本发明专利技术涉及一种可燃性气体燃烧热的测定装置和采用该装置测定可燃性气体燃烧热的方法。本发明专利技术的测定装置包括氧弹热量计和取气平衡装置。所述测定可燃性气体燃烧热的方法包括：通过取气平衡装置向氧弹充入氧弹内容积V的待测可燃性气体，采用直接燃烧法，使氧弹内容积V的可燃性气体在氧弹中直接燃烧，通过氧弹燃烧体系预先测得的热容量k和可燃性气体在氧弹中燃烧所产生的温升Δt，根据公式计算出该可燃性气体的燃烧热。采用直接燃烧法测定可燃性气体的热值，量值可直接溯源到国际单位制，测量不确定度小，结构合理，操作简便，具有良好的应用前景，从而在天然气贸易结算实现以能量计量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃烧热的测定，更具体而言，涉及一种可燃性气体(例如，甲烷或天然气等)燃烧热的测定装置和采用该装置测定可燃性气体燃烧热的方法。
技术介绍
某种物质的燃烧热(又称发热量)是指该物质单位质量或单位体积完全燃烧放出的热量。例如，煤的发热量，国家标准规定了采用氧弹热量计直接燃烧法测定煤的高位发热量和低位发热量(参见GB213-2008)。而对于可燃性气体，由于无法测量其体积，所以不能使用氧弹热量计采用直接燃烧法测定其发热量。天然气是一种自然、清洁和不可再生的能源和优质的化工原料。从环保和优质能源出发，21世纪将是以天然气为主要能源应用的世纪。天然气替代汽油作汽车燃料，不仅环保效益好，也具有价格优势；天然气替代煤作燃料，虽然按热值计算的价格相对高些，但煤造成的污染严重，属环保控制对象；天然气可替代部分电力用于工业加热、空调制冷和民用家用电器；天然气既可作为化工原料，也可作为工业、民用燃料，因此是目前世界上三大能源支柱之一。由于其具有的环保和经济的双重意义，从20世纪70年代至90年代的20年间，全世界天然气的产量增幅达64%，大大超过了原油8%的增幅。据世界天然气权威机构预测到2015年，天然气在总能源构成中将占到 30%，超过煤炭成为第二大能源。合理利用天然气受到了各国政府愈来愈多的重视。我国是天然气资源丰富的国家之一，但天然气资源的开发与利用却严重滞后，天然气在能源结构中仅占约2%，而工业发达国家一般为30 40%。近年来随着国家“西气东输工程”的启动，天然气工业也进入快速发展阶段，2010年天然气产量已达到944. 8亿立方米，是2001年的3. 31倍。2010年有70亿立方米/年左右的天然气进入上海和武汉等大城市，并经过城市输配系统供给企业与家庭。同时我国与全世界各国贸易不断发展，与俄罗斯天然气输气工程已成定局，将大量购买俄罗斯的天然气。天然气工业的迅速发展为改善能源结构、改善环境质量、提高人们生活质量打下了良好的物质基础。天然气中可利用的是具有一定发热量的烃类组分，故贸易结算中最合理的方式是以能量单位进行结算。目前，美国、加拿大、欧共体国家等国家和地区，在八十年代即开始在大型输气站的交接计量中全面推广天然气能量计量技术，在政府相关政策的大力推动下已形成较为完善的设计、建设、仪器仪表配备和检定等标准规范和相应的价格体系。国际标准化组织天然气技术委员会(ISO/TC19;3)也正在制定“天然气-能量的测定(Natural gas-energy determination) ”国际标准(IS0/CD15112-2007)。我国目前还是采用体积计量方式。而由中国石油天然气股份有限公司开展的“油气计量方式与国际惯例接轨”科研项目已经得出结论能量计量更科学合理，建议我国尽快实施天然气能量计量。天然气能量计量的不确定度水平受计量技术水平的限制。天然气能量测量中的两个基本量是体积和单位体积的能量(即燃烧热气体单位体积完全燃烧放出的热量)。体积计量溯源到国家流量基准装置。但目前我国尚未建立大流量国家基准装置，缺乏对流量5测量的检定校准能力。在这方面，我国与德国等发达国家尚存在差距。目前，单位体积的能量测定，需要准确测定气体的组成，然后根据气体组成和组成气体的各纯气体的燃烧热值， 计算得到该气体的燃烧热。气体组分的测定由气相色谱仪完成，该仪器由气体标准物质校准，不确定度来自于仪器分析和标准物质。而单位体积能量的计算需要纯燃气的热值数据。 目前，国际普遍采用的甲烷等气体的燃烧热值来自于ISO标准，其不确定度是单位体积能量不确定度的另一个源头。准确测量纯燃气的燃烧热值，是一项基础性的工作，同时又是一项技术含量高，投入巨大的工作。目前，德国为首的欧盟正在进行该项工作，以燃烧法的绝对方法测量甲烷等纯燃气的燃烧热值。该项工作的意义在于能够准确测量燃气热值，减小其不确定度，从而在能量测量的源头上提高准确性，减小不确定度。因此，在我国也迫切需要研制一种采用直接燃烧法测定可燃性气体燃烧热的装置以及测定方法。
