RU2441219C1 - Method of determining component composition of natural gas in real time - Google Patents

Method of determining component composition of natural gas in real time Download PDF

Info

Publication number
RU2441219C1
RU2441219C1 RU2010130047/28A RU2010130047A RU2441219C1 RU 2441219 C1 RU2441219 C1 RU 2441219C1 RU 2010130047/28 A RU2010130047/28 A RU 2010130047/28A RU 2010130047 A RU2010130047 A RU 2010130047A RU 2441219 C1 RU2441219 C1 RU 2441219C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
natural gas
wavelengths
radiation
measuring cell
intensities
Prior art date
Application number
RU2010130047/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Васильевич Киреев (RU)
Сергей Васильевич Киреев
Евгений Михайлович Подоляко (RU)
Евгений Михайлович Подоляко
Илья Григорьевич Симановский (RU)
Илья Григорьевич Симановский
Сергей Львович Шнырев (RU)
Сергей Львович Шнырев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ)
Priority to RU2010130047/28A priority Critical patent/RU2441219C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2441219C1 publication Critical patent/RU2441219C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: method involves periodic or simultaneous measurement of radiation absorption by an analysed gas at different wavelength combinations (from eight to nine wavelengths in each combination) in the infrared range, corresponding to centres of absorption bands of natural gas components. Said combinations are selected based on the category of the natural gas, which in turn is determined by preliminary measurement of radiation absorption by the analysed gas at seven wavelengths in the infrared range. ^ EFFECT: invention enables analysis of the component composition of natural gas mixtures in real time, which is enough to perform component quantitative analysis of natural gas mixtures of different composition in accordance with Russian and international standards. ^ 7 dwg, 6 tbl

Description

Изобретение относится к области абсорбционной спектроскопии и может быть использовано для компонентного анализа природного газа и газовых смесей на его основе в реальном масштабе времени.The invention relates to the field of absorption spectroscopy and can be used for component analysis of natural gas and gas mixtures based on it in real time.

Определение компонентного состава природного газа и близких к нему по составу газовых смесей в реальном масштабе времени является одной из основных задач, стоящих перед газовыми компаниями. Это обусловлено тем, что состав природного газа может существенно различаться в зависимости от месторождения (в частности, доля метана в природном газе может колебаться в диапазоне от 99,2% до 63,7% для различных месторождений [1]). При этом необходимо иметь в виду, что по мере распространения газовых смесей в магистральных трубопроводах и при хранении их в подземных хранилищах происходит смешивание природного газа из различных месторождений. В результате этого компонентный состав природного газа, поступающего потребителю, может существенно меняться во времени, что приводит к изменению потребительских свойств природного газа, в частности к изменению теплоты его сгорания. Это, в свою очередь, определяет различия в стоимости природного газа различного компонентного состава.The determination of the component composition of natural gas and the composition of gas mixtures close to it in real time is one of the main tasks facing gas companies. This is due to the fact that the composition of natural gas can vary significantly depending on the field (in particular, the proportion of methane in natural gas can range from 99.2% to 63.7% for different fields [1]). It should be borne in mind that as gas mixtures spread in the main pipelines and when they are stored in underground storages, natural gas mixes from various fields. As a result of this, the component composition of natural gas entering the consumer can vary significantly over time, which leads to a change in the consumer properties of natural gas, in particular, a change in the heat of combustion. This, in turn, determines the differences in the cost of natural gas of different component composition.

Поэтому информация о компонентном составе природного газа является одним из важнейших параметров, существенно влияющих на экономическую эффективность функционирования газовых компаний. Особую остроту этот вопрос приобретает при поставках газа по магистральным газопроводам, пролегающим по территории нескольких стран, поскольку отсутствие такой информации не позволяет газовым компаниям-поставщикам отстаивать свои экономические интересы перед конечным потребителем. На практике возможны ситуации, когда компонентный состав природного газа, передаваемого поставщиком конечному потребителю, может существенно измениться при транзите через одну или более стран.Therefore, information on the component composition of natural gas is one of the most important parameters that significantly affect the economic efficiency of gas companies. This issue is particularly acute when gas is supplied through gas pipelines that run through several countries, since the lack of such information does not allow gas supply companies to defend their economic interests to the end consumer. In practice, there may be situations when the component composition of natural gas transmitted by the supplier to the final consumer may change significantly during transit through one or more countries.

Основными компонентами природного газа являются метан, этан, пропан, бутан и пентан с преобладающим содержанием метана. В зависимости от содержания в природном газе остальных компонентов представляется обоснованным разделить природный газ на три основные категории. Для первой категории доля метана составляет 95% и более. К другим категориям относится природный газ, в котором содержание метана менее 95%, а суммарная доля каких-либо двух-трех других компонентов, как правило, составляет более десяти процентов при массовой доле остальных компонентов, не превышающей десятых долей процента. При этом вторая категория характеризуется повышенным содержанием этана и пропана, а третья категория - повышенным содержанием бутана и пентана.The main components of natural gas are methane, ethane, propane, butane and pentane with a predominant methane content. Depending on the content of other components in natural gas, it seems reasonable to divide natural gas into three main categories. For the first category, the proportion of methane is 95% or more. Other categories include natural gas, in which the methane content is less than 95%, and the total share of any two or three other components, as a rule, is more than ten percent with the mass fraction of the remaining components not exceeding tenths of a percent. Moreover, the second category is characterized by a high content of ethane and propane, and the third category - by a high content of butane and pentane.

Кроме того, в качестве примесей природный газ может содержать некоторые примесные компоненты: сероводород, углекислый газ и молекулярный азот, суммарная концентрация которых не превышает 1-1,5%.In addition, natural gas may contain some impurity components as impurities: hydrogen sulfide, carbon dioxide and molecular nitrogen, the total concentration of which does not exceed 1-1.5%.

