一种基于激光法的天然气水含量和硫化氢测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于激光法的天然气水含量和硫化氢测量系统及方法，属于天然气中水和硫化氢含量测试技术领域。本基于激光法的天然气水含量和硫化氢测量系统，包括激光器准直透镜、半导体激光器、激光探测器、气室和信号处理装置，气室用于储存流动的待测气体，气室的上部一侧设有进气口，下部一侧设有出气口，气室的顶部设有顶部反射镜和窗口，底部设有底部反射镜，窗口的上方设有半导体激光器和激光探测器，半导体激光器的输出端上安装有激光器准直透镜，激光探测器用于接收半导体激光器发出经过多次反射的激光信号，信号处理装置与激光探测器电连接。有益效果：能快速准确测量天然气中水、硫化氢含量。硫化氢含量。硫化氢含量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光法的天然气水含量和硫化氢测量系统及方法


[0001]本专利技术属于天然气中水和硫化氢含量测试
，具体涉及一种基于激光法的天然气水含量和硫化氢测量系统及方法。

技术介绍

[0002]天然气水露点是控制天然气储运过程中不产生液态物质的重要指标。水露点反映了天然气中的水蒸气含量。在天然气管道输送中，如果水含量高，会增加输气阻力，降低输气能力，严重时会堵塞阀门和管道，影响正常供气。天然气中含水，将影响天然气的密度。天然气中含有硫化氢、二氧化碳等酸性气体时，液态水的存在会加速酸性组分对管壁和阀件的腐蚀，减少管道的使用寿命。
[0003]目前常用的检测硫化氢的方法包括醋酸铅纸带法和紫外荧光法。醋酸铅纸带法是将含有H2S气体的天然气通入到反应室与饱和醋酸铅的纸带反应，反应结果使纸带产生褐色的斑点，通过光电法检测纸带褐色的深浅来对应H2S的浓度。由于这种方法需要将气体加热到高温转化，转化条件控制较严，同时高温反应炉的寿命有影响，需要经常更换高温反应炉，耗材和操作复杂、操作环境恶劣。紫外荧光法是将待测气体直接注入裂解管中，由进样器将试样送至高温燃烧管，在富氧条件中，硫化氢被氧化成二氧化硫；试样燃烧生成的气体在除去水后被紫外光照射，二氧化硫吸收紫外光的能量转变为激发态的二氧化硫，当激发态的二氧化硫返回到稳定态的二氧化硫时发射荧光，并由光电探测器按特定波长检测而接收，发射的荧光对硫元素来讲完全是特定的波长并且与样品中的硫含量成正比关系；再经电流放大器放大，计算和数据处理，即可转换为与光强度成正比的电信号，由所得信号值计算出试样的硫含量。缺点是反应温度高，需要载气；紫外灯需要定期更换。
[0004]目前常用的检测水露点的方法包括冷镜法和电解法。冷镜法：样品气在恒定压力下，以一定流量经过冷静露点仪测定室中的抛光金属镜面温度可以人为降低并能准确测量。当气体中的水蒸气随着镜面温度的逐渐降低而达到饱和时，开始析出凝析物，此时所测量到的镜面温度即为该压力下气体的水露点。可以通过水露点计算气体中的水含量。缺点是相应时间长，镜面容易受到污染。电解法：就是将干燥剂吸收的水分经电解池电解成氢气和氧气排出，电解电流的大小与水分含量成正比，通过检测该电流即可测得样气的中水的含量。缺点是测量结果受气体流量、压力等影响较大；对气体的腐蚀性和清洁性要求较高。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述技术问题提供一种基于激光法的天然气水含量和硫化氢测量系统，能快速准确测量天然气中水、硫化氢含量。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：可基于激光法的天然气水含量和硫化氢测量系统包括：激光器准直透镜、半导体激光器、激光探测器、气室和信号处理装置，所述气室用于储存流动的待测气体，所述气室的上部一侧设有进气口，下部一侧设有出气口，所述气室的顶部设有顶部反射镜和窗口，底部设有底部反射镜，所述窗口的上方设有所述半
导体激光器和激光探测器，所述半导体激光器的输出端上安装有所述激光器准直透镜，所述激光探测器用于接收所述半导体激光器发出经过多次反射的激光信号，所述信号处理装置与所述激光探测器电连接。
[0007]有益效果：需要设备简单，成本低，不需要高的反应温度，受环境影响小，能快速准确测量天然气中水、硫化氢含量。
[0008]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0009]进一步，还包括气室保温装置，所述气室保温装置内设置有所述气室、所述激光器准直透镜、所述半导体激光器和所述激光探测器。
[0010]进一步，所述气室保温装置包括保温棉和加热器，所述加热器的内部设有所述保温棉。
[0011]进一步，所述气室保温装置内设有用于控制所述半导体激光器和所述激光探测器的第一温控装置。
