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中测标物科技公司研制的微量水气体标准物质取得可喜进展
发表时间:2019-11-20 浏览:166

    导读:依据标准GB 17820-2012《天然气质量标准》要求,作为民用燃料的天然气,在输送管道的最高输送压力下,水露点应比输送条件下最低环境温度低5℃。天然气的水露点测定应按照GB/T 17283-2014《天然气水露点的测定 冷却镜面凝析湿度计法》执行并以其为仲裁。在我国天然气行业中广泛使用的天然气水含量/水露点测量方法还有电压式石英震荡法、激光法和光纤法、电容法、电解法等,这些方法统一归属于GB/T 27896-2011《天然气中水含量的测定 电子分析法》。目前该标准由中国石油西南油气田分公司天然气研究院负责修定,中国测试技术研究院参与了该项工作。

    四川中测标物科技有限公司为了更好地适应天然气行业发展,满足新的需求,开展了微量水气体标准物质的研究工作,现已在配制工艺、包装容器内壁处理等方面取得可喜进展。

气体中“水”的危害

    在能源、化工行业的很多环节,“水”是一个需要尽力避免的危害:

    天然气输送管道在高压低温的运行条件下,会析出液态水,加速气体中酸性物质对管道和仪表的腐蚀;冻堵会对管道造成物理损害,降低管道的输送能力;同时水含量过高会降低天然气品质,影响热值,造成燃烧不完全。

    液化天然气中的水会造成钎铝冷箱的堵塞,因此要求原料天然气进入冷箱之前必须进行脱水工艺,使水含量低于10ppm。

    电子气中的水会与其它组分生成酸或碱,腐蚀设备和仪器零件;含量1*10ˉ⁹的水可使半导体硅片上形成瑕疵,导致精密的半导体零件变形,影响使用;同时,由于水的氢键作用使其极性较强,易吸附在固体表面,几乎无法通过脉冲吹扫快速吹扫干净。因此,国标规定工业六氟化硫中水含量体积分数不高于5ppm(GB/T 12022-2014)、高纯氢中水体积分数不高于0.5ppm(GB 16942-2009)、氦中水体积分数不高于0.5ppm(GB 16943-2007)等等。

    石油化工原料中,微量的水将严重影响Ti/Mg体系催化剂合成聚乙烯和聚丙烯的催化性能,因此在生产工艺的关键质量控制点都会严密监控中间产品中的水含量。国标中对工业用乙烯、丙烯等气体的水含量也都有明确要求(GB/T 7715-2003要求乙烯优等品水≤5mL/m³ ,一等品水≤10mL/m³ ;GB/T 7716-2002要求丙烯优等品水≤5mg/kg)。


关于微量水气体标准物质

    目前,露点仪(水分仪)的检定校准的规程规范所依托的是体积较大的标准湿度发生器、高纯度气体净化设备和精密气路控制系统,主要是计量机构用于仪器的检定校准工作。对于露点仪(水分仪)使用者而言,无法实现每个现场配置一套类似的设备,同时频繁地送检仪器既不经济且效率很低。如果能使用微量水气体标准物质对仪器进行校准和检查,是广大仪器使用者一直的期望。

    国际上NPL、NIST、PTB等计量机构都开展了动态发生法或静态气瓶装微量水气体标准物质的研发,在国内未见报道。我公司是国内首家采用称量法对微量水气体标准物质进行定值的企业,采用光腔衰荡光谱法(HALO-H2O 微量气体分析仪,最低检测极限:2ppb ;测量精度3%;量程范围:0-20ppm)对气体标准物质进行分析。微量液体原料无损转移技术保证了称量法定值的准确性,批量制备时的一致性。特殊的气瓶内壁处理技术保证了微量水的含量在使用过程中不会随气瓶压力的下降而变化,并且长期稳定。

表1 气瓶内压力变化时对应的微量水组分含量


图1 气瓶内压力变化时测量值与重量法定值的等效度

天然气中微量水的检测方法

    归纳起来说,测定天然气中水含量的方法分为两种,一类是仪器法,包括冷却镜面凝析湿度计、电解法、电容法、电压(晶体振荡)、激光、光纤等电子水分分析仪直接测出天然气中水含量;另一类是化学分析法。请见下表2:

表2  天然气中水含量的主要测定方法及标准


    GB/T 17283-2014《天然气水露点的测定 冷却镜面凝析湿度计法》作为天然气质量国标选定的仲裁法,在天然气露点的实际检测过程中,应优先选用冷镜法露点仪。连续在线监测或现场检测时,如果精度要求不高或气体污染较重时,也可选用电容法等其他方法。电容法的主要优点是响应速度快,优于冷镜法、电解法、晶体震荡法。对于高纯气体,水分含量要求很低,露点一般低于-70℃,为了提高检测效率,一般选择电容法。但是电容法的精度较差,漂移严重,必须定期检定和校准。化学分析法由于操作繁琐、重现性差、量值不准确,目前较少采用。

    当然,除了天然气水含量的测定标准外,GB/T 5832还规定了三种微量水分的测定方法,分别是GB/T 5832.1-2003《微量水分的测定 第1部分:电解法》、GB/T 5832.2-2008《微量水分的测定 第2部分:露点法》、GB/T 5832.3-2011《微量水分的测定第3部分:光腔衰荡光谱法》。这些标准与天然气水含量和水露点测定标准有交叉和重叠,在此不再赘述。


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