Как правило, основными из этих примесных компонентов для большинства месторождений природного газа являются углекислый газ и молекулярный азот, причем доля азота в большинстве случаев в несколько раз больше доли углекислого газа. Однако следует учесть, что для молекулы азота, являющейся гомоядерной и не имеющей собственного дипольного момента, колебательно-вращательные переходы запрещены в инфракрасной области спектра. Вследствие этого величины сечений поглощений данной молекулы слишком малы, чтобы наличие молекулярного азота в газовой смеси привело к сколько-нибудь заметному ухудшению точности детектирования основных ее компонентов. В то же время, для молекулы углекислого газа колебательно-вращательные переходы являются разрешенными и вклад углекислого газа в суммарное поглощение может оказаться существенным, т.е. без учета поглощения углекислого газа точность детектирования углеводородов может оказаться низкой.As a rule, the main of these impurity components for most natural gas deposits are carbon dioxide and molecular nitrogen, and the proportion of nitrogen in most cases is several times greater than the proportion of carbon dioxide. However, it should be noted that for a nitrogen molecule that is homonuclear and does not have its own dipole moment, vibrational-rotational transitions are forbidden in the infrared region of the spectrum. As a result of this, the absorption cross sections for this molecule are too small for the presence of molecular nitrogen in the gas mixture to lead to any noticeable deterioration in the accuracy of detection of its main components. At the same time, vibrational-rotational transitions are allowed for a carbon dioxide molecule, and the contribution of carbon dioxide to the total absorption can be significant, i.e. without taking into account carbon dioxide absorption, the accuracy of hydrocarbon detection may be low.

Из вышесказанного следует, что на практике прежде всего необходимо проводить анализ следующих компонентов природного газа: метан, этан, пропан, бутан, пентан, углекислый газ.From the above it follows that in practice, first of all, it is necessary to analyze the following components of natural gas: methane, ethane, propane, butane, pentane, carbon dioxide.

В настоящее время действуют два ГОСТа по определению компонентного состава природного газа, разработанные во ВНИИГАЗе и ВНИИНП: ГОСТ 23781-87 [2] и ГОСТ 14920-79 [3]. Этим ГОСТам соответствуют следующие международные стандарты: ИСО 6974-1-ИСО 6974-6, ИСО 6569 и ИСО 6568 [4-6].Currently, there are two GOSTs for determining the component composition of natural gas developed at VNIIGAZ and VNIINP: GOST 23781-87 [2] and GOST 14920-79 [3]. The following international standards comply with these GOSTs: ISO 6974-1-ISO 6974-6, ISO 6569 and ISO 6568 [4-6].

В 2008 г. Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 06.06.2008 г. №33) принят новый комплекс ГОСТов, являющихся стандартом определения компонентного состава природного газа, разработанных в ФГУП ВНИИМ им. Д.И.Менделеева: ГОСТ 31371.1-2008-ГОСТ 31371.6-2008 [7]. Этот стандарт является модифицированным по отношению к международным стандартам ИСО 6971-1:2000 [8-12].In 2008, the Interstate Council for Standardization, Metrology and Certification (Minutes No. 33 dated 06.06.2008) adopted a new set of GOSTs, which are the standard for determining the component composition of natural gas, developed at FSUE VNIIM im. D.I. Mendeleev: GOST 31371.1-2008-GOST 31371.6-2008 [7]. This standard is modified in relation to international standards ISO 6971-1: 2000 [8-12].

Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 03.12.208 г. №340-ст данный стандарт введен в действие в качестве национального стандарта РФ с 01.01.2010 г.By order of the Federal Agency for Technical Regulation and Metrology dated 03.12.208 No. 340-st, this standard was put into effect as the national standard of the Russian Federation from 01.01.2010

Все существующие методы определения компонентного состава природного газа, основанные на этих стандартах [13], являются хроматографическими и различаются в зависимости от количества углеводородных компонентов в природном газе, а также соединений, которые не являются компонентами природного газа, но могут присутствовать в качестве малых примесей в промышленных газовых смесях (кислород, оксид углерод и низшие офелины). Хроматографические методы обладают рядом недостатков, главным из которых является невозможность осуществлять анализ в реальном масштабе времени. Среди других недостатков можно выделить достаточно большую погрешность определения молярных долей компонентов природного газа, а также высокую стоимость и сложность применяемой аппаратуры.All existing methods for determining the component composition of natural gas based on these standards [13] are chromatographic and vary depending on the amount of hydrocarbon components in natural gas, as well as compounds that are not natural gas components, but may be present as small impurities in industrial gas mixtures (oxygen, carbon monoxide and lower opheline). Chromatographic methods have a number of disadvantages, the main of which is the inability to carry out analysis in real time. Among other disadvantages, one can single out a rather large error in determining the molar fractions of the components of natural gas, as well as the high cost and complexity of the equipment used.

Перечисленные недостатки связаны с принципиальными особенностями хроматографического анализа и не могут быть устранены в рамках данного метода.The listed disadvantages are associated with the fundamental features of chromatographic analysis and cannot be eliminated within the framework of this method.

Вследствие вышесказанного хроматографические методы следует признать в настоящее время устаревшими и не отвечающими современным требованиям, что определяет необходимость разработки новых методов контроля газового состава, свободных от недостатков применяющихся способов анализа.Due to the above, chromatographic methods should be recognized as outdated and do not meet modern requirements, which determines the need to develop new methods for monitoring the gas composition, free from the disadvantages of the applied analysis methods.

С точки зрения устранения недостатков хроматографических методов одними из наиболее перспективных являются методы оптической спектроскопии, применяющиеся в сочетании с автоматизированными средствами обработки результатов измерений.From the point of view of eliminating the disadvantages of chromatographic methods, one of the most promising methods is optical spectroscopy, which are used in combination with automated means for processing measurement results.

