本文摘要：摘要：天然气是人们生活中所经常使用到的能源，其中水分的检测是非常重要的一环，本文通过物理和化学的原理将检测水分的方法划分为两大类，并详细介绍主流的水分检测方法：卡尔费休法、电解法、冷镜露点法、晶体震荡法、阻容法和可调二极管激光吸收光谱法，
摘要：天然气是人们生活中所经常使用到的能源，其中水分的检测是非常重要的一环，本文通过物理和化学的原理将检测水分的方法划分为两大类，并详细介绍主流的水分检测方法：卡尔·费休法、电解法、冷镜露点法、晶体震荡法、阻容法和可调二极管激光吸收光谱法，对进行水分检测领域的研究具有一定的参考价值。
关键词：天然气,微量水,露点,检测方法
国内外天然气产量都保持着快速增长的势态[1,2]。天然气中的水份会导致天然气在运输过程中，通过温度过低管道时造成管道冰堵，储存时与气体反应产生水合物引起水堵，同时会与天然气中的二氧化碳和硫化氢形成酸性物质腐蚀管道与设备。本文将对天然气的水分检测各种设备运行原理与目前前景做详细的综述，对进行天然气水分领域研究具有一定参考价值。
1天然气中水分检测
1.1水分检测的原理
由于不同标准的要求，现在的水分检测通常有水含量(ppm)，露点温度(℃)和每立方米水含量(mg/m3)3种指标。由于露点检测更为直观，所以在许多检测标准中，常常使用露点温度作为标准，而不是水分含量。
1.1.1基于水露点检测原理
根据ISO18453标准可知，天然气的水分含量可转化为水露点进行测量。水露点指在一个标准大气压下，逐渐降低温度，天然气中的水分的饱和水汽压降低，达到与当时气体密度含量相等的饱和水汽压时，气相中将会分离出水液滴，此时对应的温度即是水分露点。在基于水露点检测原理的方法中，最常见的是冷镜露点法。
1.1.2基于水特性原理
水具有多种特征，通过水的特性来进行气体水含量的检测是另一种检测原理。例如，水能够被电解产生电流，使用电化学原理来检测气体水分含量的电解法就是其中一种。
2天然气水分主要检测方法
2.1电解法
电解法的核心是通过电解水并产生电流来测量所测气体中的水份含量。根据理想气体的状态方程PV=nRT可以算出在标准大气压力和常温(20℃)下，单位时间进入电解池之中的样气量。
2.2冷镜露点法
冷镜露点法的原理是通过将样气以一定的流速输送至检测装置上，通过快速制冷来达到样气的饱和水汽压，从而析出水滴，这时通过检测当时的温度从而得到样气的露点值[6]。冷镜式露点法的制冷经过了多种方式的变革，测量范围与精度都在不断提高。具备操作方便，仪器稳定且不易漂移，多次实验的重复率较高等特点。但对镜面要求较高，不能污染镜面，否则就会产生误差甚至使设备失效。目前，在市面上主流的露点仪其精度都不超过0.1℃，准确度不超过±0.5℃。
在国内，用作标准使用的露点仪几乎都来自于进口仪器，包括美国的GE、英国的Michelle和瑞士的MBW等产品。冷镜露点法的另一个核心在于对露点的识别。现大部分国产露点仪采用的是目测法，也就是通过人的眼睛识别霜结成时刻，并记录为露点。为了提高露点精度，有的操作员采用了两次对比，记录下结霜与消霜的时刻，两相加求平均值来提高测量精度。赵士伟等人提出了通过采用图像识别[7]，对图片进行灰度化[8]，再将各个纹理特征参数与标准参数进行方差比较[9,10]，然后通过算法判断是否为霜点图像，从而更为精准地记录下露点值。
2.3卡尔·费休法
