نقطة ندى الهيدروكربون

تعتمد الطرق النظرية على تحليل مكونات خليط الغاز (عادةً باستخدام كروماتوغرافيا الغاز ، GC)، ثم تستخدم معادلة الحالة لحساب نقطة الندى للخليط عند ضغط معين. وتُعدّ معادلات الحالة Peng–Robinson وKwong–Redlich–Soave الأكثر شيوعًا لتحديد نقطة الندى الحرجة في صناعة الغاز الطبيعي.

تعاني الطرق النظرية التي تستخدم تحليل GC من أربعة مصادر للخطأ:

• يُعدّ خطأ أخذ العينات المصدر الأول للخطأ . تعمل خطوط الأنابيب تحت ضغط عالٍ. ولإجراء تحليل باستخدام جهاز كروماتوغرافيا الغاز الميداني، يجب خفض الضغط إلى ما يقارب الضغط الجوي . أثناء عملية خفض الضغط، قد تترسب بعض المكونات الأثقل، خاصةً إذا تم خفض الضغط في منطقة التدفق العكسي. لذلك، يختلف الغاز الواصل إلى جهاز كروماتوغرافيا الغاز اختلافًا جوهريًا (عادةً ما يكون أقل تركيزًا بالمكونات الثقيلة) عن الغاز الفعلي في خط الأنابيب. في المقابل، إذا تم جمع عينة من زجاجة لإرسالها إلى المختبر لتحليلها، فيجب توخي الحذر الشديد لتجنب إدخال أي ملوثات إلى العينة، والتأكد من أن زجاجة العينة تمثل الغاز الفعلي في خط الأنابيب، واستخلاص العينة كاملةً بشكل صحيح في جهاز كروماتوغرافيا الغاز المختبري.
• المصدر الثاني هو الخطأ في تحليل مكونات مزيج الغاز. عادةً ما يكون لجهاز كروماتوغرافيا الغاز الميداني خطأ بنسبة 2% تقريبًا (من النطاق) في كمية كل غاز مُحلل، وذلك في أفضل الأحوال (في ظل ظروف مثالية ومعايرة متكررة). وبما أن نطاق معظم أجهزة كروماتوغرافيا الغاز الميدانية لمكونات C6 يتراوح بين 0 و1  مول%، فسيكون هناك  عدم يقين بنسبة 0.02 مول% تقريبًا في كمية مكونات C6+. ورغم أن هذا الخطأ لا يُغير القيمة الحرارية بشكل كبير، إلا أنه يُدخل خطأً ملحوظًا في تحديد HCDP. علاوة على ذلك، ولأن التوزيع الدقيق لمكونات C6+ غير معروف (كمية C6، C7، C8، ...)، فإن هذا يُدخل أخطاءً إضافية في أي حسابات لـ HCDP. عند استخدام جهاز كروماتوغرافيا غاز C6+، قد تصل هذه الأخطاء إلى 100  درجة فهرنهايت أو أكثر، اعتمادًا على مزيج الغاز والافتراضات المُعتمدة بشأن تركيب جزء C6+. بالنسبة للغاز الطبيعي "ذي الجودة المُستخدمة في خطوط الأنابيب"، قد يُقلل تحليل C9+ GC من عدم اليقين، لأنه يُزيل خطأ توزيع C6-C8. مع ذلك، أظهرت دراسات مستقلة أن الخطأ التراكمي قد يظل كبيرًا جدًا، وفي بعض الحالات يتجاوز 30 درجة مئوية. يمكن لتحليل C12+ GC المخبري باستخدام كاشف التأين اللهبي (FID) أن يقلل الخطأ بشكل أكبر. لكن استخدام نظام C12 المخبري قد يُدخل أخطاءً إضافية، وتحديدًا خطأ أخذ العينات. إذا كان لا بد من جمع الغاز في زجاجة عينة وشحنه إلى المختبر لتحليل C12، فقد تكون أخطاء أخذ العينات كبيرة. من الواضح أيضًا وجود خطأ زمني بين وقت جمع العينة ووقت تحليلها. ^{[ 5 ]}
• المصدر الثالث للأخطاء هو أخطاء المعايرة. يجب معايرة جميع أجهزة كروماتوغرافيا الغاز بشكل دوري باستخدام غاز معايرة يُمثل الغاز قيد التحليل. إذا لم يكن غاز المعايرة مُمثلاً، أو لم تُجرَ المعايرات بشكل دوري، فستحدث أخطاء.
• يتعلق المصدر الرابع للخطأ بالأخطاء الكامنة في نموذج معادلة الحالة المستخدم لحساب نقطة الندى. وتختلف النماذج المختلفة في مقدار الخطأ باختلاف أنظمة الضغط ومزيج الغازات. وفي بعض الأحيان، يحدث تباين كبير في نقطة الندى المحسوبة بناءً على اختيار معادلة الحالة المستخدمة فقط.

