燃气热值仪(共4页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上天然气热值仪的应用探讨（武汉四方光电科技有限公司 武汉 ）摘 要：本文对比了天然气热值分析的三种主要方法：水流式热量计、燃烧式热值仪、红外分析热值仪。并分析了这三种方法的应用特点：水流式热量计操作复杂，对测试环境条件要求高；燃烧式热值仪可实现连续热值分析，但测试结果受燃烧喷嘴进气压力的变化影响较大；红外分析热值仪燃气体积成分计算热值，可实现快速、便携热值分析，且精度能满足热值计价要求。关键词：天然气 热值仪 热量计专心-专注-专业1 前言天然气是一种干净、方便、优质、高效的能源,已经是国际能源市场上的重要商品。由于不同产地或不同形式获得的天然气，其物理、化学性质各有不

2、同，组分、热值、密度和燃烧特性等均存在很大差异。在天然气交易时,天然气的热值与密度是表明天然气质量的重要参数，其中热值直接影响交易价格。实施天然气热值计价可体现按质论价的原则，这是与国际惯例接轨的需要，有助于中国天然气工业的发展。目前城市燃气界，一般用水流式热量计、燃烧式热值仪测定燃气热值，或者根据燃气体积成分计算。其中使用体积成分计算可直接换算成摩尔成分，有利于和国际标准接轨，并把各种方法得到的热值归结到统一的基础上。本文从热值分析原理出发，探讨不同方法在天然气热值分析应用中的适用性。2 热值分析方法天然气热值分析通常采用水流式热量计、燃烧式热值仪和红外分析热值仪等不同方法，原理如下文。2.

3、1水流式热量计水流式热量计测量热值原理是一定量的燃气试样，在恒定压力和同等温度的空气条件下完全燃烧，将燃烧后的气体生成物冷却至原先燃气温度并将燃气中含氢的组分所生成的水蒸气冷却成冷凝水，这些总的热量都由水流完全吸收下来，从而经过热量计的水量和水流温升计算出燃气的测试热值，再将测试过程中各种必须考虑的修正值换算至标准状况下的燃气热值。如此测得燃气热值称为高位热值，也称为总热值或毛热值。高位热值减去燃气试量冷凝水量的气化热即该燃气的低位热值。图1 水流式热量计测量天然气热值装置2.2燃烧式热值仪燃烧式热值仪是应用热平衡原理测量净热值的。当燃气与空气混合燃烧，排气温度在5C 范围内的稳定性进行测量的

4、。当燃烧温度随着燃气的质量变化时，相应地调节冷空气的量被加进来。冷空气的量与测量值成比例关系，由此可计算出净热值。图2 燃烧式热值仪结构2.3红外分析热值仪异种原子构成的分子在红外线波长区域具有吸收光谱，其吸收强度遵循郎伯比尔定律。当对应某一气体特征吸收波长的光波通过被测气体时，其强度将明显减弱，强度衰减程度与该气体浓度有关，两者之间的关系遵守朗伯-比尔定律。因此通过检测红外光吸收率的变化可以得到天然气中的甲烷等成分的体积浓度。将每种可燃气体的单位发热值乘以相应组分的体积百分数，各组数据之和即为混合气体的热值。图3为红外光谱检测传感器的典型结构。1红外光源；2气室；3滤光片；4红外传感器；图3

5、 红外光谱检测传感器结构3不同方法热值仪应用分析燃气热值是城市燃气分析中的重要指标。随着西气东输工程的快速拓展，燃气热值指标也正在成为重要的民生指标。国际标准要求，根据天然气的摩尔成分用计算方法计算天然气的热值与密度。针对常用的热值分析仪应用特点对比如下：3.1 水流式热量计应用分析水流式热量计由热量计主体和标准容积瓶、湿式流量计、皮膜调压器、钟罩水封式稳压器、燃气增湿器、空气增湿器及燃烧器等组成的。主体是不锈钢外壳，采用48支8.50.5mm竖管束热交换器结构，热交换器接头银焊，整体镀铬，可提高耐腐蚀性。水流式热量计对测试环境要求较高。检定开始前，燃气增湿器、湿式气体流量计、气体稳压器内的水

6、温应与室温达到平衡，其温差不超过0.5。检定室内应没有热辐射影响、没有强空气对流，检定过程中室温波动不超过1。水流式热量计对人工操作也提出了较高的要求。测试前需要用标准容积瓶校正湿式流量计，控制和调节空气相对湿度和及出口水温差。测试时需要连续测试3次，并计算热值和相对极差。当相对极差大于0.5%时测试结果无效，还需要重新测量。水流式热量计的分析周期通常在10-15分钟，对操作人员素质要求较高，所以无法满足城市供气在线自动热值分析的要求。3.2 燃烧式热值仪应用分析燃烧式热值仪可对天然气的华白数、相对密度、热值进行连续、在线的自动检测和提供控制用信号。实际应用中热值仪检测准确度还受到以下因素的影