Существуют методы [14-16], основанные на определении концентраций углеводородов в газовых средах методами комбинационного рассеяния (рамановской спектроскопии). В этих методах излучение монохроматического источника (лазера) направляется в измерительную ячейку, содержащую природный газ, и возбуждает спектры комбинационного рассеяния входящих в него компонентов. Селективность достигается за счет того, что в зависимости от химической формулы компонента природного газа частоты спектральных линий комбинационного рассеяния различаются. Регистрируя интенсивности сигналов комбинационного рассеяния на соответствующих частотах, делается вывод о концентрации того либо иного компонента в анализируемой пробе. Несмотря на то, что измерения проводятся в реальном масштабе времени (время между измерениями с учетом обработки измеренных сигналов не превышает 2-3 с), недостаток метода состоит в том, что интенсивности регистрируемых сигналов комбинационного рассеяния малы. Это означает, что для измерения содержания малых примесей в пробе природного газа необходимо использовать мощные лазеры, которые являются дорогостоящими и конструктивно сложными устройствами. Кроме того, к настоящему времени проведены измерения лишь для незначительного количества компонентов природного газа (метан, этан, этилен).There are methods [14–16] based on the determination of hydrocarbon concentrations in gaseous media by Raman scattering (Raman spectroscopy). In these methods, the radiation of a monochromatic source (laser) is directed to a measuring cell containing natural gas and excites Raman spectra of its constituent components. Selectivity is achieved due to the fact that, depending on the chemical formula of the natural gas component, the frequencies of Raman spectral lines differ. By registering the intensities of the Raman signals at the corresponding frequencies, a conclusion is drawn about the concentration of a component in the analyzed sample. Despite the fact that the measurements are carried out in real time (the time between measurements, taking into account the processing of the measured signals, does not exceed 2-3 s), the disadvantage of this method is that the intensities of the recorded Raman signals are small. This means that to measure the content of small impurities in a natural gas sample, it is necessary to use high-power lasers, which are expensive and structurally complex devices. In addition, to date, measurements have been carried out only for a small amount of natural gas components (methane, ethane, ethylene).

Известен метод [17], предназначенный для обнаружения утечек газа из подземных газопроводов. Авторами работы разработан абсорбционный газоанализатор углеводородов на основе He-Ne-лазера («ЛГАУ-02»), предназначенный для этой цели. При помощи измерения ослабления излучения на линии генерации He-Ne-лазера с длиной волны 3,3922 мкм делается вывод о содержании метана, интенсивно поглощающего на данной длине волны. Разработанный прибор подходит лишь для качественных оценок, подходящих для обнаружения утечек газа, но не позволяющих использовать его как для определения компонентного состава газа, так и для обнаружения точного содержания метана в газопроводе, что связано с наличием поглощения на выбранной длине волны ряда углеводородов, входящих в состав природного газа.The known method [17], designed to detect gas leaks from underground gas pipelines. The authors of the work developed an absorption gas analyzer of hydrocarbons based on a He-Ne laser (“LGAU-02”), designed for this purpose. By measuring the attenuation of radiation on the generation line of a He-Ne laser with a wavelength of 3.3922 μm, it is concluded that the methane content is intensively absorbing at a given wavelength. The developed device is suitable only for qualitative estimates, suitable for detecting gas leaks, but not allowing it to be used both to determine the component composition of the gas and to detect the exact methane content in the gas pipeline, which is associated with the presence of a number of hydrocarbons included in the selected wavelength composition of natural gas.