تتمثل الميزة الرئيسية لاستخدام النماذج النظرية في إمكانية تحديد نقطة التكثيف الحراري عند ضغوط متعددة (بالإضافة إلى نقطة التكثيف الحراري) من تحليل واحد. وهذا يتيح استخدامات تشغيلية مثل تحديد طور التيار المتدفق عبر مقياس التدفق، وتحديد ما إذا كانت العينة قد تأثرت بدرجة الحرارة المحيطة في نظام العينة، وتجنب تكوّن رغوة الأمين من الهيدروكربونات السائلة في جهاز التلامس مع الأمين . ومع ذلك، فقد أدت التطورات الحديثة في دمج الأساليب التجريبية وتحسينات البرمجيات إلى التغلب على هذا القصور (انظر النهج التجريبي والنظري المدمج أدناه).

يشمل موردو أجهزة GC الذين لديهم منتج يستهدف تحليل HCDP شركة Emerson، ^{[ 6 ]} ABB، Thermo-fisher، بالإضافة إلى شركات أخرى.

في الطرق "التجريبية"، يتم تبريد سطح يتكثف عليه الغاز، ثم قياس درجة الحرارة التي يحدث عندها التكثف. وتنقسم هذه الطرق إلى أنظمة يدوية وأخرى آلية. تعتمد الأنظمة اليدوية ، مثل جهاز اختبار نقطة الندى التابع لمكتب المناجم، على مُشغّل لتبريد المرآة المبردة يدويًا ببطء، والكشف البصري عن بداية التكثف. أما الطرق الآلية ، فتستخدم أنظمة تحكم آلية لتبريد المرآة، ومستشعرات للكشف عن كمية الضوء المنعكس منها، وتحديد وقت حدوث التكثف من خلال التغيرات في الضوء المنعكس. تُعد تقنية المرآة المبردة قياسًا أساسيًا. وبحسب الطريقة المُستخدمة لتحديد درجة حرارة نقطة الندى، قد يلزم إجراء بعض الحسابات التصحيحية. ولأن التكثف يجب أن يكون قد حدث بالفعل ليتم رصده، فإن درجة الحرارة المُسجلة تكون أقل من تلك المُسجلة باستخدام الطرق النظرية. ^{[ 5 ]}

على غرار تحليل كروماتوغرافيا الغاز، تخضع الطريقة التجريبية لمصادر محتملة للخطأ. يكمن الخطأ الأول في اكتشاف التكثف. يُعدّ عنصرًا أساسيًا في قياسات نقطة الندى باستخدام المرآة المبردة هو دقة اكتشاف التكثف - بمعنى آخر، كلما كان الغشاء أرق عند اكتشافه، كان ذلك أفضل. يعتمد جهاز المرآة المبردة اليدوي على المُشغّل لتحديد متى يتشكل الضباب على المرآة، وقد يكون هذا الأمر، بحسب الجهاز، شديد الذاتية. كما أنه ليس من الواضح دائمًا ما يتكثف: الماء أم الهيدروكربونات. نظرًا لانخفاض الدقة المتاحة تقليديًا، كان المُشغّل يميل إلى التقليل من قيمة نقطة الندى المُسجلة، أي تسجيل درجة حرارة نقطة الندى أقل من قيمتها الحقيقية. ويعود ذلك إلى أنه بحلول الوقت الذي يتراكم فيه التكثف بما يكفي ليُصبح مرئيًا، تكون نقطة الندى قد تم الوصول إليها وتجاوزت. تُتيح أحدث الأجهزة اليدوية دقةً مُحسّنة بشكل كبير في الإبلاغ. يوجد مصنعان لأجهزة قياس نقطة الندى اليدوية، وكلا جهازيهما يفي بمتطلبات أجهزة قياس نقطة الندى كما هو محدد في دليل الجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM) لتحليل الهيدروكربونات. ومع ذلك، توجد اختلافات كبيرة بين الأجهزة - بما في ذلك الدقة البصرية للمرآة وطريقة تبريدها - وذلك تبعًا للمصنع.