技术实现思路
本专利技术人采用氧弹直接燃烧法测量可燃性气体的燃烧热，即采用氧弹热量计作为燃烧热测量手段，使已知体积的可燃性气体在氧弹中直接燃烧，通过氧弹燃烧体系预先测得的热容量和可燃性气体在氧弹中燃烧所产生的温升，就可以计算出该可燃性气体的单位体积的燃烧热。其中，氧弹体系的热容量是通过一级热量标准物质苯甲酸在氧弹热量计中燃烧标定得到。因此，本专利技术的目的在于提供一种采用氧弹直接燃烧法测定可燃性气体燃烧热的直O本专利技术的另一目的在于提供一种采用上述装置测定可燃性气体燃烧热的方法。该方法可以通过标准物质溯源到SI单位制上。根据本专利技术的一方面，本专利技术提供的测定可燃性气体燃烧热的装置包括氧弹热量计，该氧弹热量计中的氧弹在弹盖上配置有至少2个用于排气和充气的阀门；和平衡取气装置，用于向氧弹充入氧弹内容积的待测可燃性气体，该平衡取气装置包括真空泵和真空计，用于在氧弹中充入待测可燃性气体之前排除氧弹中的空气(例如至真空度2 3Pa)；压力表和转子流量计，用于控制待测可燃性气体充入氧弹中的流量和压力；气体湿润器，用于使充入氧弹中可燃性气体的湿度达到饱和至95%以上；恒温水槽， 该恒温水槽内设有容纳氧弹的空腔，使氧弹保持恒定温度；大气平衡瓶，用于使氧弹中容纳的可燃性气体的压力与大气压平衡；和用于连接的导管。根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供一种采用上述装置测定可燃性气体燃烧热的方法，该方法包括取气将清洁并干燥的氧弹，点火电极上安装好点火钼丝，然后氧弹弹盖的一阀门通过气体润湿器、转子流量计和压力表与可燃性气源连接，氧弹弹盖的另一阀门与真空计和真空泵相连接；其后，开启真空泵，抽真空排除氧弹、管道及气体润湿器中的空气，再关闭真空泵，开启可燃性气源的阀门，向氧弹内充入可燃性气体，再抽真空排气和充入可燃性气体，即重复该排气和充气的步骤至少1次，以保证可燃性气体完全置换氧弹内的空气；然6后，向氧弹内充入可燃性气体至压力达到0. 03 0. 05MPa，关闭氧弹两个连接上的阀门，将氧弹拆离出；平衡将上述拆离出的氧弹放入恒温水槽的空腔中，在槽内恒定温度下恒温(例如1小时)，而后氧弹的一阀门通过导管与大气平衡瓶连接，并插入大气平衡瓶内的水面下 1mm，其中1可以为10 15的整数，例如1为13 ；打开氧弹的阀门，使其与大气平衡，直到不再有气体逸出；然后关闭阀门，将氧弹拆离出，从而得到氧弹内容积的可燃性气体；燃烧向上述平衡后的氧弹充入氧气至0. 5 1. 3MPa，放入氧弹热量计的内筒，点火燃烧，测得温升At;根据公式込=^^，式中V是氧弹的内容积，k是氧弹热量计的热容量，从而计算得到上述可燃性气体的恒容燃烧热Qv。本专利技术的优点在于使用本专利技术的可燃性气体燃烧热的测定装置测定的纯甲烷高位发热量为39900kJ/m3，相对不确定度为0. 6% (k = 2)；测量结果与国际标准组织(ISO) 公布的标准热值39840kJ/m3仅相差60kJ/m3(相对误差0. 15% )，误差在不确定度范围之内。因此，采用直接燃烧法测定可燃性气体的热值，量值可直接溯源到国际单位制，测量不确定度小，结构合理，操作简便，具有良好的应用前景。例如，根据本专利技术的方法可以测得天然气的燃烧本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种测定可燃性气体燃烧热的装置，该装置包括：氧弹热量计，该氧弹热量计中的氧弹在弹盖上配置有至少２个用于排气和充气的阀门；和平衡取气装置，用于向氧弹充入氧弹内容积的待测可燃性气体，该平衡取气装置包括：真空泵和真空计，用于在氧弹中充入待测可燃性气体之前排除氧弹中的空气；压力表和转子流量计，用于控制待测可燃性气体充入氧弹中的流量和压力；气体湿润器，用于使充入氧弹中可燃性气体的湿度达到饱和至９５％以上；恒温水槽，该恒温水槽内设有容纳氧弹的空腔，使氧弹保持恒定温度；大气平衡瓶，用于使氧弹中容纳的可燃性气体的压力与大气压平衡；和用于连接的导管。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙国华，李佳，王海峰，孟凡敏，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：11
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