专利名称：一种基于天然气组分光谱分析的天然气热值计算方法
技术领域：
本发明属于光谱学、燃料化学的交叉技术领域，具体涉及一种基于天然气组分光谱分析的天然气热值计算方法。
背景技术：
光谱分析技术是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行物质组分分析的技术，具有分析精度高、测量范围大、速度快等优点。目前我国商品天然气仍采用体积计价，由于不同气源的天然气热值差异很大，会造成相同价值下商品使用价值的差异性，而以天然气热值计价， 体现按质论价的原则，是商品经济发展的需要。传统的天然气热值检测主要利用热值仪，应用热平衡原理，首先对样气进行稳压减压，并测得气体密度，二次减压后，与助燃气体充分混合，进入燃烧室，点燃，通过测量进入燃烧室前后混合气体的温差△ T推算天然气热值。 此方法需要极其严格的流量、气压及温度控制，系统庞大而复杂，维护代价高昂，且故障频发。
发明内容
本发明针对现有技术不足，采用现场检测的方式，利用傅里叶红外光谱仪对天然气组分进行精确定量分析，再运用数学方法对样品热值进行推算，为天然气以热值计价提供依据。本发明是通过下述的技术方案实现的
一种基于天然气组分光谱分析的天然气热值计算方法，其装置包括傅里叶变换红外光谱仪、温度计、负压压力表、真空泵、计算机、天然气(在管道中传输)、耐压检测管线(设有耐压透明材质的探测孔)和多个阀门。将管道中的天然气样品引入已采集背景频谱的耐压管线内，在输气状态下采集频谱，得出各组分占比，根据气体混合定律计算天然气热值。本发明方法的实施步骤为
步骤一搭建好检测装置后，首先采集管线探测孔范围的背景频谱(它是对没有样品气体时系统响应的测量，光谱仪收集到的样品频谱包含背景频谱的特征，需要将其存储在计算机内再从样品频谱中依比例去除)。采集背景频谱前需要排空管线内原有空气的污染，使用真空泵排空管线，随后采集背景频谱，具体步骤为
1、在所有阀门都关闭，检测管线内未引入天然气的前提下，打开真空泵阀门，等待压力表读数降到0. 1毫米汞柱以下并且保持恒定；
2、待管线中已没有任何残留气体，采集背景频谱。若真空泵的振动干扰了频谱的采集， 可以先关闭真空泵阀门，后关闭真空泵，随后采集背景频谱(注意此时压力表读数不应有明显变动)。步骤二 采集背景频谱之后立即采集天然气样品频谱。具体步骤为
1、关闭真空泵阀门，关闭真空泵后，记录温度计读数。缓慢打开并调整管线左阀门，当天然气充满管线后，打开管线右阀门，使天然气在相同于管道压力下连续流经检测管线；2、当检测管线内气体流速稳定，记录压力表读数，用红外光谱仪扫描混合气体样本，产生光谱数据样本。用计算机通过数据接口对光谱数据进行接收，光谱数据样本经计算机中的SVM校正模型处理得出混合气体组分浓度和组分种类推算出各组分。利用光的现场压力、温度为反演参数，依据实验室数据进行反演处理，得出在20°C，一个标准大气压下的体积占比。步骤三按照气体混合定律计算天然气热值。实际应用中，燃气的水蒸气通常以气体状态排出，因此本发明以天然气低位热值进行计算。根据ISO 6976:1995，在燃烧参比温
度4下，计量参比温度为G ,压力为P2的天然气理想气体体积低热值按下式计算
权利要求
1. 一种基于天然气组分光谱分析的天然气热值计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一采集管线探测孔范围的背景频谱；1-1、在所有阀门都关闭，检测管线内未引入天然气的前提下，打开真空泵阀门，等待压力表读数降到0.1毫米汞柱以下并且保持恒定；1-2、待管线中已没有任何残留气体，采集背景频谱；若真空泵的振动干扰了频谱的采集，可以先关闭真空泵阀门，后关闭真空泵，随后采集背景频谱；步骤二 采集背景频谱之后立即采集天然气样品频谱；2-1、关闭真空泵阀门，关闭真空泵后，记录温度计读数；缓慢打开并调整管线左阀门， 当天然气充满管线后，打开管线右阀门，使天然气在相同于管道压力下连续流经检测管线.一入 ，2-2、当检测管线内气体流速稳定，记录压力表读数，用光谱仪采集天然气的频谱；以现场压力、温度为反演参数，用计算机依据实验室数据进行反演处理，推算出各组分在20°C， 一个标准大气压下的体积占比；步骤三按照气体混合定律计算天然气热值；根据ISO 6976 :1995，在燃烧参比温度4下，计量参比温度为G，压力力的天然气理想气体体积低热值按下式计算
全文摘要
本发明公布了一种基于天然气组分光谱分析的天然气热值计算方法。现有技术天然气仍采用体积计价，不同气源的天然气热值差异很大。本发明用红外光照射被测物质，测定它的吸光度，再根据吸光度计算被测组分的含量。利用傅里叶红外光谱仪，通过红外光谱分析测得的管道内混合气体各组分浓度，推算体积分数，计算得出天然气的热值，为实现天然气以热值计价提供了可能。本发明应用光谱分析技术，具有高分辨率、高灵敏度、高信噪比、快速的特点，系统体积紧凑、稳定性高。
文档编号G01N21/37GK102435581SQ20111029814
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者刘维, 单良, 孔明, 崔颖, 赵军, 郭天太, 陈淑星 申请人:中国计量学院