В работе [18] приводятся результаты определения компонентного состава природных газовых смесей методом инфракрасной абсорбционной спектроскопии. На первом этапе производились исследования с искусственными газовыми смесями, состоящими из метана, этана и пропана. Молярные доли метана варьировались в диапазоне 86-95% молекулярной массы, этана - в диапазоне 2-10% молекулярной массы, пропана - от 0 и 4% молекулярной массы. Далее проводились измерения описанным методом концентраций этих трех веществ в пробах природного газа, взятых из трубопровода. Полученные результаты сравнивались с результатами, полученными традиционным хроматографическим способом. Для метана и этана получены удовлетворительные результаты, ошибка в измерении пропана оказалась существенной. Авторы связывают этот результат с существенно меньшим (в несколько раз) содержанием пропана в исследованных газовых смесях по сравнению с остальными двумя компонентами. Таким образом, данный метод не представляется возможным использовать для решения задачи компонентного анализа природного газа, в котором доли различных компонентов могут существенно различаться.In [18], the results of determining the component composition of natural gas mixtures by infrared absorption spectroscopy are presented. At the first stage, studies were carried out with artificial gas mixtures consisting of methane, ethane and propane. Molar fractions of methane varied in the range of 86-95% of the molecular weight, ethane in the range of 2-10% of the molecular weight, propane - from 0 and 4% of the molecular weight. Next, measurements were carried out using the described method for the concentrations of these three substances in natural gas samples taken from the pipeline. The results obtained were compared with the results obtained by the traditional chromatographic method. Satisfactory results were obtained for methane and ethane; the error in measuring propane was significant. The authors attribute this result to a significantly lower (several times) propane content in the studied gas mixtures compared to the other two components. Thus, it is not possible to use this method to solve the problem of component analysis of natural gas, in which the shares of various components can vary significantly.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ детектирования меркаптановой одоризационной смеси природного газа (одоранта) в реальном масштабе времени [19]. Данный способ основан на измерении поглощения одоризованным газом зондирующего излучения на четырех длинах волн, одна из которых λ1 соответствует минимуму поглощения одоранта, а три других λ2, λ3 и λ4 соответствуют максимумам поглощения одоранта. При этом λ1 поддерживают в диапазоне от 7,6 до 7,8 мкм, соответствующем максимуму поглощения неодоризованного газа, λ2 поддерживают в диапазоне от 9,0 до 9,2 мкм, λ3 поддерживают в диапазоне от 10,3 до 10,5 мкм, а λ4 поддерживают в диапазоне от 15,6 до 15,8 мкм, при этом оптический путь зондирующего излучения в измерительной ячейки поддерживают в диапазоне от 3 до 10 м. При этом определяются значения интенсивностей излучения на соответствующих длинах волн перед вводом его в измерительную ячейку с неодоризованной смесью природного газа и интенсивности излучения, прошедшего через измерительную ячейку, при прокачке через нее неодоризованной смеси природного газа. Производятся измерения интенсивностей излучения перед вводом его в измерительную ячейку с уже одоризованной смесью природного газа и интенсивностей излучения, прошедшего через измерительную ячейку с уже одоризованной смесью природного газа, на указанных выше четырех длинах волн. Все сигналы обрабатываются вычислительным комплексом и далее производится расчет концентраций одоранта и компонентов природного газа из решения неоднородной линейной системы уравнений, в данном случае, методом наименьших квадратов с итерационным уточнением корней с использованием преобразований Хаусхолдера.Closest to the technical nature of the claimed invention is a method for detecting a mercaptan odorizing mixture of natural gas (odorant) in real time [19]. This method is based on measuring the absorption of probing radiation by odorized gas at four wavelengths, one of which λ 1 corresponds to the minimum absorption of the odorant, and the other three λ 2 , λ 3 and λ 4 correspond to the absorption maxima of the odorant. While λ 1 support in the range from 7.6 to 7.8 μm, corresponding to the maximum absorption of non-ionized gas, λ 2 support in the range from 9.0 to 9.2 μm, λ 3 support in the range from 10.3 to 10, 5 μm, and λ 4 is maintained in the range from 15.6 to 15.8 μm, while the optical path of the probe radiation in the measuring cell is maintained in the range from 3 to 10 m. In this case, the radiation intensities are determined at the corresponding wavelengths before entering it into a measuring cell with a non-ionized mixture of natural gas and the intensity of cheniya passing through the measuring cell, when pumping therethrough neodorizovannoy natural gas mixture. The radiation intensities are measured before entering into the measuring cell with an already odorized mixture of natural gas and the intensities of the radiation transmitted through the measuring cell with an already odorized mixture of natural gas at the above four wavelengths. All signals are processed by the computer complex and then the concentrations of odorant and natural gas components are calculated from the solution of an inhomogeneous linear system of equations, in this case, by the least squares method with iterative refinement of the roots using the Householder transformations.

Технической задачей заявляемого изобретения является создание способа определения компонентного состава природного газа и близких к нему по составу газовых смесей в реальном масштабе времени.The technical task of the invention is the creation of a method for determining the component composition of natural gas and close to it by the composition of gas mixtures in real time.

Поставленная задача решается путем цикличного во времени или одновременного измерения поглощения излучения анализируемым газом на различных комбинациях длин волн (от восьми до девяти длин волн в каждой комбинации) инфракрасного спектрального диапазона, соответствующих центрам полос поглощения компонентов природного газа. Данные комбинации выбираются исходя из того, к какой категории относится природная газовая смесь, что, в свою очередь, определяется предварительным измерением поглощения излучения анализируемым газом на семи длинах волн инфракрасного спектрального диапазона, соответствующих центрам полос поглощения компонентов природного газа.The problem is solved by cyclically or simultaneously measuring the absorption of radiation by the analyzed gas at various wavelength combinations (from eight to nine wavelengths in each combination) of the infrared spectral range corresponding to the centers of the absorption bands of natural gas components. These combinations are selected based on which category the natural gas mixture belongs to, which, in turn, is determined by a preliminary measurement of the absorption of radiation by the analyzed gas at seven infrared wavelengths corresponding to the centers of the absorption bands of the components of natural gas.

