关于H2S探头现场标定重复率低的问题

摘 要：现场对H2S探头标定时重复率低,甲方监督疑虑较高,本文从气体状态方程及H2S探头工作原理入手分析其原因,以求得到该问题的合理解释及解决方法.

关 键 词：H2S探头标定气体状态方程工作原理解释解决方法

目前录井现场对H2S探头的标定方法是使用气囊从20ppm的H2S样气瓶中取一定体积H2S样品气对H2S探头进行标定.在重复效验时,H2S探头监测显示出来的H2S浓度往往不是20ppm,有时低于20ppm,有时高达50ppm,重复率低,以致于甲方监督对我们的样品气浓度是否标准产生怀疑,现场人员对该问题也难以进行合理解释.本文准备从样品气浓度及H2S探头工作原理进行分析,以求得到该问题的合理解释及解决方法.

H2S浓度在日常工作中经常使用的表示方法有以下两种：（1）H2S气体体积百分含量（VH2S/V样品气）,单位为ppm,也就是我们常说的ppm浓度；（2）H2S气体密度（MH2S/V样品气）,单位为mg/m3.

1.样品气体积变化时H2S浓度是否变化

（1）样品气状态变化时H2S气体体积百分含量是否变化

根据气体状态方程,我们可以得出：

等等等等等等等等①,

等等等等等等等等②；

通过①、②相除我们可以得到,即体积变化前后H2S气体体积百分含量不变,即ppm浓度不随样品气状态变化发生变化.

（2）样品气状态变化时H2S气体密度是否变化

H2S气体密度,顾名思义就是单位体积内的H2S气体质量,所以气体状态变化前后的H2S气体密度分别为：,,我们知道气体质量并不随气体状态变化而变化,因此,所以我们可以得出,也就是说H2S气体密度与样品气体积成反比关系,即体积变得越小,H2S气体密度越大,体积变得越大H2S气体密度越大.

由此我们可以得出：样品气状态发生变化时H2S气体密度与样品气体积成反比,而H2S气体体积百分含量不随气体状态变化而变化,即H2S气体体积百分含量为固定值,也就是说样品气状态发生变化时H2S气体密度与H2S气体体积百分含量无关.

2、气体状态不变,H2S气体密度与H2S气体体积百分含量的关系

气体分子在空间中是均匀分布的,由此我们知道状态相同的H2S气体在相同大小的体积中的分子数是相同的,即质量是一定的.由此我们可以得出在P、T不变时,（R为常量）,进一步我们可以得到：,即2S气体密度与H2S气体体积百分含量成正比.

3.H2S探头工作原理分析

《DM-200硫化氢中文说明书》中对H2S探头工作原理描述为：“探测是通过在传感器电极的表面发生化学反应来实现的.气体在电池中发生扩散.控制电路维持一个在传感器和电极之间的小的电压,保证没有电流或者在电极上维持固定的电压值（通常要接地）.电化学的反应使从阴极到阳极的电流发生变化.这个电流的变化与气体的浓度成比例,且是可逆的.传感器快速的反应可以连续的监控周围气体的情况.”从中看出H2S探头测量的是H2S气体浓度,但测的是哪个浓度并未说明.我们知道电化学反应产生的电流大小与单位体积中H2S分子的多少成比例,即与H2S的摩尔浓度成比例.我们知道H2S分子量是34,即摩尔质量为34克,即,进一步可以得出：,即H2S气体密度与H2S的摩尔浓度成正比.由此我们可以得出H2S探头实际测量的是H2S气体密度,后根据常温常压下H2S气体体积百分含量与H2S气体密度的比值关系折算为H2S气体体积百分含量（即ppm浓度）.

4.模拟计算

常温常压下将H2S浓度为20ppm的1m3样品气体积压缩成0.5m3,我们知道常温常压下,20ppm的H2S气体密度为30mg/m3,根据前文可以得出：,由此计算体积压缩后H2S气体密度为：,按常温常压H2S气体体积百分含量与H2S气体密度的比值关系折算H2S气体百分含量应为40ppm,即H2S探头检测体积变化后H2S气体浓度显示为40ppm.根据前文分析,我们知道H2S气体百分含量不变,仍为20ppm.由此我们可以很容易看出H2S标定重复率低的原因是因为样品气状态发生变化.

5.建议

根据前面的分析和计算,我们可以看出造成H2S标定重复率低的原因是因为样品气状态发生变化,而现场使用气囊取样标定又无法保证样品气状态始终为常温常压,因此建议：在室内使用减压阀将H2S样品气气压降至常压（1个标准大气压）,按《DM-200硫化氢中文说明书》要求控制气体流速（500ml/min）对探头进行标定,录井现场仅对探头进行效验是否能检测出H2S气体.