp vào xylanh sản phẩm làm sạch, ví dụ: axeton.

Lắc xylanh trên máy lắc trong 2 h.

Chuyển axeton vào một chỗ chứa thích hợp.

Nạp đầy lần nữa bằng axeton mới và đặt xylanh lên máy lắc trong 2 h.

Loại bỏ axeton, làm khô bằng nitơ hoặc không khí khô.

Tiếp tục làm khô xylanh trong tủ sấy ở nhiệt độ 90 °C. Nếu xylanh chỉ được trang bị một van, rút khí xylanh trong quá trình làm khô. Nếu xylanh được trang bị hai van, thổi nó bằng nitơ trong quá trình làm khô. Hoạt động làm khô mất khoảng 12 h.

Sau khi làm mát, nạp nitơ đầy xylanh và xả hết ba lần.

Sau đó, nạp nitơ đầy xylanh đến áp suất 1 MPa.

Đợi 2 h và kiểm tra bằng sắc ký về sự xuất hiện của axeton và các tạp chất khác.

Giữ sắc ký đồ tương ứng với các hồ sơ tài liệu của xylanh.

CẢNH BÁO - Axetone là một chất lỏng rất dễ cháy và do đó phải được xử lý cẩn thận.

CHÚ THÍCH: Lượng kiểm tra sắc ký có thể giảm bằng cách sử dụng phương pháp thống kê.

Phụ lục C

(tham khảo)

Quy trình lấy mẫu áp suất thấp vào xylanh thủy tinh

C.1  Các biện pháp phòng ngừa an toàn cụ thể

Kiểm tra xylanh mẫu (xem hình C.1) để đảm bảo không có vết nứt. Nên sử dụng một ống lót mềm xung quanh xylanh mẫu. Thông thường, điều này không cần thiết nếu áp suất đường dẫn từ 0,5 kPa đến 10 kPa, nhưng luôn có nguy cơ áp suất đường dẫn sẽ cao hơn 10 kPa.

Sử dụng kính bảo hộ trong khi lấy mẫu.

Kích thước tính bằng milimet

Hình C.1 - Chai chứa mẫu bằng thủy tinh (dung tích 1 L)

C.2  Chuẩn bị xylanh thủy tinh

Bôi trơn van khóa của xylanh mẫu bằng mỡ silicon.

Làm sạch xylanh mẫu bằng dung dịch xà phòng kali hydroxit.

Sau đó rửa sạch bằng nước cất.

Làm khô trụ bằng không khí nóng (không chứa nước và dầu).

Khi phân tích hydro sulfua trong mẫu khí, tráng ống mẫu bằng H₂SO₄ 0,01 mol/L

C.3  Lấy mẫu

Đối với một bố cục lấy mẫu điển hình, xem hình C.2. (Hình C.3 cho thấy thiết lập để lấy mẫu từ các đường ống dẫn dưới áp suất không khí (nhỏ hơn áp suất không khí.)

Đo áp suất tại điểm lấy mẫu. Đảm bảo rằng áp suất đường truyền mẫu không vượt quá 0,2 MPa.

Kết nối đường truyền mẫu với xylanh mẫu.

Kết nối đầu vào của xylanh càng gần điểm lấy mẫu càng tốt, sử dụng đường truyền mẫu.

Kết nối đầu ra của xylanh mẫu với đầu vào của một lưu lượng kế.

Nối đầu ra của lưu lượng kế với lỗ thông hơi hoặc ống đuốc.

Mở hai van khóa của xylanh mẫu theo thứ tự của hướng dòng khí.

Điều chỉnh lưu lượng qua xylanh mẫu bằng lưu lượng kế.

Thông hơi khí. (cho khí thoát ra)

Lưu ý sự hiện diện của chất lỏng tách ra trong khi thông khí.

Loại bỏ mẫu trong trường hợp có lượng chất lỏng đáng kể xuất hiện.

Đóng xylanh 30 min sau khi làm sạch, đóng các van khóa theo thứ tự ngược với hướng dòng khí để áp suất được tích tụ.

Ngắt kết nối với xylanh mẫu.