Согласно изобретению предварительное измерение поглощения излучения проводится на семи длинах волн, при этом длину волны λ1 поддерживают в диапазоне от 7,6 мкм до 7,8 мкм, λ2 поддерживают в диапазоне от 6,898 мкм до 6,902 мкм, λ3 поддерживают в диапазоне от 6,87 до 6,89 мкм, λ4 поддерживают в диапазоне от 12,1 до 12,3 мкм, λ5 поддерживают в диапазоне от 15,2 до 15,4 мкм, λ6 поддерживают в диапазоне от 6,92 до 6,94 мкм и λ7 поддерживают в диапазоне от 6,908 мкм до 6,912 мкм. При этом для первой категории природного газа, для которой доля метана равна или превышает 95% и для второй категории природного газа, для которой доля метана меньше 95% и выполняется соотношение ne+npr>nb+npent, где ne, npr, nb, npent - концентрации этана, пропана, бутана и пентана в анализируемом газе соответственно, проводится окончательное измерение интенсивностей излучения на восьми длинах волн, где λ17 указаны выше, а длину волны λ8 поддерживают в диапазоне от 10,518 мкм до 10,522 мкм для первой категории природного газа и в диапазоне от 13,66 до 13,76 мкм для второй категории природного газа. Для третьей категории природного газа, для которой доля метана меньше 95% и выполняется соотношение ne+npr>nb+npent, проводится окончательное измерение интенсивностей излучения на девяти длинах волн, где λ17 указаны выше; длину волны λ8 поддерживают в диапазоне от 13,66 до 13,76 мкм, а длину волны λ9 поддерживают в диапазоне от 10,508 мкм до 10,512 мкм. Часть светового потока от источника света направляют в измеритель (или измерители) для контроля значений интенсивностей на входе в измерительную ячейку. Измеряют интенсивности излучения J01*, …, J07* перед вводом его в вакуумированную измерительную ячейку и интенсивности излучения J1*, …, J7*, прошедшего через вакуумированную измерительную ячейку, на указанных выше длинах волн λ17 и вводят значения этих интенсивностей в вычислительный комплекс. Затем начинают прокачку через измерительную ячейку природного газа и измеряют интенсивности излучения J01, …, J07, перед вводом его в измерительную ячейку и интенсивности излучения J1, …, J7, прошедшего через измерительную ячейку с природным газом на указанных выше семи длинах волн λ17. Направляют сигналы, соответствующие значениям интенсивностей J01, …, J07, J1, …, J7 в вычислительный комплекс, и рассчитывают концентрации компонентов природного газа из решения неоднородной линейной системы уравнений, в данном случае методом наименьших квадратов с итерационным уточнением корней с использованием преобразований Хаусхолдера:According to the invention, a preliminary measurement of radiation absorption is carried out at seven wavelengths, while the wavelength λ 1 support in the range from 7.6 μm to 7.8 μm, λ 2 support in the range from 6.898 μm to 6.902 μm, λ 3 support in the range from 6.87 to 6.89 μm, λ 4 support in the range of 12.1 to 12.3 μm, λ 5 support in the range of 15.2 to 15.4 μm, λ 6 support in the range of 6.92 to 6 , 94 μm and λ 7 support in the range from 6.908 μm to 6.912 μm. Moreover, for the first category of natural gas, for which the methane fraction is equal to or greater than 95% and for the second category of natural gas, for which the methane fraction is less than 95%, the relation n e + n pr > n b + n pent , where n e , n pr , n b , n pent are the concentrations of ethane, propane, butane and pentane in the analyzed gas, respectively, the final measurement of radiation intensities at eight wavelengths is carried out, where λ 17 are indicated above, and the wavelength λ 8 is maintained in the range from 10.518 microns to 10.522 microns for the first category of natural gas and in the range from 13.66 to 13.76 m m for the second category of natural gas. For the third category of natural gas, for which the methane fraction is less than 95% and the ratio n e + n pr > n b + n pent is fulfilled , the final measurement of radiation intensities at nine wavelengths is carried out, where λ 17 are indicated above; a wavelength of λ 8 is maintained in the range of 13.66 to 13.76 μm, and a wavelength of λ 9 is maintained in the range of 10.508 μm to 10.512 μm. Part of the luminous flux from the light source is sent to the meter (or meters) to control the values of the intensities at the entrance to the measuring cell. The radiation intensities J 01 * , ..., J 07 * are measured before entering it into the evacuated measuring cell and the radiation intensities J 1 * , ..., J 7 * passing through the evacuated measuring cell at the above wavelengths λ 17 and introduced the values of these intensities in the computing complex. Then pumping through the measuring cell of natural gas is started and the radiation intensities J 01 , ..., J 07 are measured before entering into the measurement cell and the radiation intensities J 1 , ..., J 7 passed through the measuring cell with natural gas at the above seven wavelengths λ 17 . The signals corresponding to the intensities J 01 , ..., J 07 , J 1 , ..., J 7 are routed to the computational complex, and the concentrations of the natural gas components are calculated from the solution of the heterogeneous linear system of equations, in this case, the least squares method with iterative refinement of the roots using Householder transformations:

Figure 00000001
Figure 00000001

где N - количество длин волн, на которых проводятся измерения,where N is the number of wavelengths at which measurements are made,

nm, ne, npr, nb, npent, nco2 - концентрации метана, этана, пропана, бутана, пентана и углекислого газа в анализируемом природном газе соответственно,n m , n e , n pr , n b , n pent , n co2 are the concentrations of methane, ethane, propane, butane, pentane and carbon dioxide in the analyzed natural gas, respectively,

L - длина измерительной ячейки;L is the length of the measuring cell;

σmi), σei), σpri), σbi), σpenti), σco2i) (i=1…N) - сечения поглощения метана, этана, пропана, бутана, пентана и углекислого газа соответственно на длинах волн λ1, …, λN;σ mi ), σ ei ), σ pri ), σ bi ), σ penti ), σ co2i ) (i = 1 ... N) - sections absorption of methane, ethane, propane, butane, pentane and carbon dioxide, respectively, at wavelengths λ 1 , ..., λ N ;

ki (i=1…N) - коэффициенты, равные отношению интенсивностей Ji*/J0i*, где Ji* - интенсивности излучения на соответствующих длинах волн λi, прошедшего через вакуумированную измерительную ячейку, a J0* - интенсивности излучения на соответствующих длинах волн λi перед вводом его в вакуумированную измерительную ячейку;k i (i = 1 ... N) are the coefficients equal to the ratio of the intensities J i * / J 0i * , where J i * are the intensities of radiation at the corresponding wavelengths λ i passed through the evacuated measuring cell, and J 0 * is the radiation intensities at the appropriate wavelengths λ i before entering it into the evacuated measuring cell;

J0i (i=1…N) - интенсивности излучения на соответствующих длинах волн λi, перед вводом их в измерительную ячейку с природным газом; J 0i (i = 1 ... N) - radiation intensity at the corresponding wavelengths λ i , before entering them into the measuring cell with natural gas;

Ji (i=1…N) - интенсивности излучения на соответствующих длинах волн λi прошедшего через измерительную ячейку с природным газом.J i (i = 1 ... N) - radiation intensity at the corresponding wavelengths λ i passed through the measuring cell with natural gas.

