天然氣氧含量的測(cè)定電化學(xué)法

II天然氣氧含量的測(cè)定電化學(xué)法1范圍本文件描述了采用電化學(xué)傳感器法測(cè)定天然氣中氧含量的方法，包括原理、試劑材料、儀器、取樣、測(cè)定步驟、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、精密度等內(nèi)容的具體要求。本文件適用于天然氣及類似氣體中氧含量的在線和離線檢測(cè)，測(cè)定范圍為0.0001%~1.0%（體積分?jǐn)?shù)）。對(duì)超出本文件測(cè)定范圍的氧含量，其精密度要求本文件未做規(guī)定。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件。不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T7665傳感器通用術(shù)語GB/T13609天然氣取樣導(dǎo)則3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1電化學(xué)傳感器electrochemicalsensor利用被測(cè)量的電化學(xué)反應(yīng)，將其變化轉(zhuǎn)換成電位變化、電流變化或者電導(dǎo)率變化的傳感器。[來源：GB/T7665-2005，3.1.26]4原理在一定壓力和流速條件下，樣品氣中的氧分子擴(kuò)散到電化學(xué)傳感器的氧電極上進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)與氧濃度成正比的電流信號(hào)。通過對(duì)比待測(cè)樣品和已知氧含量的標(biāo)氣樣品的電信號(hào)輸出，即可得到待測(cè)樣品的氧含量。對(duì)于鉛做陽極的電化學(xué)反應(yīng)式如下：O2+2H2O+4e-→4OH-（陰極反應(yīng)）2Pb+4OH-→2PbO+2H2O+4e-（陽極反應(yīng)）2Pb+O2→2PbO（總反應(yīng)式）5試劑與材料5.1氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：宜采用甲烷中氧氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。5.2堿吸收液：采用可吸收硫化氫的化學(xué)試劑配制堿吸收液對(duì)反應(yīng)后排出的樣品氣進(jìn)行吸收。6儀器6.1概述儀器的主要構(gòu)成如圖1所示。過濾單元元壓力控制單元元流量控制單元元傳感器元電路元件元數(shù)據(jù)顯示元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元前處理系統(tǒng)氧分析儀6.2氧分析儀過濾單元元壓力控制單元元流量控制單元元傳感器元電路元件元數(shù)據(jù)顯示元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元前處理系統(tǒng)氧分析儀6.2.1傳感器：采用能夠?qū)ρ跤许憫?yīng)且適用于天然氣分析的電化學(xué)傳感器。6.2.2流量控制單元：配置流量計(jì)，顯示進(jìn)樣流速，根據(jù)儀器的操作要求進(jìn)行流量控制，一般為0.5L/min~2L/min。6.2.3電路元件：采用各種電路系統(tǒng)將放大和過濾電化學(xué)傳感器產(chǎn)生的電流信號(hào)，然后通過轉(zhuǎn)換電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出。6.2.4數(shù)據(jù)顯示單元：直接顯示樣品氣中的氧含量體積分?jǐn)?shù)。6.2.5數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元：配有內(nèi)置存儲(chǔ)器，可將分析數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在儀器內(nèi)，然后通過數(shù)據(jù)連接線等將數(shù)據(jù)導(dǎo)至電腦上?？筛鶕?jù)不同儀器的設(shè)置及配置要求，設(shè)置合適的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)間隔。6.3前處理系統(tǒng)6.3.1過濾單元：根據(jù)待測(cè)樣品氣體類型，選擇是否采用顆粒物過濾器或膜過濾器，過濾孔徑不大于1μm，保證進(jìn)入分析儀的樣品不含液體及顆粒物。6.3.2壓力控制單元：采用金屬隔膜的氣體減壓器，按照儀器的操作要求控制進(jìn)樣壓力一般不超過0.1MPa。7取樣7.1按照GB/T13609的要求進(jìn)行取樣。7.2取樣及進(jìn)樣管線的材質(zhì)應(yīng)為不銹鋼材質(zhì)，需要密封時(shí)密封件的材質(zhì)應(yīng)為不銹鋼材質(zhì)。8測(cè)定步驟8.1準(zhǔn)備將高純氮?dú)猓?.2）與氣體減壓器連接，然后進(jìn)入分析儀，按照儀器的操作要求，調(diào)節(jié)進(jìn)樣壓力和流速，并對(duì)進(jìn)樣管路的連接處進(jìn)行檢漏。吹掃進(jìn)樣管路至少2分鐘后，進(jìn)入儀器測(cè)量狀態(tài)。觀察儀器讀數(shù)，當(dāng)讀數(shù)高于預(yù)期值時(shí)，表明進(jìn)樣系統(tǒng)有泄漏。8.2標(biāo)定8.2.1方法根據(jù)待測(cè)樣品的濃度范圍選擇合適濃度的氧氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，按照儀器操作要求進(jìn)行單點(diǎn)標(biāo)定。也可選擇合適的3～4個(gè)不同濃度的氧氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行函數(shù)擬合得到標(biāo)定曲線。8.2.2頻率根據(jù)用戶的需求及儀器的使用狀況對(duì)儀器進(jìn)行定期標(biāo)定。8.2.3步驟按照儀器的操作要求，將氧氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（5.1）與分析儀連接，調(diào)節(jié)進(jìn)樣壓力以及流速，吹掃進(jìn)樣管路及儀器應(yīng)至少2分鐘。樣品進(jìn)入分析儀，調(diào)整儀器進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)，待顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，按照儀器的操作要求完成標(biāo)定。8.3樣品分析根據(jù)氣質(zhì)特點(diǎn)選擇是否需要接過濾器。然后將樣品與氣體減壓器進(jìn)行連接，進(jìn)入分析儀。按照儀器操作要求調(diào)節(jié)進(jìn)樣壓力及流速，吹掃進(jìn)樣管路及儀器至少2分鐘。調(diào)整儀器進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)，開始樣品分析。9試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理當(dāng)儀器顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，每隔30秒讀數(shù)一次，至少連續(xù)讀取三次讀數(shù)，取兩次結(jié)果的的平均值，作為測(cè)定結(jié)果。其有效位數(shù)與所用氧氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的有效位數(shù)一致。10精密度10.1重復(fù)性在重復(fù)性條件下獲得的兩次獨(dú)立測(cè)試結(jié)果的差值在95%置信水平下不應(yīng)超過表1所示的重復(fù)性限。10.2再現(xiàn)性在再現(xiàn)性條件下獲得的兩次獨(dú)立測(cè)試結(jié)果的差值在95%置信水平下不應(yīng)超過表1所示的再現(xiàn)性限。表1精密度單位：體積分?jǐn)?shù)氧含量x的范圍重復(fù)性限再現(xiàn)性限1×10-6≤x＜10×10-60.06×10-60.72×10-610×10-6≤x＜100×10-60.31×10-61.67×10-610