أنظمة قياس جودة الغاز الطبيعي وتحليله

تُقاس جودة الغاز الطبيعي في معظم تطبيقات القياس بواسطة جهاز الكروماتوغرافيا الغازية للعمليات يعمل على الخط مباشرة؛ إذ يفصل الجهاز مكونات الغاز ويحدد كسورها المولية، ثم تُحسب من هذا التركيب القيمة الحرارية والكثافة والكثافة النسبية ومؤشر ووبي (Wobbe Index). أما الملوِّثات مثل الماء والهيدروكربونات الثقيلة ومركّبات الكبريت فتُتابَع إما بتحليل كروماتوغرافي موسَّع أو بأجهزة تحليل مخصصة. وتنتقل النتائج إلى حاسوب التدفق لتدخل في حساب معامل الانضغاطية وفي تحويل كمية الغاز المقيسة إلى طاقة.

تركّز هذه الصفحة على الجانب التحليلي: أي الخصائص تُقاس ولماذا، وكيف تصل عيّنة ممثِّلة إلى جهاز التحليل، وكيف تُربط النتائج بنظام القياس. أما تقنيات العدّادات وبنية المحطة وقواعد حوكمة قياس نقل الملكية فلها صفحات مستقلة.

ما الذي يُقاس وفيمَ يُستخدم؟

جودة الغاز ليست رقمًا واحدًا؛ فالفوترة وحساب الانضغاطية ومواصفات خطوط الأنابيب وحماية المعدات اللاحقة تعتمد كلٌّ منها على خصائص مختلفة:

كيف يعمل جهاز الكروماتوغرافيا الغازية للعمليات؟

يحقن الجهاز على فترات منتظمة عيّنة صغيرة من الغاز في تيار من الغاز الحامل يدفعها عبر أعمدة الفصل. تخرج المكونات من الأعمدة في أزمنة مختلفة ويلتقطها كاشف؛ ويُستخدم كاشف التوصيل الحراري عادةً للمكونات الرئيسية، بينما يمكن اختيار أنواع أخرى من الكواشف للتراكيز المنخفضة ولمركّبات الكبريت. وفي نهاية كل دورة تحليل يُصدر الجهاز التركيب، وتُشتق منه القيمة الحرارية والكثافة ومؤشر ووبي وفق طرق حساب معرَّفة في المعايير الدولية.

يتحدد نطاق التحليل بحسب التطبيق. ففي الفوترة يكفي غالبًا الإبلاغ عن المكونات الرئيسية مع جمع الهيدروكربونات الثقيلة في مجموعة واحدة، أما حساب نقطة ندى الهيدروكربونات فيتطلب تحليلًا موسَّعًا يفصل المكونات الأثقل تفصيلًا. ويُعايَر الجهاز ويُتحقق منه دوريًا بغاز معايرة معلوم التركيب، كما توجد طريقة قياسية مستقلة لتقييم ملاءمة النظام التحليلي للغرض ضمن نطاق التركيب المتوقع وحدود الخطأ المقبولة.

أخذ العينات وتكييفها: من هنا تبدأ موثوقية النتيجة

لا يمكن لأي جهاز تحليل أن يتجاوز جودة العيّنة التي تصله. فمهمة نظام العيّنات نقل الغاز من الخط الرئيسي دون تغيير تركيبه وبتأخير زمني مقبول. وأبرز اعتبارات التصميم:

·         مجسّ العيّنة وموقعه: وضع المجسّ في نقطة يكون فيها التدفق ممثِّلًا، بعيدًا عن المواضع المنخفضة التي قد تتجمع فيها السوائل.

·         خفض الضغط دون تكثف: يبرد الغاز عند انخفاض ضغطه، وإذا هبطت حرارة العيّنة دون نقطة الندى تكثفت المكونات الثقيلة وتغيّر التركيب؛ لذا يُخطَّط موضع خفض الضغط والتسخين اللازم معًا.

·         زمن التأخير: خطوط العيّنات الطويلة أو الواسعة تؤخر النتيجة، ويُقلَّل التأخير بحلقة سريعة وخطوط قصيرة وأقطار مناسبة.

