專利名稱：一種基于天然氣組分光譜分析的天然氣熱值計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光譜學(xué)、燃料化學(xué)的交叉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于天然氣組分光譜分析的天然氣熱值計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
光譜分析技術(shù)是基于物質(zhì)與輻射能作用時(shí)，測(cè)量由物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生量子化能級(jí)之間的躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射輻射的波長和強(qiáng)度進(jìn)行物質(zhì)組分分析的技術(shù)，具有分析精度高、測(cè)量范圍大、速度快等優(yōu)點(diǎn)。目前我國商品天然氣仍采用體積計(jì)價(jià)，由于不同氣源的天然氣熱值差異很大，會(huì)造成相同價(jià)值下商品使用價(jià)值的差異性，而以天然氣熱值計(jì)價(jià)， 體現(xiàn)按質(zhì)論價(jià)的原則，是商品經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。傳統(tǒng)的天然氣熱值檢測(cè)主要利用熱值儀，應(yīng)用熱平衡原理，首先對(duì)樣氣進(jìn)行穩(wěn)壓減壓，并測(cè)得氣體密度，二次減壓后，與助燃?xì)怏w充分混合，進(jìn)入燃燒室，點(diǎn)燃，通過測(cè)量進(jìn)入燃燒室前后混合氣體的溫差△ T推算天然氣熱值。 此方法需要極其嚴(yán)格的流量、氣壓及溫度控制，系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，維護(hù)代價(jià)高昂，且故障頻發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，采用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的方式，利用傅里葉紅外光譜儀對(duì)天然氣組分進(jìn)行精確定量分析，再運(yùn)用數(shù)學(xué)方法對(duì)樣品熱值進(jìn)行推算，為天然氣以熱值計(jì)價(jià)提供依據(jù)。本發(fā)明是通過下述的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種基于天然氣組分光譜分析的天然氣熱值計(jì)算方法，其裝置包括傅里葉變換紅外光譜儀、溫度計(jì)、負(fù)壓壓力表、真空泵、計(jì)算機(jī)、天然氣(在管道中傳輸)、耐壓檢測(cè)管線(設(shè)有耐壓透明材質(zhì)的探測(cè)孔)和多個(gè)閥門。將管道中的天然氣樣品引入已采集背景頻譜的耐壓管線內(nèi)，在輸氣狀態(tài)下采集頻譜，得出各組分占比，根據(jù)氣體混合定律計(jì)算天然氣熱值。本發(fā)明方法的實(shí)施步驟為
步驟一搭建好檢測(cè)裝置后，首先采集管線探測(cè)孔范圍的背景頻譜(它是對(duì)沒有樣品氣體時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)的測(cè)量，光譜儀收集到的樣品頻譜包含背景頻譜的特征，需要將其存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)再從樣品頻譜中依比例去除)。采集背景頻譜前需要排空管線內(nèi)原有空氣的污染，使用真空泵排空管線，隨后采集背景頻譜，具體步驟為
1、在所有閥門都關(guān)閉，檢測(cè)管線內(nèi)未引入天然氣的前提下，打開真空泵閥門，等待壓力表讀數(shù)降到0. 1毫米汞柱以下并且保持恒定；
2、待管線中已沒有任何殘留氣體，采集背景頻譜。若真空泵的振動(dòng)干擾了頻譜的采集， 可以先關(guān)閉真空泵閥門，后關(guān)閉真空泵，隨后采集背景頻譜(注意此時(shí)壓力表讀數(shù)不應(yīng)有明顯變動(dòng))。步驟二 采集背景頻譜之后立即采集天然氣樣品頻譜。具體步驟為