Bảo đảm các van khóa bằng kẹp để tránh việc khóa van bị mở không mong muốn và kiểm tra rò rỉ.

C.4  Chuẩn bị vận chuyển

Sử dụng một hộp thích hợp để vận chuyển xylanh mẫu.

Lưu ý việc có dầu mỡ, condensat hydrocacbon, bụi hoặc gỉ sét và / hoặc giọt nước bị cuốn vào dòng khí.

Hình C.2 - Lấy mẫu vào các chai chứa bằng thủy tinh

Hình C.3 - Lấy mẫu vào các chai chứa thủy tinh từ đường ống dưới-áp suất khí quyển

Phụ lục D

(tham khảo)

Quy trình lấy mẫu bằng phương pháp nạp và làm rỗng

Thiết bị được sắp xếp như Hình D.1. Ống nối thêm có chiều dài từ 0,6 m đến 1,2 m. Tất cả các vật liệu, bao gồm cả ống, được làm từ thép không gỉ. Ống nối thêm có thể được cuộn để cho phép thiết bị lấy mẫu được gọn hơn. Ống nối này là cần thiết để ngăn chặn sự ngưng tụ hydrocacbon nặng trong van đầu ra của xylanh mẫu.

Hình D.1 - Phương pháp nạp và làm rỗng

Quy trình lấy mẫu theo phương pháp này như sau:

Lắp đặt đầu dò mẫu.

Kết nối với đường dẫn mẫu.

Mở van tại điểm lấy mẫu và thổi loại trừ kỹ lưỡng bất kỳ vật liệu tích lũy nào.

Nối một đầu của bình chứa mẫu qua hệ thống lấy mẫu vào nguồn khí.

Làm sạch đường dẫn và bình chứa bằng cách dùng khí thổi chậm để thay thế không khí.

Đóng van đường dẫn nối thêm và cho phép áp suất tích tụ nhanh chóng đến áp suất bình chứa chứa đã chọn.

Đóng van nạp và từ từ thông khí bình chứa qua van đường ống nối thêm cho đến khi đạt đến áp suất khí quyển.

Mở van đầu vào.

Lặp lại hai bước cuối cùng một số lần chu kỳ (xem bảng bên dưới) để làm sạch bình chứa một cách hiệu quả khỏi khí ban đầu trong bình chứa.

Quan sát dấu vết của chất lỏng ở đầu ống xả.

Sau chu trình cuối cùng, trước tiên đóng van ống nối dài và, sau khi áp suất đã tích tụ đến áp suất bình chứa, đóng van lấy mẫu.

Lưu ý áp suất bình chứa.

Lưu ý nhiệt độ nguồn.

Đóng các van đầu vào và đầu ra của bình chứa.

Giảm áp đường dẫn mẫu.

Lấy bình chứa mẫu ra.

Kiểm tra sự rò rỉ bằng cách ngâm các van trong nước, cần thiết thì sử dụng dung dịch xà phòng để kiểm tra rò rỉ.

Làm sạch các van bằng cách thổi khí.

Phụ lục E

(tham khảo)

Quy trình lấy mẫu theo phương pháp kiểm soát tốc độ

Các biện pháp phòng ngừa sau đây phải được quan sát khi lấy mẫu theo phương pháp này:

a) Áp suất nguồn phải đủ để tạo ra các điều kiện dòng chảy ổn định trong ống lưu lượng. Áp suất trong ống nối dài phải là 0,1 MPa hoặc cao hơn khi đi vào khí quyển.

b) Các van và đường ống trong thiết bị lấy mẫu có kích thước đủ lớn để cho phép dòng chảy đầu nguồn của ống lưu lượng là đủ chuẩn.

Việc sắp xếp lấy mẫu được thể hiện trong Hình E.1.

Hình E.1 - Phương pháp kiểm soát tốc độ

Quy trình lấy mẫu theo phương pháp này như sau:

Lắp đặt đầu dò lấy mẫu và làm sạch đầu dò bằng khí thiên nhiên.

Chọn thiết bị lấy mẫu phù hợp nhất. Điều này phụ thuộc vào áp suất lấy mẫu. Trong hầu hết các trường hợp, một bộ lấy mẫu thích hợp cho 0,8 MPa đến 3 MP a, hoặc một bộ lấy mẫu thích hợp cho 3 MPa đến 7 MPa có thể được dùng.