·         الترشيح وتوافق المواد: تُبعد الجسيمات والقطيرات عن جهاز التحليل، وعند قياس مركّبات الكبريت تُختار أسطح مسار العيّنة بحيث لا تمتز هذه المركّبات.

·         التنفيس والإرجاع: يُحدَّد مصير غاز العيّنة والغاز الحامل بعد التحليل وفق تصنيف المنطقة الخطرة وقواعد الموقع.

تحاليل الرطوبة ونقطة الندى والكبريت

نقطة ندى الماء ومحتوى الماء وجهان للحالة نفسها، ويوجد ارتباط قياسي يتيح حساب أحدهما من الآخر. وتُعد مقاييس الرطوبة بالتكثف على سطح مبرَّد من الطرق المعرَّفة لهذا القياس، وتُستخدم تقنيات حساسات أخرى في التطبيقات المباشرة على الخط. أما نقطة ندى الهيدروكربونات فخاصية مستقلة تُراقَب خصوصًا في تغذية التوربينات الغازية والمحركات، حيث قد تُلحق الهيدروكربونات السائلة الضرر بمعدات الاحتراق.

يمكن قياس مركّبات الكبريت، ومنها كبريتيد الهيدروجين وكبريتيد الكربونيل والمركبتانات ورباعي هيدرو الثيوفين الذي يُضاف مادةً للرائحة في شبكات التوزيع، بأجهزة كروماتوغرافيا مزودة بكواشف انتقائية للكبريت أو بمحللات مخصصة. ويتوقف اختيار المركّبات المراقَبة وحدود كشفها على مواصفات عقد توريد الغاز وحساسية المعدات اللاحقة.

مقصورة المحللات وموقعها

تُركَّب أجهزة الكروماتوغرافيا والمحللات الأخرى عادةً في مقصورة تحليل أو حاوية واقية قريبة من خط القياس، مع تكييف يحفظ الأجهزة ضمن نطاق حرارة تشغيلها. وتُصمَّم معها الأنظمة المساندة: أسطوانات الغاز الحامل وغاز المعايرة، ولوحة تكييف العيّنة، ووصلات التنفيس، وكشف الغاز. ويؤثر تصنيف المنطقة الخطرة مباشرة في طريقة حماية المعدات الكهربائية داخل المقصورة وفي أسلوب تهويتها.

ربط بيانات التحليل بقياس نقل الملكية

تدخل بيانات الجودة إلى نظام القياس عبر مسارين: الأول حساب الانضغاطية، إذ يستخدم حاسوب التدفق التركيب الوارد من الكروماتوغراف عند تحويل الحجم الفعلي إلى الظروف المرجعية؛ والثاني حساب الطاقة، إذ يُضرب الحجم عند الظروف المرجعية أو الكتلة في قيمة حرارية ممثِّلة للحصول على كمية الطاقة. وتعامل وثائق المترولوجيا القانونية أجهزة تحديد القيمة الحرارية جزءًا من نظام القياس.

ينبغي قبل تصميم هذا الربط الإجابة عن أسئلة عدة: هل يمكن لكروماتوغراف واحد أن يمثّل أكثر من خط قياس؟ وما القيمة البديلة التي تُستخدم عند خروج المحلل من الخدمة لعطل أو معايرة؟ وكيف تُحفظ النتائج والإنذارات وسجلات المعايرة بصورة قابلة للتدقيق؟ ويُفصَّل الجانب التعاقدي والتنظيمي لهذه القرارات في صفحة قياس نقل الملكية.

معايير اختيار نظام التحليل

دعم TLY Enerji في مشاريع تحليل الغاز

تقدم TLY Enerji دعمًا هندسيًا يبدأ بتقييم غرض القياس وظروف العملية وصولًا إلى اختيار تقنية التحليل المناسبة، وتضم محفظة منتجاتها أجهزة الكروماتوغرافيا الغازية للعمليات. وبحسب نطاق المشروع يمكن أن تشمل الخدمات توريد المحللات والمعدات المساندة، وتركيب أجهزة تحليل العمليات واختبارها، ودمج نقل البيانات إلى حاسوب التدفق وأنظمة PLC أو SCADA، والتشغيل التجريبي والإدخال في الخدمة، والدعم الفني اللاحق. وتُحدَّد حدود نطاق التوريد، ومنها الجهة التي توفّر مقصورة التحليل، على أساس المواصفات الفنية.

