ICS 75.060 CCS E 24
SY
中华人民共和国石油天然气行业标准
SY/T 7657.4—2021
天然气 利用光声光谱一红外光谱一
燃料电池联合法测定组成
第4部分：燃料电池法测定氢含量
Natural gasComposition analysis using photoacoustic spectroscopy
infrared spectrum-fuel cell combining method-
Part4 : Determination of hydrogen content by fuel cell method
202111－16发布
2022-02一16实施
国家能源局 发布 SY/T 7657.4—2021
目 次
前言· 引言· 1 范围 2规范性引用文件 3术语和定义 4原理 5试验条件 6试剂与材料 6.1 零点气 6.2 气体标准物质
1
Ⅲ
仪器与设备 7.1 燃料电池氢气分析仪 7.2 干燥剂 7.3 颗粒物过滤器 7.4 压力调压阀 7.5 流量调节阀取样试验步骤 9.1 准备 9.2 预热 9.3 零点校正 9.4 校准 9.5 进样 9.6 测定 10 数据处理 11 精密度· 11.1 重复性 11.2 再现性 12报告附录A（规范性） 硫化氢的脱除参考文献
7
-
8
9
-
-.: SY/T 7657.4—2021
前言
本文件按照GB/T1.12020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件是SY/T7657《天然气利用光声光谱一红外光谱一燃料电池联合法测定组成》的第4部分。SY/T7657分为以下四个部分：
a）第1部分：总则： b）第2部分：光声光谱法测定甲烷含量： c）第3部分：红外光谱法测定乙烷及以上烷烃、二氧化碳、一氧化碳含量； d）第4部分：燃料电池法测定氢含量。 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专利的责任。 本文件由全国天然气标准化技术委员会（SAC/TC244）提出并归口。 本文件起草单位：零碳智慧（北京）能源科技有限公司、中国石油天然气股份有限公司西南油气
田分公司天然气研究院、中国计量科学研究院、北京北分麦哈克分析仪器有限公司、中国石油化工股份有限公司天然气榆济管道分公司、中石油管道有限责任公司西气东输分公司南京计量研究中心、费曼（北京）能源科技有限公司。
本文件主要起草人：范冲冲、罗勤、闫保磊、吴海、陈淼、张葛倩、刘明亮、姜琛、吴岩、刘喆、 海舟、崔丽莉、周代兵、张佩颖。
II SY/T7657.4—2021
引言
SY/T7657《天然气利用光声光谱一红外光谱一燃料电池联合法测定组成》（所有部分）描述了使用联合方法测定天然气组成的方法。该方法结合光谱和燃料电池等新型技术，能够实现对天然气组成便捷快速的测定，并作为对现有天然气组成分析方法的一种补充。
该联合法中各方法的原理和测定组分的范围不同，因此将文件分为四部分分别进行说明。各部分方法可组合使用，也可作为测定固定某类或某几类组分单独使用。
SY/T7657.1给出了利用光声光谱一红外光谱一燃料电池联合法测定天然气组成的总则，描述了联合法的原理及对氮气等不可直接测定组分的数据处理方法。
SY/T7657.2、SY/T7657.3和SY/T7657.4分别描述了光声光谱法测定甲烷含量，红外光谱法测定乙烷及以上烷烃、二氧化碳、一氧化碳含量，燃料电池法测定氢含量。这些测定方法只能够与SY/T 7657.1联合使用。
III SY/T7657.42021
天然气利用光声光谱一红外光谱一燃料电池联合法测定组成
第4部分：燃料电池法测定氢含量
警告：本文件不涉及与其应用有关的所有安全问题。在使用本文件前，使用者有责任制定相应的安全和健康操作规程，并明确其限定的适用范围。
1范围
本文件规定了用红外光谱法测定天然气及类似混合气体中氢含量的方法，包括原理、试验条件、 试剂与材料、仪器与设备、样品、试验步骤、试验数据处理和方法精密度等要求。
本文件适用于氢气摩尔分数0～3%的天然气及类似混合气体的分析。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件：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/T5274.1气体分析校准用混合气体的制备第1部分：称量法制备一级混合气体 GB/T13609天然气取样导则 GB/T20604天然气词汇 GB/T30490 ）天然气自动取样方法
3术语和定义
GB/T20604界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
