一种联动燃气热值检测设备及方法与流程

1.本发明属于燃气检测技术领域，具体涉及一种联动燃气热值检测设备及方法。


背景技术：

2.燃气的燃烧最重要的参数指标包括三个：燃气热值（即燃气发热量）、华白指数和燃烧势，其中，以热值的检测最为复杂也最为关键。相关部门制定的《油气管网设施公平开放监管办法》中指出，混输的天然气热值品质不同，采用能量计量方式有利于准确计量、体现公平，减少结算纠纷，有利于天然气行业健康发展和天然气市场国际化进程。改变原有的体积计量方式，燃气的贸易结算实施燃气能量计量。
3.现阶段，色谱仪作为燃气贸易结算中热值测量的主力产品，其检测精度较高，可到0.5级。但由于是间歇式的测量，检测滞后比较严重，造价和使用成本也非常高，经过对西气东输中关键场站如：中卫站和广州站、中石油昆仑京唐lng基地、西南油气田输气处、西部管道昌吉站等采用色谱热值进行检测的考察，色谱仪的检测周期平均为6分钟，滞后较大，且色谱仪操作难度较大，相对可靠性也较差，所以市场上亟须一种新的燃气热值检测技术方案。


技术实现要素：

4.为此，本发明提供一种联动燃气热值检测设备及方法，解决传统色谱仪检测滞后比较严重，可靠性差的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种联动燃气热值检测设备，包括外壳体、超声波检测模盒、led光源折射成像模块和检测计量板；所述外壳体的侧部形成有第一燃气样气进气口和第一标准气进气口；所述超声波检测模盒、所述led光源折射成像模块、所述检测计量板均设置在所述外壳体的内部；所述超声波检测模盒包括第一盒体，所述第一盒体的侧部设有第二燃气样气进气口和第二标准气进气口，所述第一盒体的底部设有第一导气孔，所述第一盒体的内部设有声波发射器和声波接收器，所述声波发射器位于所述第一盒体的一端，所述声波接收器位于所述第一盒体的另外一端；所述led光源折射成像模块包括第二盒体，所述第二盒体的顶部设有第二导气孔，所述第二导气孔和所述第一导气孔连通；所述第二盒体的内部设有led光源、等边三棱镜和成像检测传感器，所述led光源发出的光线通过所述等边三棱镜照射到所述成像检测传感器；所述检测计量板用于对所述超声波检测模盒和所述led光源折射成像模块检测的燃气样气热值进行处理。
6.作为联动燃气热值检测设备优选方案，所述外壳体的侧部还设有电气转接口，所述第一盒体连接有第一电气转接头，所述第二盒体连接有第二电气转接头。
7.作为联动燃气热值检测设备优选方案，所述声波发射器的接线端和所述第一电气
转接头电连接，所述led光源的接线端和所述第二电气转接头电连接；所述第一电气转接头和所述第二电气转接头的线路通过所述电气转接口引入所述外壳体。
8.作为联动燃气热值检测设备优选方案，所述外壳体的侧部形成有第一放散口，所述第二盒体的侧部形成有第二放散口，所述第一放散口和所述第二放散口之间连通。
9.作为联动燃气热值检测设备优选方案，所述声波发射器和所述声波接收器用于对燃气样气中的超声波速度进行检测以测量燃气样气热值。
10.作为联动燃气热值检测设备优选方案，所述成像检测传感器用于检测所述led光源发出的光线折射率以测量燃气样气热值。
11.本发明还提供一种联动燃气热值检测方法，包括：将燃气样气输入到超声波检测模盒，超声波检测模盒中的声波发射器发出超声波穿过燃气样气后被声波接收器接收，对燃气样气中的超声波速进行检测以测量燃气样气的第一热值；将燃气样气或标准气输入到led光源折射成像模块，led光源折射成像模块中的led光源发出的光线穿过燃气样气或标准气并被等边三棱镜进行折射，被等边三棱镜进行折射后的光线穿过燃气样气或后标准气在成像检测传感器成像，对穿过燃气样气或标准气的光线进行光线折射率检测以测量燃气样气的第二热值；将超声波检测模盒检测的燃气样气的第一热值和led光源折射成像模块检测的燃气样气的第二热值进行联动处理，得到燃气样气的联动修正后的热值。
12.作为联动燃气热值检测方法优选方案，超声波检测模盒对燃气样气中超声波速度的检测公式为：vgas = l/γ式中，vgas表示超声波在燃气样气中的传播速度；l表示声波发射器发出的声波到声波接受器的路径距离；γ表示声波从声波发射器到达声波接收器的时间。
