ICS75.060 CCS E 24
SY
中华人民共和国石油天然气行业标准
SY/T7657.22021
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2部分：光声光谱法测定甲烷含量
Natural gasComposition analysis using photoacoustic spectroscopy
infrared spectrum-fuel cell combining method--
Part 2: Determination of methane content by photoacoustic spectroscopy method
2021－11－16发布
2022—02—16实施
国家能源局 发布 SY/T 7657.2—2021
目 次
前言引言· 范围
.Il
1
规范性引用文件术语和定义原理试验条件试剂或材料 6.1零点气 6.2气体标准物质 7仪器设备 7.1 光声光谱气体分析仪 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
2
3
5
6
中
取样 9 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 试验报告附录A（规范性） 硫化氢的脱除参考文献
8
6
I SY/T 7657.2—2021
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《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2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、吴海、陈淼、张葛倩、刘明亮、林敏、吴岩、刘喆、海舟、 崔丽莉、周代兵、张佩颖。
II SY/T7657.2—2021
引言
SYT7657《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/T 7657.2—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2部分：光声光谱法测定电烷含量
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
本文件规定了用光声光谱法测定天然气及类似混合气体中甲烷含量的方法。包括原理，试验条件、试剂与材料、仪器与设备、样品、试验步骤、数据处理和方法精密度等要求。
本文件适用于甲烷摩尔分数50%～100%的天然气或其他类似混合气体中甲烷含量的分析。
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界定的术语和定义适用于本文件。
4原理
利用一束强度可调制的单色光源照射到密闭的光声池中的被测样品上，样品吸收光能，并立即以释放热能的方式退激。释放的热能使样品和周围介质按光的调制频率产生周期性加热，从而导致介质产生周期性压力波动，这种压力波动可用微音拾音器或压电陶瓷传声器检测，并通过放大得到光声信号。由于每种化合物都有其特有的红外光谱（通常指吸收光谱），若人射单色光波长可变，则可检测到随波长变化的光声信号图谱，从而实现对被测物的结构鉴定与定性定量分析。原理示意图见图1。 SY/T 7657.2—2021
3x
三= 4
8
3
2
n
1
标引序号说明：
调制光源：气室：光声信号；
2- 3 一 4 5 -
微音器；信号处理器。
图1光声光谱法原理示意图
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试剂或材料 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仪器设备 7.1光声光谱气体分析仪 7.1.1 仪器应能对甲烷摩尔分数在50%~100%范围内的待测样品气产生信号输出。 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。干燥器应只脱除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人直径10mm、长100mm的玻璃管中制备干燥剂，装填时 2 SY/T7657.2—2021
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
过滤器应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，输人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。
8: X 4
5
6
标引序号说明：
进样： 2- 压力调节阀： 3- 颗粒物过滤器；
一干燥器； 5-一流量调节阀； 6——分析仪：
4
一尾气排放口。
7.
图2试验仪器与配套设备连接示意图
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。
3 SY/T 7657.2—2021
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0.5%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0.5%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0.5%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人样品进行测定，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0.5%以内时，即可结束离线测定。
10数据处理
10.1应按公式（1）计算甲烷的摩尔分数：
y=f·R;
(1)
式中： —仪器给出的甲烷第次分析摩尔分数，用百分数表示 f一甲烷在使用仪器的摩尔分数响应因子，应按公式（2）计算，用百分数表示；
一甲烷第次分析在使用仪器的响应值。
R一
10.2应按9.4获取甲烷在使用仪器的摩尔分数响应因子，按公式（2）计算：
Jk
(2)
Rs. i
式中： f一甲烷在使用仪器的摩尔分数响应因子，用百分数表示：
J——气体标准物质中甲烷组分的摩尔分数，用百分数表示； Rs，—气体标准物质中甲烷组分第i次分析在使用仪器的响应值。
10.3记录仪器给出的甲烷浓度。应以达到9.6要求的连续两次测定结果的平均值作为分析结果，结果有效数字位应按照仪器的精密度和气体标准物质的有效数字取舍。 4