Затем для первой и второй категорий природного газа проводится дополнительное измерение интенсивностей излучения J01*, …, J08* и J1*, …, J8* до и после ввода излучения в вакуумированную измерительную ячейку, соответственно, на указанных выше восьми длинах волн λ18. Для третьей категории природного газа проводится дополнительное измерение интенсивностей излучения J01*, …, J09* и J1*, …, J9* до и после ввода излучения в вакуумированную измерительную ячейку, соответственно, на указанных выше девяти длинах волн λ19. Далее эти интенсивности вводятся в вычислительный комплекс, после чего начинают прокачку через измерительную ячейку природного газа и измеряют интенсивности излучения J01, …, J0N перед вводом его в измерительную ячейку и интенсивности излучения J1, …, JN, прошедшего через измерительную ячейку с природным газом, где N=8 для первой и второй категорий природного газа, N=9 для третьей категории природного газа, на указанных выше длинах волн λ18 для первой и второй категорий природного газа или λ19 для третьей категории природного газа. Направляют сигналы, соответствующие значениям интенсивностей J01, …, J0N, J1, …, JN в вычислительный комплекс, и рассчитывают окончательные концентрации компонентов природного газа по формуле (1), в данном случае методом наименьших квадратов с итерационным уточнением корней, с использованием преобразований Хаусхолдера.Then, for the first and second categories of natural gas, an additional measurement of the radiation intensities J 01 * , ..., J 08 * and J 1 * , ..., J 8 * is carried out before and after the radiation is introduced into the evacuated measuring cell, respectively, at the above eight wavelengths λ 18 . For the third category of natural gas, an additional measurement of the radiation intensities J 01 * , ..., J 09 * and J 1 * , ..., J 9 * is carried out before and after the radiation is introduced into the evacuated measuring cell, respectively, at the above nine wavelengths λ 1 - λ 9 . Then these intensities are introduced into the computer complex, after which they pump natural gas through the measuring cell and measure the radiation intensities J 01 , ..., J 0N before entering it into the measuring cell and the radiation intensities J 1 , ..., J N passed through the measuring cell with natural gas, where N = 8 for the first and second categories of natural gas, N = 9 for the third category of natural gas, at the above wavelengths λ 18 for the first and second categories of natural gas or λ 19 for the third category natural gas. The signals corresponding to the intensities J 01 , ..., J 0N , J 1 , ..., J N are sent to the computer complex, and the final concentrations of the natural gas components are calculated by the formula (1), in this case, the least squares method with iterative refinement of the roots, s using householder transformations.

На фиг.1 изображены сечения поглощения компонентов природного газа - метана (1), этана (2), пропана (3), бутана (4), пентана (5) и CO2 (6) - при атмосферном давлении.Figure 1 shows the absorption cross-sections of the components of natural gas - methane (1), ethane (2), propane (3), butane (4), pentane (5) and CO 2 (6) - at atmospheric pressure.

На фиг.2 изображены зависимости коэффициентов поглощения смеси метан:этан от доли этана на длинах волн 7,68 мкм (1), 6,88 мкм (2) и 12,24 мкм (3) при полном давлении газовой смеси, равном атмосферному.Figure 2 shows the dependences of the absorption coefficients of the methane: ethane mixture on the fraction of ethane at wavelengths of 7.68 μm (1), 6.88 μm (2) and 12.24 μm (3) at full atmospheric pressure of the gas mixture.

На фиг.3 изображены зависимости коэффициентов поглощения смеси метан:этан:пропан при соотношении этан:пропан=1:1 от суммарной доли этана и пропана на длинах волн 7,68 мкм (1), 6,90 мкм (2), 6,88 мкм (3), 12,24 мкм (4) и 13,64 мкм (5) при полном давлении газовой смеси, равному атмосферному.Figure 3 shows the dependences of the absorption coefficients of a mixture of methane: ethane: propane with a ratio of ethane: propane = 1: 1 on the total fraction of ethane and propane at wavelengths of 7.68 μm (1), 6.90 μm (2), 6, 88 μm (3), 12.24 μm (4) and 13.64 μm (5) at a total atmospheric pressure of the gas mixture.

На фиг.4 изображены экспериментальные и расчетные зависимости погрешности определения концентраций метана, этана и пропана для газовой смеси месторождения «Медвежье, юра» от выбора длин волн измерений.Figure 4 shows the experimental and calculated dependences of the error in determining the concentrations of methane, ethane and propane for the gas mixture of the Medvezhye, Jura deposit on the choice of measurement wavelengths.

На фиг.5 изображена зависимость погрешности определения концентрации углекислого газа от его концентрации в газовой смеси месторождения «Медвежье, юра».Figure 5 shows the dependence of the error in determining the concentration of carbon dioxide from its concentration in the gas mixture of the field "Bear, Jura".

На фиг.6 изображены экспериментальные (точки) и расчетные (линии) зависимости погрешности определения концентрации углекислого газа (1) и метана (2) от доли CO2 в смеси месторождения «Медвежье, юра».Figure 6 shows the experimental (points) and calculated (lines) dependences of the error in determining the concentration of carbon dioxide (1) and methane (2) on the proportion of CO 2 in the mixture of the Medvezhye, Jura deposit.

На фиг.7 изображены зависимости погрешности детектирования бутана (сплошная линия) и пентана (штриховая линия) от выбора комбинации длин волн, на которых производятся измерения поглощения. Суммарная доля бутана и пентана при их соотношении в смеси 1:1 составляет 10-3%.Figure 7 shows the dependences of the detection error of butane (solid line) and pentane (dashed line) on the choice of a combination of wavelengths at which absorption measurements are made. The total proportion of butane and pentane with a ratio of 1: 1 in the mixture is 10 -3 %.