13.作为联动燃气热值检测方法优选方案，对穿过燃气样气的光线进行光线折射率检测公式为：
∆
θ=[2πl`(ngas-nref)]/ λ式中，l`表示led光源折射成像模块中第二盒体的盒腔长度，ngas表示燃气样气的折射率，nref表示对照的标准气的折射率，λ表示led光源的波长。
[0014]
作为联动燃气热值检测方法优选方案，采用超声波检测模盒测量的第一热值为：qs-σ k
΄
i xi；采用led光源折射成像模块测量的第二热值为：qo-σ ki xi；燃气样气的联动修正公式为：q=qs-ασkixiσkixi=(qo-qs)/(1-α)q=qo-(qo-qs)/(1-α)式中，q为燃气样气的联动修正后的热值；qs为采用超声波方法检测含有氮气、二氧化碳、氧气干扰因素的第一热值；qo为光源成像技术含有氮气、二氧化碳、氧气干扰因素测量的第二热值；xi为干扰气体浓度；ki、k
΄
i为干扰系数，k
΄
i=αki；α为常数。
[0015]
本发明具有如下优点：运用led光源折射成像技术和超声波检测联动实现对天然气热值进行精确测定，性能指标优异，可达到与色谱仪相同测量精度，其反应速度仅为0.2秒、几乎没有滞后；特别是这种测量方式不受燃气组分的限制，可以对复杂的气质条件和难以测量的天然气组分气体进行有效的发热量测量，产品造价和使用维护费用远远低于同精度级别的其它产品。
附图说明
[0016]
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
[0017]
图1为本发明实施例中提供的联动燃气热值检测设备分解结构示意图；图2为本发明实施例中提供的联动燃气热值检测设备中超声波检测模盒结构示意图；图3为本发明实施例中提供的联动燃气热值检测设备中led光源折射成像模块结构示意图；图4为本发明实施例中提供的联动燃气热值检测方法流程示意图；图5为本发明实施例中提供的联动燃气热值检测方法和传统色谱仪检测结果对比图；图6为本发明实施例中提供的联动燃气热值检测方法检测结果和理论值比较图。
[0018]
图中，1、外壳体；2、超声波检测模盒；3、led光源折射成像模块；4、检测计量板；5、第一燃气样气进气口；6、第一标准气进气口；7、第一盒体；8、第二燃气样气进气口；9、第二标准气进气口；10、第一导气孔；11、声波发射器；12、声波接收器；13、第二盒体；14、第二导气孔；15、led光源；16、等边三棱镜；17、成像检测传感器；18、电气转接口；19、第一电气转接头；20、第二电气转接头；21、第一放散口；22、第二放散口。
实施方式
[0019]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020]
参见图1、图2和图3，本发明实施例提供一种联动燃气热值检测设备，包括外壳体1、超声波检测模盒2、led光源折射成像模块3和检测计量板4；其中，外壳体1的侧部形成有第一燃气样气进气口5和第一标准气进气口6；超声波检测模盒2、led光源折射成像模块3、检测计量板4均设置在外壳体1的内部；其中，超声波检测模盒2包括第一盒体7，第一盒体7的侧部设有第二燃气样气进气口8和第二标准气进气口9，第一盒体7的底部设有第一导气孔10，第一盒体7的内部设有声波发射器11和声波接收器12，声波发射器11位于第一盒体7的一端，声波接收器12位于第一盒体7的另外一端；
其中，led光源折射成像模块3包括第二盒体13，第二盒体13的顶部设有第二导气孔14，第二导气孔14和第一导气孔10连通；第二盒体13的内部设有led光源15、等边三棱镜16和成像检测传感器17，led光源15发出的光线通过等边三棱镜16照射到成像检测传感器17；其中，检测计量板4用于对超声波检测模盒2和led光源折射成像模块3检测的燃气样气热值进行处理。
[0021]
本实施例中，外壳体1的侧部还设有电气转接口18，第一盒体7连接有第一电气转接头19，第二盒体13连接有第二电气转接头20。声波发射器11的接线端和第一电气转接头19电连接，led光源15的接线端和第二电气转接头20电连接；第一电气转接头19和第二电气转接头20的线路通过电气转接口18引入外壳体1。
[0022]