توفر أجهزة المرايا المبردة الآلية نتائج أكثر دقة وقابلية للتكرار، إلا أن هذه القياسات قد تتأثر بالملوثات التي قد تُلحق الضرر بسطح المرآة، مع العلم أن أحدث أجهزة التحليل تُزيل هذا الخطأ باستخدام تقنيات التحليل الطيفي. في كثير من الأحيان، من المهم دمج نظام ترشيح فعال يُهيئ الغاز للتحليل. من جهة أخرى، قد يُغير الترشيح تركيب الغاز قليلاً، كما أن عناصر الترشيح عُرضة للانسداد والتشبع. أدت التطورات التكنولوجية إلى ظهور أجهزة تحليل أقل تأثراً بالملوثات، كما أن بعض الأجهزة قادرة على قياس نقطة تكثف الماء الموجود في الغاز. من الابتكارات الحديثة استخدام التحليل الطيفي لتحديد طبيعة المُكثف عند نقطة التكثف. يستخدم جهاز آخر قياس التداخل الليزري لتسجيل كميات ضئيلة للغاية من التكثف. يُؤكد أن هذه التقنيات أقل تأثراً بتداخل الملوثات. مصدر آخر للخطأ هو سرعة تبريد المرآة وقياس درجة حرارتها عند اكتشاف التكثف. يمكن تقليل هذا الخطأ عن طريق التحكم في سرعة التبريد، أو وجود نظام سريع للكشف عن التكثيف.

لا توفر الطرق التجريبية سوى قيمة HCDP عند الضغط الذي أُجري عنده القياس، ولا يمكنها تحديد قيمة cricondentherm أو HCDP عند ضغوط أخرى. وبما أن قيمة cricondentherm للغاز الطبيعي تبلغ عادةً حوالي 27 بار، تتوفر حاليًا أنظمة لتحضير الغاز تُعدّل ضغط الإدخال إلى هذه القيمة. مع ذلك، ولأن مشغلي خطوط الأنابيب غالبًا ما يرغبون في معرفة قيمة HCDP عند ضغط خطهم الحالي، يمكن تعديل ضغط الإدخال في العديد من الأنظمة التجريبية بواسطة منظم ضغط.

توجد أدوات يمكن تشغيلها إما يدويًا أو تلقائيًا من شركة Vympel ^{[ 7 ]} .

تشمل الشركات التي تقدم نظام مرايا مبردة آلي: Vympel، ^{[ 7 ]} وAmetek، وMichell Instruments، و Bartec Benke (طراز: Hygrophil HCDT). وتقدم ZEGAZ Instruments أجهزة تحليل تستخدم تقنية التحليل الطيفي لتحسين الدقة وتقليل مشاكل التلوث. ^{[ 8 ]}

يتمثل أحد الابتكارات الحديثة في الجمع بين المنهج التجريبي والنظري. فإذا تم تحليل تركيب الغاز باستخدام جهاز كروماتوغرافيا الغاز C6+، وتم قياس نقطة الندى تجريبياً عند أي ضغط، فإنه يمكن استخدام نقطة الندى التجريبية مع تحليل كروماتوغرافيا الغاز للحصول على مخطط طور أكثر دقة . يتغلب هذا النهج على العيب الرئيسي للمنهج التجريبي، وهو عدم معرفة مخطط الطور بالكامل. وتقدم شركة ستارلينج أسوشيتس مثالاً على هذا البرنامج.