燃?xì)鉄嶂捣治鰞x,也稱為天然氣熱值測定儀或天然氣熱值儀,其工作原理基于燃燒熱效應(yīng)。即通過將燃?xì)鈽悠穼?dǎo)入分析儀的燃燒室,與氧氣混合并點燃,發(fā)生燃燒反應(yīng)。產(chǎn)生的熱量通過熱量傳感器(如熱電偶、熱敏電阻等)進(jìn)行測量,這些傳感器將溫度變化轉(zhuǎn)化為電信號,進(jìn)而計算出釋放的熱量。最終,根據(jù)燃燒過程中產(chǎn)生的熱量,分析儀可以計算出燃?xì)獾臒嶂?,通常以英熱單位(BTU)或焦耳(J)為單位表示。
一、核心測量單元
這是分析儀的“心臟”,負(fù)責(zé)直接測量燃?xì)獾臒嶂导跋嚓P(guān)參數(shù),根據(jù)測量原理不同可分為兩類:
燃燒式測量單元(常見于熱值計類設(shè)備)
燃燒爐/燃燒室:燃?xì)馀c輔助氣體(空氣/氧氣)在此充分燃燒,釋放的熱量被吸收(如通過水或金屬塊吸熱),是熱量測量的核心反應(yīng)區(qū)。
熱量計(量熱系統(tǒng)):通過測量燃燒過程中吸收的熱量(如水溫升高值、金屬塊溫度變化)計算熱值,常見的有“水流式熱量計”“恒溫式量熱計”等,精度直接影響結(jié)果準(zhǔn)確性。
溫度傳感器:實時監(jiān)測燃燒前后的溫度變化(如燃燒室溫度、吸熱介質(zhì)溫度),通常采用高精度鉑電阻(Pt100)或熱電偶,精度可達(dá)±0.1℃。
色譜式測量單元(適用于成分分析法)
色譜柱:分離燃?xì)庵械母鹘M分(如甲烷、乙烷、丙烷等烴類氣體),不同組分因在固定相和流動相中的分配系數(shù)不同而實現(xiàn)分離。
檢測器:檢測經(jīng)色譜柱分離后的組分濃度,常用的有熱導(dǎo)檢測器(TCD,適用于常量組分)、氫火焰離子化檢測器(FID,適用于烴類微量組分),將組分濃度轉(zhuǎn)化為電信號。
二、氣路系統(tǒng)
負(fù)責(zé)燃?xì)鈽悠芳拜o助氣體的傳輸、凈化和流量/壓力控制,確保樣品穩(wěn)定進(jìn)入測量單元:
樣品氣處理模塊
過濾器:去除燃?xì)庵械碾s質(zhì)(如粉塵、水分、硫化物),避免堵塞管路或污染傳感器(如活性炭過濾器除粉塵,分子篩除水分)。
穩(wěn)壓器/減壓閥:將燃?xì)庠吹母邏海ㄈ玟撈繗鈮毫?-2MPa)降至設(shè)備所需的工作壓力(通常0.1-0.3MPa),保證氣流穩(wěn)定。
流量計/流量控制器:精確控制樣品氣流量(如0.5-2L/min),常見的有轉(zhuǎn)子流量計、質(zhì)量流量控制器(MFC,精度更高),確保進(jìn)入測量單元的氣體量穩(wěn)定。
輔助氣路(針對燃燒法設(shè)備)
包括空氣/氧氣管路(提供燃燒所需助燃?xì)怏w),結(jié)構(gòu)與樣品氣路類似,需控制輔助氣體的壓力和流量(如空氣流量是樣品氣的5-10倍)。
排氣系統(tǒng)
排出燃燒后的廢氣或未參與測量的余氣,通常連接至室外或通風(fēng)管道,避免室內(nèi)燃?xì)饩奂?/div>
三、控制系統(tǒng)與傳感器
協(xié)調(diào)各模塊工作,采集關(guān)鍵參數(shù)并實現(xiàn)自動化控制:
主控板(CPU)
設(shè)備的“大腦”,接收各傳感器信號,執(zhí)行測量程序(如點火控制、溫度采集、數(shù)據(jù)計算),并控制氣路閥門、加熱裝置等部件。
關(guān)鍵傳感器
壓力傳感器:監(jiān)測樣品氣、輔助氣的實時壓力(如量程0-0.5MPa,精度±0.2%FS),用于壓力修正(熱值需換算至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。
濕度傳感器:部分設(shè)備內(nèi)置,監(jiān)測環(huán)境濕度或樣品氣濕度(避免水分影響燃燒效率)。
液位傳感器(針對水式熱量計):監(jiān)測吸熱介質(zhì)(水)的液位,確保量熱系統(tǒng)正常工作。
執(zhí)行部件
電磁閥:控制氣路通斷(如樣品氣、標(biāo)氣、輔助氣的切換);
點火裝置:燃燒法設(shè)備中用于點燃燃?xì)?空氣混合物(如電火花點火器);
加熱/制冷模塊:維持測量單元溫度穩(wěn)定(如燃燒室恒溫控制)。
四、數(shù)據(jù)處理與顯示單元
實現(xiàn)數(shù)據(jù)計算、存儲和結(jié)果輸出:
顯示屏
通常為LCD或觸摸屏,實時顯示測量數(shù)據(jù)(如瞬時熱值、溫度、壓力)、設(shè)備狀態(tài)(如“預(yù)熱中”“測量中”)、錯誤代碼等。
數(shù)據(jù)處理模塊
根據(jù)測量原理計算熱值:
燃燒法:通過熱量公式(Q=cmΔt)計算總熱量,結(jié)合燃?xì)饬髁康贸鰡挝惑w積熱值;
色譜法:根據(jù)各組分濃度及對應(yīng)純組分熱值,通過加和公式計算總熱值(如天然氣熱值=Σ(組分體積分?jǐn)?shù)×該組分熱值))。
自動修正:對壓力、溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(如101.325kPa、20℃)換算,確保數(shù)據(jù)可比性。
存儲與接口
內(nèi)置存儲器:保存歷史測量數(shù)據(jù)(如最近1000組數(shù)據(jù));
外部接口:USB(導(dǎo)出數(shù)據(jù)至U盤)、RS232/以太網(wǎng)(連接電腦或打印機(jī)),部分設(shè)備支持聯(lián)網(wǎng)上傳至監(jiān)測系統(tǒng)。
五、輔助結(jié)構(gòu)
外殼與工作臺
金屬外殼(如不銹鋼),兼具防護(hù)(防碰撞)和防爆功能(部分設(shè)備為隔爆設(shè)計),表面設(shè)有操作按鈕(電源、校準(zhǔn)、測量等)。
電源模塊
將220V交流電轉(zhuǎn)換為設(shè)備內(nèi)部所需的直流電壓(如5V、12V),部分設(shè)備內(nèi)置穩(wěn)壓電路,減少電網(wǎng)波動影響。