المعلومات اللازمة لتحديد نطاق نظام التحليل

·         غرض استخدام النتائج: الفوترة على أساس الطاقة أو حساب الانضغاطية أو متابعة المواصفات أو حماية المستهلك

·         تقارير تحليل الغاز المتوفرة ومدى تغيّر مصادر الغاز

·         الخصائص المطلوب قياسها: التركيب، القيمة الحرارية، نقطة ندى الماء أو الهيدروكربونات، مركّبات الكبريت

·         نطاق الضغط والحرارة وقطر الخط عند نقطة أخذ العيّنة

·         عدد خطوط القياس وحواسيب التدفق التي سيخدمها المحلل

·         المساحة المتاحة للمقصورة ومناخ الموقع وتصنيف المنطقة الخطرة

·         نظام التحكم الذي ستُرسل إليه النتائج ومتطلبات تسجيل البيانات

حلول ذات صلة

·         محطات قياس الغاز الطبيعي لأغراض نقل الملكية: كيف تنعكس القيمة الحرارية على الفوترة بالطاقة وحوكمة القياس.

·         وحدات تكييف غاز الوقود وقياسه: دور نقطة ندى الهيدروكربونات وبيانات الجودة في تغذية التوربينات والمحركات.

·         محطات قياس الغاز الطبيعي: سلسلة خط القياس وتحويل الحجم التي تستخدم بيانات التحليل.

·         أنظمة قياس الغاز المُرسَل من محطات LNG: موقع الكروماتوغراف في قياس طاقة الغاز المعاد تغويزه.

أسئلة شائعة حول تحليل جودة الغاز

هل يمكن لجهاز كروماتوغرافيا واحد أن يخدم عدة خطوط قياس؟

نعم، بشرط أن يكون الغاز المحلَّل ممثِّلًا لجميع الخطوط التي يخدمها. ويشيع استخدام محلل واحد للخطوط المتوازية التي تتغذى من المصدر نفسه. أما إذا قيست غازات من مصادر مختلفة كلٌّ على حدة، أو اختلف الخليط من خط إلى آخر، فيلزم وجود نقاط أخذ عيّنات منفصلة أو محلل متعدد التيارات. ويُتخذ قرار تمثيل العيّنة بالاتفاق بين أطراف العقد ووفق التشريعات السارية.

ما الفرق بين نقطة ندى الماء ومحتوى الماء؟

يعبّر محتوى الماء عن كمية بخار الماء في الغاز، بينما نقطة ندى الماء هي درجة الحرارة التي يبدأ عندها هذا الماء بالتكثف عند ضغط معيّن. والقيمتان تصفان الحالة الفيزيائية نفسها، ويمكن حساب إحداهما من الأخرى بارتباط قياسي. ويتوقف اختيار القيمة التي يُبلَّغ عنها عادةً على صياغة مواصفات عقد توريد الغاز.

هل يمكن تحديد نقطة ندى الهيدروكربونات بجهاز الكروماتوغرافيا؟

يمكن ذلك عند إجراء تحليل موسَّع يفصل الهيدروكربونات الثقيلة تفصيلًا كافيًا لحساب نقطة الندى من التركيب. أما تحليل الفوترة المعتاد فيجمع المكونات الثقيلة في مجموعة واحدة، لذا قد لا يكفي لهذا الغرض. وتُعد المحللات التي تقيس نقطة الندى مباشرة خيارًا آخر، ويتوقف الاختيار على الدقة المطلوبة والغرض من مراقبة نقطة الندى.

كيف يستمر حساب الطاقة عند خروج الكروماتوغراف من الخدمة؟

يمكن تهيئة حاسوب التدفق لمواصلة الحساب بتركيب بديل محدد مسبقًا أو بآخر قيم صالحة خلال العطل أو المعايرة. وينبغي أن يتفق الأطراف مسبقًا على القيمة المستخدمة ومدتها وطريقة تمييز هذه الفترة في السجلات. وفي النقاط الحرجة يمكن النظر في محلل ثانٍ أو في بيانات محطة مجاورة كمصدر احتياطي.