具体的，外部超声波检测模盒2的线路通过电气转接口18引入到外壳体1的内部，然后再经过第一电气转接头19对第一盒体7内部的声波发射器11、声波接收器12进行供电和数据采集。外部led光源折射成像模块3的线路通过电气转接口18引入到外壳体1的内部，然后再经过第二电气转接头20对第二盒体13内部的led光源15、成像检测传感器17进行供电和数据采集。同时，检测计量板4和超声波检测模盒2之间，检测计量板4和led光源折射成像模块3之间电连接，检测计量板4通过对燃气样气超声波的检测结果和样气中led光折射成像数据的检测结果进行联动检测和计算，从而得到样气的精确热值。
[0023]
本实施例中，外壳体1的侧部形成有第一放散口21，第二盒体13的侧部形成有第二放散口22，第一放散口21和第二放散口22之间连通。第一盒体7、第二盒体13之间通过第一导气孔10和第二导气孔14连通，燃气样气进入第一盒体7通过超声波检测模盒2检测后进入到第二盒体13，再经过led光源折射成像模块3进行检测，检测后的燃气样气由第一放散口21和第二放散口22排出。
[0024]
本实施例中，声波发射器11和声波接收器12用于对燃气样气中的超声波速度进行检测以测量燃气样气热值；成像检测传感器17用于检测led光源15发出的光线折射率以测量燃气样气热值。
[0025]
具体的，超声波检测模盒2和led光源折射成像模块3联动检测热值的原理是，基于led光源15经过等边三棱镜16在不同的气体条件下，由于每种气体折射率不同，所以led光线折射到成像检测传感器17上，形成不同的影像，通过对影像识别检测，得到不同气质的热值。由于个别组分的气体热值和影像检测的线性度稍差，所以通过对超声波在不同燃气样气中的传播速度测量，从而得到热值与声速的对应关系，通过两种测量方式的联动处理，从而得到线性度极高的热值与气体组分的对应关系，进而得到燃气精确的热值。
[0026]
参见图4，本发明实施例中还提供一种联动燃气热值检测方法，包括以下步骤：s1、将燃气样气输入到超声波检测模盒2，超声波检测模盒2中的声波发射器11发出超声波穿过燃气样气后被声波接收器12接收，对燃气样气中的超声波速进行检测以测量燃气样气的第一热值；s2、将燃气样气或标准气输入到led光源折射成像模块3，led光源折射成像模块3中的led光源15发出的光线穿过燃气样气或标准气并被等边三棱镜16进行折射，被等边三棱镜16进行折射后的光线穿过燃气样气或后标准气在成像检测传感器17成像，对穿过燃气样气或标准气的光线进行光线折射率检测以测量燃气样气的第二热值；
s3、将超声波检测模盒2检测的燃气样气的第一热值和led光源折射成像模块3检测的燃气样气的第二热值进行联动处理，得到燃气样气的联动修正后的热值。
[0027]
本实施例中，超声波检测模盒2对燃气样气中超声波速度的检测公式为：vgas = l/γ式中，vgas表示超声波在燃气样气中的传播速度；l表示声波发射器11发出的声波到声波接受器的路径距离；γ表示声波从声波发射器11到达声波接收器12的时间。
[0028]
即，根据声波发射器11发出的声波到声波接受器的路径距离l和声波从声波发射器11到达声波接收器12的时间γ，可以准确地检测超声波在燃气样气中的传播速度。
[0029]
本实施例中，对穿过燃气样气的光线进行光线折射率检测公式为：
∆
θ=[2πl`(ngas-nref)]/ λ式中，l`表示led光源折射成像模块3中第二盒体13的盒腔长度，ngas表示燃气样气的折射率，nref表示对照的标准气的折射率，λ表示led光源15的波长。led光源折射成像技术是利用图像的位移量
∆
θ与折射率关系，通过图像的位移量
∆
θ可以准确计算出燃气样气的折射率ngas。
[0030]
燃气样气的折射率和碳氢等可燃类气体的热值成正比，超声波的传播速度和燃气的热值成正比，由于氮气、二氧化碳、氧气等都会对光源折射成像和声速检测造成影响，所以要对干扰因素进行清除。
[0031]
其中，光源折射率和声波传播速度与燃气的热值的比率关系计算公式如下：采用超声波检测模盒2测量的第一热值为：qs-σ k
΄
i xi；采用led光源折射成像模块3测量的第二热值为：qo-σ ki xi；燃气样气的联动修正公式为：q=qs-ασkixiσkixi=(qo-qs)/(1-α)q=qo-(qo-qs)/(1-α)式中，q为燃气样气的联动修正后的热值；qs为采用超声波方法检测含有氮气、二氧化碳、氧气干扰因素的第一热值；qo为光源成像技术含有氮气、二氧化碳、氧气干扰因素测量的第二热值；xi为干扰气体浓度；ki、k
