天然气氧含量的测定电化学法

II天然气氧含量的测定电化学法1范围本文件描述了采用电化学传感器法测定天然气中氧含量的方法，包括原理、试剂材料、仪器、取样、测定步骤、试验数据处理、精密度等内容的具体要求。本文件适用于天然气及类似气体中氧含量的在线和离线检测，测定范围为0.0001%~1.0%（体积分数）。对超出本文件测定范围的氧含量，其精密度要求本文件未做规定。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/T7665传感器通用术语GB/T13609天然气取样导则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1电化学传感器electrochemicalsensor利用被测量的电化学反应，将其变化转换成电位变化、电流变化或者电导率变化的传感器。[来源：GB/T7665-2005，3.1.26]4原理在一定压力和流速条件下，样品气中的氧分子扩散到电化学传感器的氧电极上进行电化学反应，产生一个与氧浓度成正比的电流信号。通过对比待测样品和已知氧含量的标气样品的电信号输出，即可得到待测样品的氧含量。对于铅做阳极的电化学反应式如下：O2+2H2O+4e-→4OH-（阴极反应）2Pb+4OH-→2PbO+2H2O+4e-（阳极反应）2Pb+O2→2PbO（总反应式）5试剂与材料5.1气体标准物质：宜采用甲烷中氧气体标准物质。5.2碱吸收液：采用可吸收硫化氢的化学试剂配制碱吸收液对反应后排出的样品气进行吸收。6仪器6.1概述仪器的主要构成如图1所示。过滤单元元压力控制单元元流量控制单元元传感器元电路元件元数据显示元数据存储元前处理系统氧分析仪6.2氧分析仪过滤单元元压力控制单元元流量控制单元元传感器元电路元件元数据显示元数据存储元前处理系统氧分析仪6.2.1传感器：采用能够对氧有响应且适用于天然气分析的电化学传感器。6.2.2流量控制单元：配置流量计，显示进样流速，根据仪器的操作要求进行流量控制，一般为0.5L/min~2L/min。6.2.3电路元件：采用各种电路系统将放大和过滤电化学传感器产生的电流信号，然后通过转换电路将电流信号转换为电压信号输出。6.2.4数据显示单元：直接显示样品气中的氧含量体积分数。6.2.5数据存储单元：配有内置存储器，可将分析数据储存在仪器内，然后通过数据连接线等将数据导至电脑上。可根据不同仪器的设置及配置要求，设置合适的数据存储间隔。6.3前处理系统6.3.1过滤单元：根据待测样品气体类型，选择是否采用颗粒物过滤器或膜过滤器，过滤孔径不大于1μm，保证进入分析仪的样品不含液体及颗粒物。6.3.2压力控制单元：采用金属隔膜的气体减压器，按照仪器的操作要求控制进样压力一般不超过0.1MPa。7取样7.1按照GB/T13609的要求进行取样。7.2取样及进样管线的材质应为不锈钢材质，需要密封时密封件的材质应为不锈钢材质。8测定步骤8.1准备将高纯氮气（5.2）与气体减压器连接，然后进入分析仪，按照仪器的操作要求，调节进样压力和流速，并对进样管路的连接处进行检漏。吹扫进样管路至少2分钟后，进入仪器测量状态。观察仪器读数，当读数高于预期值时，表明进样系统有泄漏。8.2标定8.2.1方法根据待测样品的浓度范围选择合适浓度的氧气体标准物质，按照仪器操作要求进行单点标定。也可选择合适的3～4个不同浓度的氧气体标准物质进行函数拟合得到标定曲线。8.2.2频率根据用户的需求及仪器的使用状况对仪器进行定期标定。8.2.3步骤按照仪器的操作要求，将氧气体标准物质（5.1）与分析仪连接，调节进样压力以及流速，吹扫进样管路及仪器应至少2分钟。样品进入分析仪，调整仪器进入测量状态，待显示数据稳定后，按照仪器的操作要求完成标定。8.3样品分析根据气质特点选择是否需要接过滤器。然后将样品与气体减压器进行连接，进入分析仪。按照仪器操作要求调节进样压力及流速，吹扫进样管路及仪器至少2分钟。调整仪器进入测量状态，开始样品分析。9试验数据处理当仪器显示数据稳定后，每隔30秒读数一次，至少连续读取三次读数，取两次结果的的平均值，作为测定结果。其有效位数与所用氧气体标准物质的有效位数一致。10精密度10.1重复性在重复性条件下获得的两次独立测试结果的差值在95%置信水平下不应超过表1所示的重复性限。10.2再现性在再现性条件下获得的两次独立测试结果的差值在95%置信水平下不应超过表1所示的再现性限。表1精密度单位：体积分数氧含量x的范围重复性限再现性限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