天然氣水分檢測(cè)常用方法與進(jìn)展

所屬分類：建筑論文閱讀次時(shí)間：2019-11-20 16:12

本文摘要：摘要：天然氣是人們生活中所經(jīng)常使用到的能源，其中水分的檢測(cè)是非常重要的一環(huán)，本文通過(guò)物理和化學(xué)的原理將檢測(cè)水分的方法劃分為兩大類，并詳細(xì)介紹主流的水分檢測(cè)方法：卡爾費(fèi)休法、電解法、冷鏡露點(diǎn)法、晶體震蕩法、阻容法和可調(diào)二極管激光吸收光譜法，

　　摘要：天然氣是人們生活中所經(jīng)常使用到的能源，其中水分的檢測(cè)是非常重要的一環(huán)，本文通過(guò)物理和化學(xué)的原理將檢測(cè)水分的方法劃分為兩大類，并詳細(xì)介紹主流的水分檢測(cè)方法：卡爾·費(fèi)休法、電解法、冷鏡露點(diǎn)法、晶體震蕩法、阻容法和可調(diào)二極管激光吸收光譜法，對(duì)進(jìn)行水分檢測(cè)領(lǐng)域的研究具有一定的參考價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞：天然氣,微量水,露點(diǎn),檢測(cè)方法

天然氣

　　國(guó)內(nèi)外天然氣產(chǎn)量都保持著快速增長(zhǎng)的勢(shì)態(tài)[1,2]。天然氣中的水份會(huì)導(dǎo)致天然氣在運(yùn)輸過(guò)程中，通過(guò)溫度過(guò)低管道時(shí)造成管道冰堵，儲(chǔ)存時(shí)與氣體反應(yīng)產(chǎn)生水合物引起水堵，同時(shí)會(huì)與天然氣中的二氧化碳和硫化氫形成酸性物質(zhì)腐蝕管道與設(shè)備。本文將對(duì)天然氣的水分檢測(cè)各種設(shè)備運(yùn)行原理與目前前景做詳細(xì)的綜述，對(duì)進(jìn)行天然氣水分領(lǐng)域研究具有一定參考價(jià)值。

　　1天然氣中水分檢測(cè)

　　1.1水分檢測(cè)的原理

　　由于不同標(biāo)準(zhǔn)的要求，現(xiàn)在的水分檢測(cè)通常有水含量(ppm)，露點(diǎn)溫度(℃)和每立方米水含量(mg/m3)3種指標(biāo)。由于露點(diǎn)檢測(cè)更為直觀，所以在許多檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中，常常使用露點(diǎn)溫度作為標(biāo)準(zhǔn)，而不是水分含量。

　　1.1.1基于水露點(diǎn)檢測(cè)原理

　　根據(jù)ISO18453標(biāo)準(zhǔn)可知，天然氣的水分含量可轉(zhuǎn)化為水露點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。水露點(diǎn)指在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，逐漸降低溫度，天然氣中的水分的飽和水汽壓降低，達(dá)到與當(dāng)時(shí)氣體密度含量相等的飽和水汽壓時(shí)，氣相中將會(huì)分離出水液滴，此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度即是水分露點(diǎn)。在基于水露點(diǎn)檢測(cè)原理的方法中，最常見的是冷鏡露點(diǎn)法。

　　1.1.2基于水特性原理

　　水具有多種特征，通過(guò)水的特性來(lái)進(jìn)行氣體水含量的檢測(cè)是另一種檢測(cè)原理。例如，水能夠被電解產(chǎn)生電流，使用電化學(xué)原理來(lái)檢測(cè)氣體水分含量的電解法就是其中一種。

　　2天然氣水分主要檢測(cè)方法

　　2.1電解法

　　電解法的核心是通過(guò)電解水并產(chǎn)生電流來(lái)測(cè)量所測(cè)氣體中的水份含量。根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程PV=nRT可以算出在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力和常溫(20℃)下，單位時(shí)間進(jìn)入電解池之中的樣氣量。

　　2.2冷鏡露點(diǎn)法

　　冷鏡露點(diǎn)法的原理是通過(guò)將樣氣以一定的流速輸送至檢測(cè)裝置上，通過(guò)快速制冷來(lái)達(dá)到樣氣的飽和水汽壓，從而析出水滴，這時(shí)通過(guò)檢測(cè)當(dāng)時(shí)的溫度從而得到樣氣的露點(diǎn)值[6]。冷鏡式露點(diǎn)法的制冷經(jīng)過(guò)了多種方式的變革，測(cè)量范圍與精度都在不斷提高。具備操作方便，儀器穩(wěn)定且不易漂移，多次實(shí)驗(yàn)的重復(fù)率較高等特點(diǎn)。但對(duì)鏡面要求較高，不能污染鏡面，否則就會(huì)產(chǎn)生誤差甚至使設(shè)備失效。目前，在市面上主流的露點(diǎn)儀其精度都不超過(guò)0.1℃，準(zhǔn)確度不超過(guò)±0.5℃。

　　在國(guó)內(nèi)，用作標(biāo)準(zhǔn)使用的露點(diǎn)儀幾乎都來(lái)自于進(jìn)口儀器，包括美國(guó)的GE、英國(guó)的Michelle和瑞士的MBW等產(chǎn)品。冷鏡露點(diǎn)法的另一個(gè)核心在于對(duì)露點(diǎn)的識(shí)別�，F(xiàn)大部分國(guó)產(chǎn)露點(diǎn)儀采用的是目測(cè)法，也就是通過(guò)人的眼睛識(shí)別霜結(jié)成時(shí)刻，并記錄為露點(diǎn)。為了提高露點(diǎn)精度，有的操作員采用了兩次對(duì)比，記錄下結(jié)霜與消霜的時(shí)刻，兩相加求平均值來(lái)提高測(cè)量精度。趙士偉等人提出了通過(guò)采用圖像識(shí)別[7]，對(duì)圖片進(jìn)行灰度化[8]，再將各個(gè)紋理特征參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行方差比較[9,10]，然后通過(guò)算法判斷是否為霜點(diǎn)圖像，從而更為精準(zhǔn)地記錄下露點(diǎn)值。

