ICS 75.060 SY E 24 备案号：60743—2018 中华人民共和国石油天然气行业标准 SY/T7379--2017 天然气水含量的测定 激光吸收光谱法 Natural gas -Determination of water vapor content- Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) 2017-11-15发布 2018-03-01实施 国家能源局 发布 SY/T7379—2017 目 次 前言 1I 1 范围 2 规范性引用文件 3 原理 4 仪器设备 5 试验步骤 6 数据处理和重复性 .3 7 溯源性 3 8 有效性验证 SY/T7379—2017 前言 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由全国天然气标准化技术委员会（SAC/TC244）提出并归口。 本标准起草单位：中国石油西南油气田分公司天然气研究院、聚光科技（杭州）股份有限公司 中国石油华北油田分公司、中国石油勘探开发研究院廊坊分院、中国石油西部管道公司、中国石油西 南油气田分公司输气管理处。 本标准主要起草人：何斌、许文晓、俞大海、冯红年、梅永贵、韩中喜、蔡浩晖、丁思家。 II SY/T7379—2017 天然气水含量的测定 激光吸收光谱法 1范围 本标准规定了使用激光吸收光谱（tunablediodelaserabsorptionspectroscopy，缩写为TDLAS）分 析仪，现场测量天然气中水含量的方法。 本标准适用于经处理的管输天然气，水含量的范围为1μL/L~5000μL/L。在特殊环境下，天然气 水含量的范围也可能更宽。 本标准不涉及与其应用有关的安全问题。在使用本标准前，使用者有责任制定相应的安全和保护 措施，并明确其限定的适用范围。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注目期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T13609天然气取样导则 GB/T17283天然气水露点的测定冷却镜面凝析湿度计法 GB17820天然气 GB/T22634天然气水含量与水露点之间的换算 3原理 通过改变半导体激光器工作电流或工作温度等参数调谐激光输出波长，特定波长通常介于 1000nm~10000nm之间，单个激光器的波长可调谐范围低于10nm。激光器产生特定波长的近红外光 束被样品气体中的水分吸收，吸光度与被测气体中水含量的关系符合朗伯一比尔定律，通过测量吸光 度就可获得被测气体的水含量。 4仪器设备 4.1分析系统构成 采用TDLAS分析系统测定天然气中的水含量，应使用以下单元： a）取样和样品传输单元； b）样品处理单元； c）TDLAS分析仪； d）放空管线。 结构示意图见图1。 1 SY/T7379-—2017 1一天然气管道；2一取样探头；3一调压器；4一调压器；5一过滤器； 6—三通球阀；7-旁通管线；8—流量计；9—TDLAS分析仪；10—放空管线 图1分析系统结构示意图 4.2取样和样品传输单元 要求从管道内引出有代表性的样品。宜在取样点降压，使用取样探头和调压器取样，探头安装 按GB/T13609的规定。推荐的做法是在取样点使用0kPa~300kPa的调压器，设置在160kPa~180kPa。 所用的样品传输管线应尽可能短，为减少吸附和脱附效应，宜用电解抛光管线传输分析样品。水含量 低于10μL/L时，传输管线内壁可喷涂石英玻璃或其他防止吸附和脱附效应的等效物质涂层。 所有取样设备、样品传输管线和调压器均需保温伴热，使气体样品温度高于气体组分的露点温度。 4.3样品处理单元 样品处理单元应安装在分析仪之前，包括调压装置，流量测量和控制装置，以及除去颗粒物和液 烃的过滤器。使用OkPa~150kPa的调压器，设置在70kPa（当气源压力低于70kPa时不使用）。此外， 样品处理系统还应具备连接旁通管线和放空气体的出口。与样品传输管线类似，样品处理单元也需要 加热保温，以消除凝析以及减少由于吸附或脱附造成的不稳定读数。