На фиг.1 вдоль вертикальной оси отложены величины сечений поглощения σ метана (1), этана (2), пропана (3), бутана (4), пентана (5) и CO2 (6) в зависимости от длины волны в диапазоне от 6 до 17 мкм.In Fig. 1, the absorption cross sections σ of methane (1), ethane (2), propane (3), butane (4), pentane (5) and CO 2 (6) are plotted along the vertical axis, depending on the wavelength in the range from 6 to 17 microns.

Сечения поглощения определялись по измеренным интенсивностям излучения на длине волны λ по следующей формуле:The absorption cross sections were determined from the measured radiation intensities at a wavelength λ according to the following formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где σ - сечение поглощения компонента природного газа;where σ is the absorption cross section of the natural gas component;

λ - длина волны излучения источника;λ is the radiation wavelength of the source;

α - коэффициент поглощения компонента природного газа;α is the absorption coefficient of the natural gas component;

n - концентрация компонента природного газа;n is the concentration of the component of natural gas;

L - длина измерительной ячейки;L is the length of the measuring cell;

J0(λ) - интенсивность прошедшего через ячейку излучения в отсутствие компонента природного газа;J 0 (λ) is the intensity of the radiation transmitted through the cell in the absence of a natural gas component;

J(λ) - интенсивность прошедшего через ячейку излучения при наличии компонента природного газа.J (λ) is the intensity of the radiation transmitted through the cell in the presence of a natural gas component.

Концентрация компонента природного газа n определялась из соотношенияThe concentration of the natural gas component n was determined from the ratio

Figure 00000003
Figure 00000003

где p - давление компонента природного газа в измерительной ячейке, равное атмосферному;where p is the pressure of the natural gas component in the measuring cell, equal to atmospheric;

k - постоянная Больцмана;k is the Boltzmann constant;

T - температура.T is the temperature.

При анализе фиг.1 видно, что исследуемые компоненты природного газа имеют ряд полос поглощения в исследованной области. У метана имеется одна полоса поглощения с центром на длине волны 7,68 мкм. Этан имеет две полосы поглощения с центрами на длинах волн 6,88 и 12,24 мкм. У пропана обнаружено 5 полос поглощения с центрами на длинах волн 6,90; 8,77; 9,60; 11,16 и 13,64 мкм, причем наибольшее поглощение достигается на длинах волн 6,90 и 13,64 мкм. У бутана имеется три полосы поглощения с центрами на длинах волн 6,93; 10,51 и 13,49 мкм. У пентана обнаружено три полосы поглощения с центрами на длинах волн 6,91 мкм; 10,52 и 13,71 мкм. У CO2 обнаружена одна полоса поглощения с центром на длине волны 15,31 мкм.The analysis of figure 1 shows that the investigated components of natural gas have a number of absorption bands in the studied area. Methane has one absorption band centered at a wavelength of 7.68 microns. Ethane has two absorption bands with centers at wavelengths of 6.88 and 12.24 microns. In propane, 5 absorption bands with centers at wavelengths of 6.90 were detected; 8.77; 9.60; 11.16 and 13.64 microns, with the greatest absorption being achieved at wavelengths of 6.90 and 13.64 microns. Butane has three absorption bands with centers at wavelengths of 6.93; 10.51 and 13.49 microns. Three absorption bands with centers at wavelengths of 6.91 microns were found in pentane; 10.52 and 13.71 microns. In CO 2 , one absorption band was found centered at a wavelength of 15.31 microns.

Несмотря на то, что компонентный анализ природного газа проводится всегда при одном и том же полном давлении газовой смеси, равном атмосферному, доля какого-либо компонента в смеси может колебаться в широком диапазоне (например, доля этана или пропана от 0 до 15 процентов, а доля метана от 99 до 70 процентов). Поскольку коэффициенты столкновительного уширения компонентов природного газа могут различаться, то это может привести к нелинейным зависимостям коэффициентов поглощения на фиксированных длинах волн для природного газа разного состава.Despite the fact that the component analysis of natural gas is always carried out at the same total pressure of the gas mixture equal to atmospheric, the proportion of any component in the mixture can fluctuate over a wide range (for example, the proportion of ethane or propane is from 0 to 15 percent, and share of methane from 99 to 70 percent). Since the collisional broadening coefficients of natural gas components can vary, this can lead to nonlinear dependences of the absorption coefficients at fixed wavelengths for natural gas of different compositions.

Для исследования зависимостей коэффициентов поглощения от долей компонентов природного газа в смеси друг с другом было приготовлено несколько смесей различного состава. Вначале исследовалась смесь метана и этана, для которой в исследуемом спектральном диапазоне с шагом 1 мкм измерялись зависимости коэффициентов поглощения от доли этана в данной смеси, которая изменялась от десятых долей процента до 15% при полном атмосферном давлении всей смеси.To study the dependences of the absorption coefficients on the fractions of natural gas components in a mixture with each other, several mixtures of various compositions were prepared. Initially, a mixture of methane and ethane was studied, for which, in the studied spectral range, in steps of 1 μm, the dependences of the absorption coefficients on the ethane fraction in this mixture were measured, which varied from tenths of a percent to 15% at full atmospheric pressure of the whole mixture.

На фиг.2 приведены в качестве примера полученные зависимости на длинах волн, соответствующих центрам полос метана и этана. Как видно, зависимости линейны. На остальных длинах волн также получены линейные зависимости.Figure 2 shows, as an example, the obtained dependences at wavelengths corresponding to the centers of the methane and ethane bands. As you can see, the dependencies are linear. At other wavelengths, linear relationships are also obtained.

Аналогичные результаты были получены для смесей метан-пропан, метан-бутан и метан-пентан.Similar results were obtained for mixtures of methane-propane, methane-butane and methane-pentane.

