激光可调吸收光谱法天然气水分仪校准规范.doc

PAGE 14 激光可调吸收光谱法天然气水分仪校准规范 范围 本规范适用于激光可调吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）法天然气水分仪（以下简称水分仪）的校准。 引用文件 本规范引用下列文件： JJG 499-2021 精密露点仪计量检定规程 JJF 1094-2002 测量仪器特性评定 凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范。 术语和计量单位 3.1 露点 dew point 气体中水汽含量不变，保持气压一定的情况下，使气体冷却达到饱和而凝结出液态水的温度称露点温度，简称露点，单位用℃。气压一定的情况下，水分越高，露点越高。 3.2 霜点 frost point 气体中水汽含量不变，保持气压一定的情况下，使气体冷却达到饱和而凝结成冰的温度称霜点温度，简称霜点，单位用℃。 概述 激光可调吸收光谱法测量天然气水分的原理是：波长在一定范围内周期性变化的激光通过充满天然气的光腔，经过1次或多次反射后的透射光强度的二次谐波（2f）信号的大小，与天然气中的水分成正比。如图1所示，仪器的主要组成部分包括激光、光腔、反射镜和透射光光强检测器等。 图1 仪器结构示意图 1—进气口 2—压力传感器 3—温度传感器 4—出气口 5—光学窗口 6—光电二极管（透射光光强检测器） 7—激光驱动电路 8—微处理器 9—输入/输出接口 10—按键控制面板 11—显示屏 12—光电二极管 13—光腔 14—反射镜 计量特性 5.1 水分的准确度 水分的示值误差不超过±（0.5+4%·X）（单位：?L/L）。其中，X是水分测量值（单位：?L/L）。 5.2 水分的重复性 水分的重复性不超过（0.3+1%·X）（单位：?L/L）。 注：以上指标不适用于合格性判别，仅供参考。 校准条件 环境条件 计量标准装置和被校准仪器存放在可通风的实验室内，周围无强烈振动源干扰，无强电磁干扰。 环境温度：（15～28）℃。 环境湿度：≤80%RH。 供电电源：电压，（220±22）V；频率，（50±1）Hz。 校准用仪器和材料 采用比较法校准仪器，即渗透管湿度发生器发出的甲烷湿气，一分为二，分别经过冷镜式精密露点仪（以下简称露点仪）和水分仪，以露点仪的水分测量结果为标准值，计算TDLAS法天然气水分仪的示值误差。计量校准装置的结构如图2所示。 图2 计量校准装置结构示意图 （1，甲烷钢瓶；2，氮气钢瓶；3和4，流量计；5，恒温水槽；6，聚丙烯渗透管；7，流量调节阀；8，冷镜式精密露点仪；9，水分仪） 甲烷湿度发生器 甲烷和氮气按照一定的体积比混合后，通入浸泡在恒温水中的聚丙烯渗透管的一端，然后从另一端流出。由于塑料的透水性，使得少量的水从塑料管外渗透到塑料管内，并以水蒸气的形式与管内气体混合。改变恒温水槽的水温，可以调节水蒸气渗透的速率，从而调节湿气的湿度。恒温水槽的水温在（0~70）℃范围内可调。湿气湿度稳定后，30min内霜点波动不超过0.1℃。甲烷和氮气的流量分别用流量计控制，甲烷的流量在（1.4~1.8）L/min范围内；氮气的流量在（0~0.4）L/min范围内；混合气的总流量在1.8L/min左右。甲烷湿气的水分在（5~400）?L/L范围内任意可调；甲烷的浓度在（80%~100%）范围内任意可调。从仪器排出的尾气经管路排到户外。用可燃气体检测仪监测实验室内甲烷浓度，不得超过200?L/L。 冷镜式精密露点仪 露点仪经过计量技术机构检定，符合JJG 499《精密露点仪检定规程》的要求，具体如表1所示。 表1 冷镜式精密露点仪的计量性能指标 测量范围 最大允许误差（MPE） 水分（?L/L） 霜点（℃） 霜点（℃） ≤39 ≤-50 ±0.6 39 -50 ±0.4 材料 甲烷气体，纯度不低于99.99%，水分含量不超过1?L/L；氮气，纯度不低于99.99%，水分含量不超过2?L/L；去离子水；聚丙烯塑料管，外径3.175mm，壁厚0.20mm，硬度80D，长度15m。 校准项目和校准方法 校准准备 打开可燃气体检测仪。关闭窗户。 示值误差的校准 首先，打开甲烷和氮气钢瓶；打开露点仪、水分仪和恒温水槽；然后，调节流量计，使得混合气中甲烷的体积百分比为90%；如果校准客户要求不同的甲烷体积百分比，则调节流量使得甲烷体积百分比达到客户要求；调节流量调节阀，使得通过露点仪和水分仪的气体流量均达到其额定流量。调节恒温水槽水温，使得流出恒温水槽的混合气的水分为约为10?L/L，对应的霜点约为-60.5℃。当30min内水分变化量不超过0.13?L/L，即霜点变化量不超过0.1℃时，开始记录露点仪和水分仪的水分测量结果，每隔2min记录1次，连续记录6次，6次测量结果的平均值分别为为XDP和