΄
i为干扰系数，k
΄
i=αki；α为常数。通过联动检测计算光学热值和声速热值相互补偿，消除氮气、二氧化碳、氧气等干扰气体的影像，可以得到准确地热值检测结果。
[0032]
将现有色谱仪和本实施例的热值检测方案进行对比，得到如下的结果：第一，本实施例技术方案的重复性和稳定性极高，色谱仪则由明显劣势；参见表1，为本实施例技术方案投入运行8个月的记录：表1 联动燃气热值检测设备运行记录从4月29日投入运行开始到12月30日为止，期间未进行过一次标定与维护，一直保持稳定运行的状态，重复性和稳定性优异。在对比期间，色谱仪数次出现故障停机现象，使本实施例的联动燃气热值检测设备失去了对比对象。表2 色谱仪和声光热值仪检测对比色谱仪色谱状态异常类型：出现载气、样气、标气压力过低造成运行故障；载气不纯、标气失效、样气有杂质造成的运行故障；启动时间过长造成的运行异常等。维护保养对
专业性要求太高，经常会出现超过1周的检测停机现象。
[0033]
第二，参见图5，本实施例的联动燃气热值检测技术检测速度极快，10秒钟1组数据，色谱仪4分钟1组数据。参见图6，本实施例技术方案的热值测试结果与理论值比较误差极小。
[0034]
第三，参见表2，为广州站结果展示：热值的对比汇报。实践运用表明检测精度高、毫不逊色色谱仪（声光热值仪即为本实施例的联动燃气热值检测设备）。
[0035]
综上所述，本发明将燃气样气输入到超声波检测模盒2，超声波检测模盒2中的声波发射器11发出超声波穿过燃气样气后被声波接收器12接收，对燃气样气中的超声波速进行检测以测量燃气样气的第一热值；将燃气样气或标准气输入到led光源折射成像模块3，led光源折射成像模块3中的led光源15发出的光线穿过燃气样气或标准气并被等边三棱镜16进行折射，被等边三棱镜16进行折射后的光线穿过燃气样气或后标准气在成像检测传感器17成像，对穿过燃气样气或标准气的光线进行光线折射率检测以测量燃气样气的第二热值；将超声波检测模盒2检测的燃气样气的第一热值和led光源折射成像模块3检测的燃气样气的第二热值进行联动处理，得到燃气样气的联动修正后的热值。本发明运用led光源折射成像技术和超声波检测联动实现对天然气热值进行精确测定，性能指标优异，可达到与色谱仪相同测量精度，其反应速度仅为0.2秒、几乎没有滞后；特别是这种测量方式不受燃气组分的限制，可以对复杂的气质条件和难以测量的天然气组分气体进行有效的发热量测量，产品造价和使用维护费用远远低于同精度级别的其它产品。
[0036]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

技术特征：
1.一种联动燃气热值检测设备，其特征在于，包括外壳体（1）、超声波检测模盒（2）、led光源折射成像模块（3）和检测计量板（4）；所述外壳体（1）的侧部形成有第一燃气样气进气口（5）和第一标准气进气口（6）；所述超声波检测模盒（2）、所述led光源折射成像模块（3）、所述检测计量板（4）均设置在所述外壳体（1）的内部；所述超声波检测模盒（2）包括第一盒体（7），所述第一盒体（7）的侧部设有第二燃气样气进气口（8）和第二标准气进气口（9），所述第一盒体（7）的底部设有第一导气孔（10），所述第一盒体（7）的内部设有声波发射器（11）和声波接收器（12），所述声波发射器（11）位于所述第一盒体（7）的一端，所述声波接收器（12）位于所述第一盒体（7）的另外一端；所述led光源折射成像模块（3）包括第二盒体（13），所述第二盒体（13）的顶部设有第二导气孔（14），所述第二导气孔（14）和所述第一导气孔（10）连通；所述第二盒体（13）的内部设有led光源（15）、等边三棱镜（16）和成像检测传感器（17），所述led光源（15）发出的光线通过所述等边三棱镜（16）照射到所述成像检测传感器（17）；所述检测计量板（4）用于对所述超声波检测模盒（2）和所述led光源折射成像模块（3）检测的燃气样气热值进行处理。2.