质子交换膜protonexchangemembrane 一种离子聚合物的半透膜，用于质子传导隔绝氧或氢，也可称为高分子电解质膜。
3.2
电解质electrolyte 在水溶液或熔融状态可以产生自由离子而导电的化合物。
4原理
由电解质或质子交换膜隔开两个电极，氢气在一个电极被氧化，氧气在另外一个电极被还原，通过氧化还原反应，将化学能转变为电能，传感器输出正比于待分析气体中氢气浓度的电流信号，原理示意图见图1。
1 SY/T7657.4—2021
H
OH-
标引序号说明：
氢气进样口： 2 氧气或空气进样口： 3 一 一阳极；
一
阴极： 5- 废气出样口： 6 质子交换膜或电解质。
1
图1燃料电池原理示意图
5试验条件
下列试验条件适用于本文件： a）温度：5℃～45℃： b）相对湿度：≤90%RH$ c）大气压力：80kPa～106kPa。
6试剂与材料 6.1 零点气
应使用氮气或氩气作为零点气，纯度不低于99.99%。 6.2气体标准物质 6.2.1分析需要的气体标准物质应采用国家二级标准物质，或按GB/T5274.1的规定制备。 6.2.2 2气体标准物质的所有组分应处于均匀的气态。对于样品中的被测组分，气体标准物质中相应组分的含量（摩尔分数），应不低于样品中组分浓度的一半，也不大于该组分浓度的两倍。气体标准物质中组分的最低浓度应大于0.1%。
7仪器与设备 7.1燃料电池氢气分析仪 7.1.1仪器应能对氢气摩尔分数在0～3%范围内待测样品气产生信号输出。 2 SY/T7657.4--2021
7.1.2仪器应提供屏幕直读或其他类型的分析结果输出方式。 7.1.3仪器及配套设备应满足环境防护（防火、防爆等）的要求。 7.2干燥剂 7.2.1在进样阀前应配备干燥器。干燥器应只脱出气样中的水分而不脱除待测组分。 7.2.2将粒状的五氧化二磷或高氯酸镁装入直径10mm、长100mm的玻璃管中制备干燥剂，装填时应注意安全并遵守有关的操作规程。当干燥剂约有一半失效时，应更换。 7.3颗粒物过滤器
过滤器需满足可滤除粒径大于0.1um的固体颗粒物。 7.4压力调压阀
压力调压阀输出压力调节范围应满足仪器说明书要求，输入压力根据实际取样压力确定。 7.5流量调节阀
流量调节阀调节范围应满足仪器说明书要求。
8取样
按GB/T13609和GB/T30490的规定进行取样。
9试验步骤 9.1准备 9.1.1应按照图2连接试验仪器与配套设备，并结合仪器说明书和现场实际情况为仪器供电。
21
8 X
DX 2
5
4
3
6
标引序号说明：
进样；压力调节阀：颗粒物过滤器：干燥器：
1- 2
4
5- 流量调节阀： 6 分析仪：
一尾气排放口。
7.
图2试验仪器与配套设备连接示意图
3 SY/T7657.4—2021
9.1.2尾气排放应根据现场实际情况由试验操作者选择保证安全和环境要求的方式。 9.2预热
宜预热光声光谱仪30min以上。应按仪器说明书执行。 9.3零点校正
应待仪器稳定后，将零点气通人仪器，并按照仪器使用说明书进行零点校正。 9.4校准 9.4.1应按仪器操作说明书进行仪器校准。 9.4.2仪器校准用气体标准物质应按6.2.1和6.2.2选择。 9.4.3待仪器稳定后，应至少7次连续注人气体标准物质进行组分含量测定，每个组分测定响应值应相差在0.1%以内。 9.4.4在操作条件不变的前提下，无论是连续两次进样，还是最后一次与以前某一次进样，只要每个组分的响应值相差在0.1%以内，都可作为随后气样分析的校准值。 9.5进样 9.5.1 通过调整流量调节阀和压力调节阀使流量和压力维持在稳定水平，具体按照仪器说明书执行。 9.5.2样品和仪器进样口之间的连接管线应按GB/T13609和GB/T30490的规定执行。 9.5.3如需要脱除硫化氢，应按附录A的方法进行。 9.6测定 9.6.1对在线测定，当仪器的流量和压力达到9.5规定的要求并保持稳定以后，应连续进行两次或两次以上测定，当无论是连续两次进样，还是最后一次与以前某一次进样，只要每个组分的响应值相差在0.1%以内时，即可开始在线测定。 9.6.2对离线测定，应两次或两次以上连续注入样品进行测定，当无论是连续两次进样，还是最后一次与以前某一次进样，只要每个组分的响应值相差在0.1%以内时，即可结束离线测定。
10数据处理
10.1应按公式（1）计算氢气的摩尔分数：
J:= f-R,
(1)
式中： J一仪器给出氢气第i次分析摩尔分数，用百分数表示；一氢气在使用仪器的摩尔分数响应因子，用百分数表示，应按公式（2）计算； R一氢气第i次分析在使用仪器的响应值。
10.2应按9.4获取氢气在使用仪器的摩尔分数响应因子，按公式（2）计算：
J=
(2)
Rs.
式中：
4