大流量天然气管道天然气热值在线光谱计量方法研究

天然气热值计量是能源计量的国际标准,而我国由于缺乏天然气在线计量手段，还采用流量计量。针对我国天然气热值在线计量的迫切要求,提出采用差分吸收光谱技术实现天然气热值测量,利用吸收光谱反演天然气各组分浓度含量,并由各组分对应的热值计算单位天然气的热值，解决天然气热值在线计量问题。本项目拟综合应用差分分子光谱吸收理论、先进传感与精密测试技术、现代信号处理方法等学科理论，研究天然气中各主要组分分子在不同温度不同压力下吸收光谱谱线及吸收率，在对测量信号进行统计分析的基础上建立和优化系统模型，搭建实验系统，对天然气单组分气体和混合组分气体进行实验测量研究；应用现代信号处理方法进行优化和求解，确定天然气中各组分的浓度；利用天然气中各组分热值研究结果计算单位天然气热值。该方法能同时测量天然气中占99%以上的各种组分，具有光学测量的非接触性和差分光谱的高抗干扰性的特点，可实现天然气热值在线实时测量。

天然气热值计量是能源计量的国际标准,而我国由于缺乏天然气在线计量手段，还采用流量计量。针对我国天然气热值在线计量的迫切要求,提出采用差分吸收光谱技术实现天然气热值测量,利用吸收光谱反演天然气各组分浓度含量,并由各组分对应的热值计算单位天然气的热值，解决天然气热值在线计量问题。本项目综合应用差分分子光谱吸收理论、先进传感与精密测试技术、现代信号处理方法等学科理论，实现天然气在线测量方法的研究，主要研究内容如下:搭建天然气在线测量实验系统，系统有光谱仪、气室、压力调节设备、温度调节设备等部件组成，实现在预定温度和压力情况下天然气各组份气体及混合气体的测量实验研究；天然气中各主要组分分子在不同温度不同压力下吸收光谱谱线及吸收率，从实验和理论两方面分析高浓度的天然气检测中各测量波段的特性，并建立天然气各组份对光谱的吸收特性与温度压强之间的关系模型；天然气混和组份气体的反演模型建立及实验研究，利用反演算法对组分气体浓度进行计算，并对算法的稳定性，计算时间等性能进行测试，实现具有相同基团的多组份气体的正确反演；采用差分吸收光谱滤波算法，消除复杂环境中粉尘等因素的干扰对测量结果的影响。实验研究结果表明，该方法能测量天然气中占99%以上的各种组分，具有光学测量的非接触性和差分光谱的高抗干扰性的特点，可用于天然气热值在线实时测量。项目在三年实施过程中按项目计划书要求完成预定目标，申请发明专利2项，实用新型专利1项，发表论文8篇，培养研究生3名。