阀、调压器等部件以及用于取 样、样品传输、样品预处理的配件应避免吸附或解析水分。 4.4TDLAS分析仪 气体样品流经检测池。半导体激光器作为光源，电驱动激光器和热电冷却器，使激光器工作温度 稳定。激光器发射一束特定波长的近红外光，经过检测池窗口，被一个（或数个）光学反射镜反射 然后通过窗口返回并被检测器检测。检测器用于测定特定波长光束的光强。图2是TDLAS分析仪的 结构图。 进 出气 1一控制器；2—热电冷却器；3一激光器；4一激光光波；5一反射镜； 6一检测池；7温度传感器；8-压力传感器；9—窗口；10检测器 图2激光法水分分析仪结构图 2 SY/T7379—2017 TDLAS分析仪测量常用的量程是50μL/L，500μL/L，2500μL/L或5000uL/L，应根据被测气体水 含量的范围，选择适用的分析仪。 测量的灵敏度由所选取的测量谱线及激光束在检测池内传播的路径长度（光程长度）决定。光程 长度为定值，根据测量范围和使用的波长，其范围在30cm~30m之间。 天然气中可能含有颗粒物和液烃等杂质，这些杂质如果进人TDLAS分析仪，可能附着在反射镜 面或窗口上，影响检测器对吸光度的测量。仪器制造商宜提供清洁窗口和反射镜面的方法。 4.5样品放空管线 将流经分析仪的样品输送至安全场所。放空管尾部宜采用防尘、防水、防虫措施。 仪器放空管线的设置应符合现场的安全要求。 5试验步骤 5.1 按图1连接取样和样品传输单元、样品处理单元、TDLAS分析仪和放空管线，启动保温伴热。 5.2关闭仪器进样口的进样阀，然后进行取样系统、样品传输管线和样品处理系统试漏，必须保证 系统无泄漏。调节取样单元和样品处理单元的调压器，使进入仪器的样品气压力符合仪器说明书的要 求。TDLAS分析仪在与大气压相近的压力（70kPa~200kPa）下使用。 5.3打开仪器进样口的进样阀，用样品气吹扫系统，仪器出口和放空管线应畅通。通常来说，TDLAS 分析仪的放空压力波动范围较小，在5kPa~20kPa之间，大气压的较大波动会影响分析仪的读数。 5.4按仪器说明书的要求开启仪器，调节压力和流量。 5.5待仪器读数稳定后，读取仪器测量值。天然气组分出现较大的变化时，可能影响仪器测量的准 确性，TDLAS分析仪制造商宜发布仪器的限制性使用条件。 6数据处理和重复性 6.1 数据处理 当仪器稳定时，每30s至少采集一次数据，当重复性满足6.2的要求时，取10次读数的平均值为测 量结果。 6.2重复性 重复性以相对标准偏差表示，当测量值不大于500μL/L时，重复性为2.5%，当仪器量程大于 500μL/L时，重复性为1%。 7溯源性 仪器应由国家法定计量机构或CNAS认可的机构检定或校准。 8有效性验证 TDLAS分析仪在首次使用、校准后重新使用，宜进行有效性验证。 采用冷镜式露点仪与TDLAS分析仪比对进行现场验证，冷镜式露点仪正确的使用方法见GB/T17283。 对于从相同取样点和相同时间引出的样品，把TDLAS分析仪测量的水含量按GB/T22634的规定换算 3 SY/T7379-2017 成冷镜式露点仪测试压力下的水露点，与冷镜式露点仪测量的水露点比较，计算公式见公式（1），当 Z≤1时，通过验证 TDLAS测量水含量的不确定度无法直接与冷镜式露点仪测量的水露点的不确定度合成， GB17820规定测量天然气水露点的仲裁方法为GB/T17283，使用手动装置测量天然气的水露点可 以达到±2℃的准确度。TDLAS分析仪的不确定度应与GB/T17283规定的不确定度相当，因此在计 算时，规定TDLAS分析仪测量的不确定度以露点温度表示为2℃。 t-t2 Z = (1) NU?+U?+U 式中： 一TDLAS分析仪测量的水含量，按GB/T22634的规定换算成冷镜式露点仪测试压力下的 水露点，单位为摄氏度（℃）； 冷镜式露点仪测量的水露点，单位为摄氏度（℃）； -n -TDLAS分析仪测量的不确定度以露点温度表示，2℃ U，一采用GB/T22634把水含量计算成水露点的不确定度，2℃； U,冷镜式露点仪测量的不确定度，单位为摄氏度（℃）。