卡尔·费休法由卡尔·费休在1935年提出，是用于测定水分的容量分析方法，其是作为专门用于检测容量水分的方法。在2002年，国家就颁布了在测量天然气中水分时使用卡尔·费休库伦法的国家标准方法[11]。卡尔·费休法又分为滴定法和库伦电量法两种方法，其方法可以适用于各种各样无机化合物与有机化合物中水分含量的测定。两种方法的核心都在于根据在化学反应中所消耗出的碘的量，来计算出反应样品中的水分含量。
2.4可调二极管激光吸收光谱法(TDLAS)
TDLAS的核心在于各个不同分子对与红外光在不同波段的吸收，也就是利用红外吸收光谱[14]。红外光谱一般是为分子的跃动光谱[15]。红外波段内集合了大量的气体分子基频、泛频和合频谱带，所以其中有着非常多的跃迁吸收线。而有许多相关的数据库收集和列出了其各个分子吸收光谱线的参数与波长范围。
例如：HITRAN[16]、GEISA[17]等，但是必须要说明的是，各个数据库中所列举的多为实验室实验证明收集，但由于在实际使用中，各种环境因素，如：温度、气压、湿度等都会对测量产生许多的影响。所以有许多专家学者通过模拟不同情况从而读出了许多不同的光谱测量方法与数学模型。
2.5石英晶体振荡法
石英晶体振荡法的原理来源于石英晶体稳定的震动频率，其实质是由重量法所衍生的测量方法。其操作原理是先在石英晶体表面涂抹一层吸湿性的材料，然后将设备通入待测气体，其中气体中的水分将会被吸湿性材料吸收，黏附在石英晶体上。这时测量石英晶体的振荡频率，然后将设备气体排空并通入干燥气体使水分消散，这时再进行测量石英晶体振荡频率。通过计量两种情况振荡频率的变化值，从而算出气体所含水分值[21]。
2.6阻容法
阻容法原理简单，是通过使用亲水性或者是憎水性的材料来作为介质进行电路构成。这两种材料用来做成电容或者电阻，其核心为氧化铝湿敏传感器，常使用镀膜电极、传感器引线柱、多孔氧化铝层和咬合铝基极导线组成[26]。当测量样气通过电路时，其中的水分会对电路产生影响，电容中的介电常数或电阻中的电导率会发生变化，从而可以进行水分含量的计算。
3方法比较
对以上检测方法进行对比比较。由于不同检测的不同要求，有的如天然气CNG加气站的车用压缩天然气技术要求是露点温度低于或等于-54℃，所以在其中使用物理检测。如冷镜露点法就可以直接进行露点温度的检测，而使用电解法就需要检测出气体水分含量体积分数后，通过查表换算出标准气压下水露点温度。所以对于检测器的选择需要考虑多种方面。
4总结
可看出检测仪器由于其检测方法的不同，其条件、结果都会有所不同。目前，通过红外线进行气体成分检测已成为未来的一种主流，但水分检测仍缺乏一种有效的标定方式来检测水分检测器的准确度。
参考文献：
邹才能,赵群,陈建军,等.中国天然气发展态势及战略预判[J].天然气工业,2018,38(04):1-11.
马新华.天然气与能源革命——以川渝地区为例[J].天然气工业,2017,37(1):1-8.
张万城.电解式工业气相微量水份仪及其应用[J].化工自动化及仪表,1996(05):48-51.
四川石油管理局天然气研究院.天然气中水含量的测定-电解法:SY/T7507-1997[S].2007.
万征平,刘学蕊,陈亚凌,等.电解法测量天然气含水量评价及改进措施[J].石油化工应用,2012,31(08):100-102.
天然气方向论文范文阅读：天然气区域管网的结构功能与规划研究
摘要：天然气是当前我国各城市较为常用的能源产品，天然气燃烧较为充分，空气污染较小，且使用便利，在城市发展中很多区域都在积极进行天然气管网的布设，本文就天然气区域管网的建设情况进行了分析，而后就其管道规划工作的要点进行了探讨。
转载请注明来自发表学术论文网：http://www.fbxslw.com/jzlw/20923.html