Lắp đặt các bình chứa mẫu.

Mở van mẫu và làm sạch bình chứa mẫu.

Đóng tất cả các van.

Mở van bi và van mẫu từ từ.

Từ từ mở van thoát hơi một chút.

Đóng van lấy mẫu và chờ cho đến khi áp suất trong đường dẫn lấy mẫu gần với áp suất khí quyển. Lặp lại quy trình làm sạch ba lần.

Đóng van thoát.

Mở van nạp từ từ và để bình chứa mẫu lên đến áp lực mong muốn.

Mở van thoát của bình chứa mẫu

Mở van cuối

Làm sạch bằng thổi khí ít nhất 1 min.

Trong quá trình thổi khí, lưu ý nhiệt độ của khí thiên nhiên và áp suất đầu ra của dòng khí ga qua bình chứa.

Đóng van cuối

Đóng van xả.

Đóng van đầu vào

Đóng van mẫu.

Lưu ý áp suất bình chứa và nhiệt độ vận hành

Mở van thoát và đợi cho đến khi áp suất giảm đến áp suất môi trường

Tháo thiết bị lấy mẫu và đầu dò, kiểm tra sự rò rỉ của bình chứa mẫu bằng cách ngâm các van vào nước, hay sử dụng dung dịch kiểm tra sự rò rỉ.

Đóng các van.

Phụ lục F

(tham khảo)

Quy trình lấy mẫu bằng phương pháp rút khí xylanh

Sự sắp xếp thiết bị được thể hiện trong hình F.1. Là một phương pháp thay thế cho rút khí xylanh, xylanh có thể được nạp đầy đến một áp lực dương với một chất khí mà sẽ không can thiệp với kỹ thuật phân tích được sử dụng. Khí thích hợp để sử dụng có thể là hydro hoặc helium. Hàm lượng không khí của bình chứa được giảm xuống một giá trị thấp bằng cách làm sạch bằng khí nén hoặc bằng cách rút khí và nạp đầy bằng khí nén. Sự xuất hiện của khí nén sẽ yêu cầu một số sửa đổi đối với phương pháp phân tích.

Nếu áp suất cuối cùng dưới áp suất khí quyển, áp suất mẫu phải ngay lập tức được tăng lên đến khoảng 0,03 MPa bằng cách nén với một loại khí không ảnh hưởng đến việc phân tích. Áp lực hiện thời ngay trước và sau khi điều áp phải được ghi lại.

Hình F.1 - Phương pháp rút khí xylanh

Quy trình lấy mẫu theo phương pháp rút khí xylanh như sau:

a) Chuẩn bị xylanh

Rút khí bình chứa mẫu đến áp suất 100 Pa hoặc nhỏ hơn. (Sử dụng một xylanh đã được rút khí và qua thử nghiệm để rút chân không.)

Kiểm tra, trước khi sử dụng rút chân không, với một máy đo chân không để chắc chắn van không bị rò rỉ.

b) Lấy mẫu

Lắp đặt đầu dò lấy mẫu.

Làm sạch đầu dò bằng khí trong đường ống.

Lắp đặt hộp bình mẫu như trong hình F.1

Từ từ làm sạch đường dẫn mẫu bằng khí để thay thế không khí bằng cách mở một phần van thông gió và van mẫu cho đến khi khí chảy chậm ra khỏi van thông hơi.

Đóng van mẫu và cho phép đường dẫn khí mẫu thoát ra cho đến khi đạt đến áp suất khí quyển.

Đóng van thông hơi.

Mở hoàn toàn van mẫu.

Từ từ mở van vào của thùng chứa, cho phép áp suất thùng chứa tăng lên đến áp suất nguồn.

CHÚ THÍCH: Trong một số trường hợp, ngưng tụ có thể được loại khỏi mẫu ở áp suất nhỏ hơn áp suất nguồn (Phương pháp áp suất giảm)

Đóng van vào của bình chứa và van lấy mẫu.

c) Chuẩn bị cho vận chuyển

Mở van thoát để giảm áp trong đường mẫu.