7、响：1) 根据热值仪的技术要求，热值仪燃烧喷嘴进气压力必须与热值仪本身的风压保持一致，即400 Pa，压力偏离此值，则会使热值仪检测结果产生偏差。试验发现燃烧喷嘴燃气进气压力的变化与热值、华白数的变化基本上成正比关。要确保检测结果符合热值仪测量精度2的要求，进气压力不能超过(4008)Pa；2) 用于标定热值仪的标准气则是恒定组成、恒定相对密度。而出厂燃气相对密度的波动范围很宽，也就是说，出厂燃气相对密度不可能与标准气完全一致。实际应用中发现燃气相对密度与标准气相对密度相差越大，热值仪检测误差就越大，需要对检测结果进行修正；3) 燃烧器对进气条件提出一定要求，样气处理效果的好坏将直接影响到热值

8、测量任务的成败；实际应用中由于预处理系统问题出现进气喷嘴堵塞现象较多，需要进行特别维护。3.3 红外分析热值仪应用分析红外测量方法可得到气体体积浓度，根据可燃气体的单位热值计算得到实际热值，同时实现了成分分析和热值分析。国际标准要求，根据天然气的摩尔成分用计算方法计算天然气的热值与密度，GB/T11062 天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法也是参照国际标准制定的国家参考标准。而使用体积成分计算可直接换算成摩尔成分，有利于统一天然气的按质计价标准。相比较于其他气体浓度测试方法，如色谱仪等，红外分析还具有快速、操作简单、易于便携、高性价比等特点。在实际应用中，红外分析热值仪还需要克服

9、以下问题：1) 大多数红外分析仪仅以CH4为测试对象，折合成碳氢化合物总量计算热值。天然气中主要成份是甲烷，还含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、等成分。根据红外吸收原理，如图4，乙烷等碳氢化合物在甲烷的特征波长3.3um左右有明显吸收干扰。当天然气中其他碳氢化合物含量较大时，CH4的测试值会明显偏大，导致热值测试不准。为避免此问题，通常采用实际天然气标准样来标定红外仪器。但当天然气气源发生变化或进行混气操作时，无法反应成分的实际变化和气源的单位热值变化，其热值测试值也无法保证精度。图4：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的红外吸收光谱 Gasboard天然气热值仪，采用了特殊的滤波技术，可实现无干扰的C

10、H4测量，准确反应天然气中甲烷成分的实际变化，有利于热值的准确分析。2) 天然气成分中除甲烷外，还含有其他可燃气成分，如乙烷等，也是天然气热值来源的重要部分。在保证CH4的测试准确性条件下，同时测量CnHm，计算热值，可保证热值实际测试的精确度。图4中乙烷、丙烷、丁烷的吸收峰在3.4um左右重叠，使用红外吸收原理无法完全独立分离测试这些碳氢化合物。同时乙烷、丙烷、丁烷等的单位热值也存在较大差异，测试CnHm总量时，需要选择合适的吸收波长和热值当量，以保证计算热值的准确性。Gasboard天然气热值仪针对天然气的成分特点，采用了合适的当量测试CnHm总量，对除去CH4以外的碳氢化合物热值进行准确

11、测量，保证了天然气实际热值的测试精度。4 结论本节对使用中的三种不同天然气热值检测方法进行比较并总结如下：水流式热量计操作环节复杂，对测试环境条件要求高，测试过程长，受人为因素影响较大，无法满足在线自动热值分析要求，可作为实验室参比方法使用。燃烧式热值仪自动化程度高，但燃烧条件对测试结果影响较大，如进气压力、气源变化等，需要针对性做修正调整。为保证连续运行效果，对样气预处理系统也提出较高要求。红外分析热值仪可准确测试天然气中CH4和CnHm的含量，反应天然气中实际成分的变化并得到准确的热值，有利于天然气的质量评估，有利于和国际标准和国家标准要求接轨。仪器结构简单，可灵活应用于现场或实验室测试。应用时也要注意采样预处理的要求，避免光学池污染造成的仪器误差。参考文献1 国家质量技术监督局，GB/T11062 天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法（S）2 熊友辉，蒋泰毅.电调制非分光红外气体传感器J.仪表技术与传感器，2003（5）：4-9.