[0012]进一步，所述第一温控装置包括温度控制板、TEC半导体制冷片和散热片，所述TEC半导体制冷片有两个，两个所述TEC半导体制冷片的冷端分别通过所述温度控制板紧贴固定所述半导体激光器和所述激光探测器，两个所述TEC半导体制冷片的热端通过所述温度控制板紧贴固定所述散热片。
[0013]进一步，还包括第二温控装置，所述第二温控装置用于控制所述气室保温装置工作。
[0014]进一步，所述气室为herro itt型长光程气室。
[0015]进一步，所述顶部反射镜为带孔凹面反射镜，所述底部反射镜为凹面反射镜。
[0016]本专利技术的目的之二：提供一种基于激光法的天然气水含量和硫化氢测量方法，采用所述的基于激光法的天然气水含量和硫化氢测量系统包括以下步骤：
[0017]S1:将待测天然气从所述进气口进入所述气室，从所述出气口流出，使所述气室中充满待测气体；
[0018]S2:通过所述半导体激光器发出的激光信号经过所述激光器准直透镜准直后透过所述窗口进入所述气室，激光在所述顶部反射镜和所述底部反射镜之间来回反射若干次后透过所述窗口，被所述激光探测器接收，然后通过所述信号处理装置进行处理并计算，得到待测气体中水的含量及硫化氢的含量。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的结构示意图；
[0020]图2是具体实施方式中所述气体吸收频谱矩阵M的吸收曲线图；
[0021]图3是具体实施方式中所述气体吸收频谱矩阵A的吸收曲线图；
[0022]图4是具体实施方式中所述气体吸收频谱矩阵B的吸收曲线图；
[0023]图5是实施例中k1线性拟合的结果图；
[0024]图6是实施例中k2线性拟合的结果图。
[0025]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0026]1、激光器准直透镜；2、半导体激光器；3、激光探测器；4、第一温控装置；5、顶部反射镜；6、气室保温装置；7、气室；8、底部反射镜；9、出气口；10、第二温控装置；11、进气口；
12、窗口；13、信号处理装置。
具体实施方式
[0027]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0028]实施例1
[0029]如图1所示，本实施例提供一种基于激光法的天然气水含量和硫化氢测量系统，包括：激光器准直透镜1、半导体激光器2、激光探测器3、气室7和信号处理装置13，所述气室7用于储存流动的待测气体，所述气室7的上部一侧设有进气口11，下部一侧设有出气口9，所述气室7的顶部设有顶部反射镜5和窗口12，底部设有底部反射镜8，所述窗口12的上方设有用于提供半导体激光信号的所述半导体激光器2和激光探测器3，所述半导体激光器2的输出端上安装有所述激光器准直透镜1，所述激光器准直透镜1用于将所述半导体激光器2发射出来的具有较大发散角的激光进行准直，所述激光探测器3用于接收所述半导体激光器2发出经过多次反射的激光信号，所述信号处理装置13与所述激光探测器3电连接。
[0030]优选地，本实施例中，还包括气室保温装置6，所述气室保温装置6内设置有所述气室7、所述激光器准直透镜1、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光法的天然气水含量和硫化氢测量系统，其特征在于，包括：激光器准直透镜(1)、半导体激光器(2)、激光探测器(3)、气室(7)和信号处理装置(13)，所述气室(7)用于储存流动的待测气体，所述气室(7)的上部一侧设有进气口(11)，下部一侧设有出气口(9)，所述气室(7)的顶部设有顶部反射镜(5)和窗口(12)，底部设有底部反射镜(8)，所述窗口(12)的上方设有所述半导体激光器(2)和激光探测器(3)，所述半导体激光器(2)的输出端上安装有所述激光器准直透镜(1)，所述激光探测器(3)用于接收所述半导体激光器(2)发出经过多次反射的激光信号，所述信号处理装置(13)与所述激光探测器(3)电连接。2.根据权利要求1所述的基于激光法的天然气水含量和硫化氢测量系统，其特征在于，还包括气室保温装置(6)，所述气室保温装置(6)内设置有所述气室(7)、所述激光器准直透镜(1)、所述半导体激光器(2)和所述激光探测器(3)。3.根据权利要求2所述的基于激光法的天然气水含量和硫化氢测量系统，其特征在于，所述气室保温装置(6)包括保温棉和加热器，所述加热器的内部设有所述保温棉。4.根据权利要求2所述的基于激光法的天然气水含量和硫化氢测量系统，其特征在于，所述气室保温装置(6)内设有用于控制所述半导体激光器(2)和所述激光探测器(3)的第一温控装置(4)。5.根据权利要求4所述的基于激光法的天然气水含量和硫化氢测量系统，其特征在于，所述第一温控装置(4)包括温度控制板、TEC半导体制冷片和散热片，所述TEC半导体制...

【专利技术属性】
技术研发人员：青青，裴全斌，韩涛，徐明，游经明，陈正文，付顺康，王柯栩，闫海明，王吉开，
申请(专利权)人：国家石油天然气管网集团有限公司，
类型：发明
国别省市：