Lấy bình chứa mẫu

Kiểm tra sự rò rỉ của van vào xylanh bằng cách ngâm trong nước hoặc tốt hơn là dùng detector rò rỉ.

Nút chặt van

Phụ lục G

(tham khảo)

Hướng dẫn tính thời gian lưu

Giả định dòng chảy rối, một ống nằm ngang không gấp khúc, hay không có sự ngăn cản nào, phương trình dưới đây cho dòng khí trong đường ống (xem Tiêu chuẩn tham khảo [3], Phụ lục J):

Kết quả thời gian lưu (t_res)

trong đó

A  là diện tích mặt cắt ống, m²

ρ  là khối lượng riêng của khí, kg/m³

D  là đường kính ống, m

I  là vận tốc khí, m/s

L  là chiều dài ống, m

m  là tốc độ khối lượng dòng khí, kg/s

p  là áp suất (tuyệt đối), pascal

  là ứng suất trượt ở bề mặt ống, Newton/m²

t_res  thời gian lưu, s

i  đầu vào trung bình

f  đầu ra trung bình

Với dòng ra ở 0 °C và 100 kPa, từ hình G.1 đến G.6 cho kết quả bằng đồ thị nhận được từ các phương trình trên

VÍ DỤ

Đường kính: 4 mm = 0,004 m

Tốc độ dòng: 8 L/min = 13,3 x 10^-5 m³/s

Chiều dài: 100 m

Áp suất đầu vào: 1,8 x 10^-5 Pa (gauge)

Áp suất đầu ra: khí quyển = 1,1 x 10^-5 Pa

Ta có t_res = 12,18 s

Hình G.1 - Áp suất đầu vào là hàm của lưu lượng đầu ra (đường kính ống bên trong 3 mm)

Hình G.2 - Áp suất đầu vào là hàm của lưu lượng đầu ra (đường kính ống bên trong 4 mm)

Hình G.3 - Áp suất đầu vào là hàm của lưu lượng đầu ra (đường kính ống bên trong 5 mm)

Hình G.4 - Thời gian thổi làm sạch là hàm của lưu lượng (đường kính ống bên trong 3 mm)

Hình G.5 - Thời gian thổi làm sạch là hàm của lưu lượng (đường kính ống bên trong 4 mm)

Hình G.6 - Thời gian thổi làm sạch là hàm của lưu lượng (đường kính ống bên trong 5 mm)

Phụ lục H

(tham khảo)

Bảng hệ số-t Student

Hình H.1 - Giá trị phân vị t_p đối với phân bố t của hàm Student với bậc tự do v (vùng sẫm = p)

Bảng H.1 - Các giá trị-t của hàm Student

Phụ lục J

(tham khảo)

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] ISO 7504:1984, Gas analysis - Vocabulary (Phân tích khí- Từ vựng)

[2] Campbell H.M., "Gas conditioning and processing” volume 1, Campbell petroleum series, 1984, p.81. 82. ("Ổn định và chế biến khí", tập 1, dãy dầu mỏ Campbell, 1984, trang 81. 82) ("Xử lý và chế biến khí", tập 1, bộ sách dầu mỏ Campbell, 1984, trang 81. 82).

[3] Comish D.C., Jepson G., and Smurthwaite M.J.: "Sampling systems for processing analysers" (Các hệ thống lấy mẫu cho thiết bị phân tích trong quá trình chế biến)

[4] API: Manual petroleum measurement standard, Chapter 14 - Natural gas fluid measurement - Section 1: "Collecting and handling of natural gas samplies for custody transfer" (Viện Năng lượng Hoa Kỳ: Sổ tay đo lường dầu mỏ, Chương 14 - Phép đo dòng khí thiên nhiên - Phần 1: “Thu gom và xử lý các mẫu khí thiên nhiên cho giao nhận thương mại")

[5] GPA Standard 2261: "Methods of analysis for natural gas and similar gaseous mixtures by gas chromatography" (Tiêu chuẩn GPA 2261: "Phương pháp phân tích khí thiên nhiên và các hỗn hợp dạng khí tương tự bằng sắc ký khí").