根据权利要求1所述的一种联动燃气热值检测设备，其特征在于，所述外壳体（1）的侧部还设有电气转接口（18），所述第一盒体（7）连接有第一电气转接头（19），所述第二盒体（13）连接有第二电气转接头（20）。3.根据权利要求2所述的一种联动燃气热值检测设备，其特征在于，所述声波发射器（11）的接线端和所述第一电气转接头（19）电连接，所述led光源（15）的接线端和所述第二电气转接头（20）电连接；所述第一电气转接头（19）和所述第二电气转接头（20）的线路通过所述电气转接口（18）引入所述外壳体（1）。4.根据权利要求1所述的一种联动燃气热值检测设备，其特征在于，所述外壳体（1）的侧部形成有第一放散口（21），所述第二盒体（13）的侧部形成有第二放散口（22），所述第一放散口（21）和所述第二放散口（22）之间连通。5.根据权利要求1所述的一种联动燃气热值检测设备，其特征在于，所述声波发射器（11）和所述声波接收器（12）用于对燃气样气中的超声波速度进行检测以测量燃气样气热值。6.根据权利要求5所述的一种联动燃气热值检测设备，其特征在于，所述成像检测传感器（17）用于检测所述led光源（15）发出的光线折射率以测量燃气样气热值。7.一种联动燃气热值检测方法，其特征在于，包括：将燃气样气输入到超声波检测模盒（2），超声波检测模盒（2）中的声波发射器（11）发出超声波穿过燃气样气后被声波接收器（12）接收，对燃气样气中的超声波速进行检测以测量燃气样气的第一热值；将燃气样气或标准气输入到led光源折射成像模块（3），led光源折射成像模块（3）中的led光源（15）发出的光线穿过燃气样气或标准气并被等边三棱镜（16）进行折射，被等边三棱镜（16）进行折射后的光线穿过燃气样气或后标准气在成像检测传感器（17）成像，对穿过燃气样气或标准气的光线进行光线折射率检测以测量燃气样气的第二热值；
将超声波检测模盒（2）检测的燃气样气的第一热值和led光源折射成像模块（3）检测的燃气样气的第二热值进行联动处理，得到燃气样气的联动修正后的热值。8.根据权利要求7所述的一种联动燃气热值检测方法，其特征在于，超声波检测模盒（2）对燃气样气中超声波速度的检测公式为：vgas = l/γ式中，vgas表示超声波在燃气样气中的传播速度；l表示声波发射器（11）发出的声波到声波接受器的路径距离；γ表示声波从声波发射器（11）到达声波接收器（12）的时间。9.根据权利要求8所述的一种联动燃气热值检测方法，其特征在于，对穿过燃气样气的光线进行光线折射率检测公式为：
∆
θ=[2πl`(ngas-nref)]/ λ式中，l`表示led光源折射成像模块（3）中第二盒体（13）的盒腔长度，ngas表示燃气样气的折射率，nref表示对照的标准气的折射率，λ表示led光源（15）的波长。10.根据权利要求9所述的一种联动燃气热值检测方法，其特征在于，采用超声波检测模盒（2）测量的第一热值为：qs-σ k
΄
i xi；采用led光源折射成像模块（3）测量的第二热值为：qo-σ ki xi；燃气样气的联动修正公式为：q=qs-ασkixiσkixi=(qo-qs)/(1-α)q=qo-(qo-qs)/(1-α)式中，q为燃气样气的联动修正后的热值；qs为采用超声波方法检测含有氮气、二氧化碳、氧气干扰因素的第一热值；qo为光源成像技术含有氮气、二氧化碳、氧气干扰因素测量的第二热值；xi为干扰气体浓度；ki、k
΄
i为干扰系数，k
΄
i=αki；α为常数。

技术总结
一种联动燃气热值检测设备及方法，超声波检测模盒中的声波发射器发出超声波穿过燃气样气后被声波接收器接收，对燃气样气中的超声波速进行检测以测量燃气样气的第一热值；将燃气样气或标准气输入到LED光源折射成像模块，LED光源折射成像模块中的LED光源发出的光线穿过燃气样气或标准气并被等边三棱镜进行折射，被等边三棱镜进行折射后的光线穿过燃气样气或后标准气在成像检测传感器成像，对穿过燃气样气或标准气的光线进行光线折射率检测以测量燃气样气的第二热值；将超声波检测模盒检测的燃气样气的第一热值和LED光源折射成像模块检测的燃气样气的第二热值进行联动处理，得到联动修正后的热值。本发明可靠性高，检测速度快。度快。度快。


技术研发人员：房兴村 黄鹏
受保护的技术使用者：衡太仪器仪表（天津）有限公司
技术研发日：2023.07.24
技术公布日：2023/10/20