　　2.3卡爾·費(fèi)休法

　　卡爾·費(fèi)休法由卡爾·費(fèi)休在1935年提出，是用于測(cè)定水分的容量分析方法，其是作為專門用于檢測(cè)容量水分的方法。在2002年，國(guó)家就頒布了在測(cè)量天然氣中水分時(shí)使用卡爾·費(fèi)休庫(kù)倫法的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法[11]�？�·費(fèi)休法又分為滴定法和庫(kù)倫電量法兩種方法，其方法可以適用于各種各樣無(wú)機(jī)化合物與有機(jī)化合物中水分含量的測(cè)定。兩種方法的核心都在于根據(jù)在化學(xué)反應(yīng)中所消耗出的碘的量，來(lái)計(jì)算出反應(yīng)樣品中的水分含量。

　　2.4可調(diào)二極管激光吸收光譜法(TDLAS)

　　TDLAS的核心在于各個(gè)不同分子對(duì)與紅外光在不同波段的吸收，也就是利用紅外吸收光譜[14]。紅外光譜一般是為分子的躍動(dòng)光譜[15]。紅外波段內(nèi)集合了大量的氣體分子基頻、泛頻和合頻譜帶，所以其中有著非常多的躍遷吸收線。而有許多相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)收集和列出了其各個(gè)分子吸收光譜線的參數(shù)與波長(zhǎng)范圍。

　　例如：HITRAN[16]、GEISA[17]等，但是必須要說(shuō)明的是，各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中所列舉的多為實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)證明收集，但由于在實(shí)際使用中，各種環(huán)境因素，如：溫度、氣壓、濕度等都會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生許多的影響。所以有許多專家學(xué)者通過(guò)模擬不同情況從而讀出了許多不同的光譜測(cè)量方法與數(shù)學(xué)模型。

　　2.5石英晶體振蕩法

　　石英晶體振蕩法的原理來(lái)源于石英晶體穩(wěn)定的震動(dòng)頻率，其實(shí)質(zhì)是由重量法所衍生的測(cè)量方法。其操作原理是先在石英晶體表面涂抹一層吸濕性的材料，然后將設(shè)備通入待測(cè)氣體，其中氣體中的水分將會(huì)被吸濕性材料吸收，黏附在石英晶體上。這時(shí)測(cè)量石英晶體的振蕩頻率，然后將設(shè)備氣體排空并通入干燥氣體使水分消散，這時(shí)再進(jìn)行測(cè)量石英晶體振蕩頻率。通過(guò)計(jì)量?jī)煞N情況振蕩頻率的變化值，從而算出氣體所含水分值[21]。

　　2.6阻容法

　　阻容法原理簡(jiǎn)單，是通過(guò)使用親水性或者是憎水性的材料來(lái)作為介質(zhì)進(jìn)行電路構(gòu)成。這兩種材料用來(lái)做成電容或者電阻，其核心為氧化鋁濕敏傳感器，常使用鍍膜電極、傳感器引線柱、多孔氧化鋁層和咬合鋁基極導(dǎo)線組成[26]。當(dāng)測(cè)量樣氣通過(guò)電路時(shí)，其中的水分會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生影響，電容中的介電常數(shù)或電阻中的電導(dǎo)率會(huì)發(fā)生變化，從而可以進(jìn)行水分含量的計(jì)算。

　　3方法比較

　　對(duì)以上檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比比較。由于不同檢測(cè)的不同要求，有的如天然氣CNG加氣站的車用壓縮天然氣技術(shù)要求是露點(diǎn)溫度低于或等于-54℃，所以在其中使用物理檢測(cè)。如冷鏡露點(diǎn)法就可以直接進(jìn)行露點(diǎn)溫度的檢測(cè)，而使用電解法就需要檢測(cè)出氣體水分含量體積分?jǐn)?shù)后，通過(guò)查表?yè)Q算出標(biāo)準(zhǔn)氣壓下水露點(diǎn)溫度。所以對(duì)于檢測(cè)器的選擇需要考慮多種方面。

　　4總結(jié)

　　可看出檢測(cè)儀器由于其檢測(cè)方法的不同，其條件、結(jié)果都會(huì)有所不同。目前，通過(guò)紅外線進(jìn)行氣體成分檢測(cè)已成為未來(lái)的一種主流，但水分檢測(cè)仍缺乏一種有效的標(biāo)定方式來(lái)檢測(cè)水分檢測(cè)器的準(zhǔn)確度。

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　　天然氣方向論文范文閱讀：天然氣區(qū)域管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)功能與規(guī)劃研究

　　摘要：天然氣是當(dāng)前我國(guó)各城市較為常用的能源產(chǎn)品，天然氣燃燒較為充分，空氣污染較小，且使用便利，在城市發(fā)展中很多區(qū)域都在積極進(jìn)行天然氣管網(wǎng)的布設(shè)，本文就天然氣區(qū)域管網(wǎng)的建設(shè)情況進(jìn)行了分析，而后就其管道規(guī)劃工作的要點(diǎn)進(jìn)行了探討。