1、關(guān)閉真空泵閥門，關(guān)閉真空泵后，記錄溫度計(jì)讀數(shù)。緩慢打開并調(diào)整管線左閥門，當(dāng)天然氣充滿管線后，打開管線右閥門，使天然氣在相同于管道壓力下連續(xù)流經(jīng)檢測(cè)管線；2、當(dāng)檢測(cè)管線內(nèi)氣體流速穩(wěn)定，記錄壓力表讀數(shù)，用紅外光譜儀掃描混合氣體樣本，產(chǎn)生光譜數(shù)據(jù)樣本。用計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)接口對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，光譜數(shù)據(jù)樣本經(jīng)計(jì)算機(jī)中的SVM校正模型處理得出混合氣體組分濃度和組分種類推算出各組分。利用光的現(xiàn)場(chǎng)壓力、溫度為反演參數(shù)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理，得出在20°C，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積占比。步驟三按照氣體混合定律計(jì)算天然氣熱值。實(shí)際應(yīng)用中，燃?xì)獾乃魵馔ǔＲ詺怏w狀態(tài)排出，因此本發(fā)明以天然氣低位熱值進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)ISO 6976:1995，在燃燒參比溫
度4下，計(jì)量參比溫度為G ,壓力為P2的天然氣理想氣體體積低熱值按下式計(jì)算
權(quán)利要求
1. 一種基于天然氣組分光譜分析的天然氣熱值計(jì)算方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一采集管線探測(cè)孔范圍的背景頻譜；1-1、在所有閥門都關(guān)閉，檢測(cè)管線內(nèi)未引入天然氣的前提下，打開真空泵閥門，等待壓力表讀數(shù)降到0.1毫米汞柱以下并且保持恒定；1-2、待管線中已沒有任何殘留氣體，采集背景頻譜；若真空泵的振動(dòng)干擾了頻譜的采集，可以先關(guān)閉真空泵閥門，后關(guān)閉真空泵，隨后采集背景頻譜；步驟二 采集背景頻譜之后立即采集天然氣樣品頻譜；2-1、關(guān)閉真空泵閥門，關(guān)閉真空泵后，記錄溫度計(jì)讀數(shù)；緩慢打開并調(diào)整管線左閥門， 當(dāng)天然氣充滿管線后，打開管線右閥門，使天然氣在相同于管道壓力下連續(xù)流經(jīng)檢測(cè)管線.一入 ，2-2、當(dāng)檢測(cè)管線內(nèi)氣體流速穩(wěn)定，記錄壓力表讀數(shù)，用光譜儀采集天然氣的頻譜；以現(xiàn)場(chǎng)壓力、溫度為反演參數(shù)，用計(jì)算機(jī)依據(jù)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理，推算出各組分在20°C， 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積占比；步驟三按照氣體混合定律計(jì)算天然氣熱值；根據(jù)ISO 6976 :1995，在燃燒參比溫度4下，計(jì)量參比溫度為G，壓力力的天然氣理想氣體體積低熱值按下式計(jì)算
全文摘要
本發(fā)明公布了一種基于天然氣組分光譜分析的天然氣熱值計(jì)算方法。現(xiàn)有技術(shù)天然氣仍采用體積計(jì)價(jià)，不同氣源的天然氣熱值差異很大。本發(fā)明用紅外光照射被測(cè)物質(zhì)，測(cè)定它的吸光度，再根據(jù)吸光度計(jì)算被測(cè)組分的含量。利用傅里葉紅外光譜儀，通過紅外光譜分析測(cè)得的管道內(nèi)混合氣體各組分濃度，推算體積分?jǐn)?shù)，計(jì)算得出天然氣的熱值，為實(shí)現(xiàn)天然氣以熱值計(jì)價(jià)提供了可能。本發(fā)明應(yīng)用光譜分析技術(shù)，具有高分辨率、高靈敏度、高信噪比、快速的特點(diǎn)，系統(tǒng)體積緊湊、穩(wěn)定性高。
文檔編號(hào)G01N21/37GK102435581SQ20111029814
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者劉維, 單良, 孔明, 崔穎, 趙軍, 郭天太, 陳淑星 申請(qǐng)人:中國計(jì)量學(xué)院