Затем исследовались смеси, содержащие одновременно все компоненты природного газа в различных соотношениях. Во всех случаях зависимости также оказались линейными. В качестве примера на фиг.3 приведены зависимости коэффициентов поглощения для смесей метан-этан-пропан от суммарной доли этана и пропана в смеси при их соотношении 1:1. Измерения проводились на длинах волн, соответствующих центрам полос поглощения этана и метана, а также на двух длинах волн 6,90 и 13,64 мкм, соответствующих максимальным значениям сечений поглощения пропана.Then, mixtures containing simultaneously all the components of natural gas in various proportions were investigated. In all cases, the dependences also turned out to be linear. As an example, Fig. 3 shows the dependences of the absorption coefficients for methane-ethane-propane mixtures on the total fraction of ethane and propane in the mixture at a ratio of 1: 1. The measurements were carried out at wavelengths corresponding to the centers of the absorption bands of ethane and methane, as well as at two wavelengths of 6.90 and 13.64 μm, corresponding to the maximum values of the absorption cross sections of propane.

Таким образом, проведенные исследования показали, что во всем исследованном спектральном диапазоне зависимости коэффициентов поглощения от долей компонентов природного газа линейны при любых возможных соотношениях между этими компонентами. Это делает возможным однозначное определение долей компонентов природного газа по измеренным значениям коэффициентов поглощения.Thus, the studies showed that in the entire spectral range studied, the dependences of the absorption coefficients on the fractions of natural gas components are linear for any possible ratios between these components. This makes it possible to unambiguously determine the proportions of natural gas components from the measured absorption coefficients.

Чувствительность детектирования компонентов природного газа с учетом погрешности измерений исходя из стандартного соотношения «сигнал/шум=1» может быть получена из уравнения (2):The sensitivity of the detection of natural gas components, taking into account the measurement error based on the standard signal-to-noise ratio = 1, can be obtained from equation (2):

Figure 00000004
Figure 00000004

где n - концентрация компонента природного газа;where n is the concentration of the component of natural gas;

σ(λ) - сечение поглощения компонента природного газа;σ (λ) is the absorption cross section of the component of natural gas;

λ - длина волны излучения источника;λ is the radiation wavelength of the source;

L - длина измерительной ячейки;L is the length of the measuring cell;

J0(λ) - интенсивность прошедшего излучения в отсутствие компонента природного газа;J 0 (λ) is the intensity of the transmitted radiation in the absence of a natural gas component;

J(λ) - интенсивность прошедшего излучения при наличии компонента природного газа.J (λ) is the intensity of transmitted radiation in the presence of a component of natural gas.

Очевидно, что наилучшие чувствительности для всех компонентов природного газа достигаются на длинах волн, соответствующих максимальным значениям их сечений поглощения в исследованном диапазоне. Однако необходимо отметить, что эти чувствительности достижимы при условии наличия в исследуемой смеси только одного из рассмотренных компонентов, что в реальных условиях практически никогда не реализуется. Для решения задачи одновременного определения всех компонентов, входящих в газовую смесь, необходимо использование методики, предусматривающей одновременное измерение интенсивностей прошедшего через поглощающую ячейку излучения на нескольких длинах волн, значения и количество которых заранее неочевидно и зависит от того, к какой категории принадлежит исследуемая газовая смесь.Obviously, the best sensitivities for all components of natural gas are achieved at wavelengths corresponding to the maximum values of their absorption cross sections in the studied range. However, it should be noted that these sensitivities are achievable provided that only one of the considered components is present in the test mixture, which in real conditions is almost never realized. To solve the problem of simultaneous determination of all components included in a gas mixture, it is necessary to use a technique that provides for the simultaneous measurement of the intensities of radiation transmitted through an absorbing cell at several wavelengths, the values and quantity of which are not obvious in advance and depend on which category the gas mixture under study belongs to.

Авторами изобретения были проведены исследования по определению данных значений длин волн.The inventors conducted studies to determine these wavelengths.

Пусть σmi), σei), σpri), σbi), σpenti), σco2i) - сечения поглощения метана, этана, пропана, бутана, пентана и углекислого газа соответственно на различных длинах волн λ1, …, λN. Тогда, считая, что интенсивность прошедшего через ячейку излучения изменяется в соответствии с законом Бугера, получим следующую систему уравнений относительно nm, ne, npr, nb, npent, nco2:Let σ mi ), σ ei ), σ pri ), σ bi ), σ penti ), σ co2i ) be the absorption cross sections of methane, ethane, and propane , butane, pentane and carbon dioxide, respectively, at different wavelengths λ 1 , ..., λ N. Then, assuming that the intensity of the radiation transmitted through the cell changes in accordance with Bouguer’s law, we obtain the following system of equations for n m , n e , n pr , n b , n pent , n co2 :

Figure 00000005
Figure 00000005

где nm, ne, npr, nb, npent, nco2 - концентрации метана, этана, пропана, бутана, пентана и углекислого газа в анализируемом природном газе соответственно;where n m , n e , n pr , n b , n pent , n co2 are the concentrations of methane, ethane, propane, butane, pentane and carbon dioxide in the analyzed natural gas, respectively;

σmi), σei), σpri), σbi), σpenti), σco2i) (i=1…N) - сечения поглощения метана, этана, пропана, бутана, пентана и углекислого газа соответственно на длинах волн λi;σ mi ), σ ei ), σ pri ), σ bi ), σ penti ), σ co2i ) (i = 1 ... N) - sections absorption of methane, ethane, propane, butane, pentane and carbon dioxide, respectively, at wavelengths λ i ;

λi(i=1, …, N) - длины волн поглощения;λ i (i = 1, ..., N) - absorption wavelengths;

L - длина измерительной ячейки;L is the length of the measuring cell;

J0i(i=1, …, N) - интенсивности излучения на соответствующих длинах волн λi перед вводом их в измерительную ячейку с природным газом;J 0i (i = 1, ..., N) - radiation intensity at the corresponding wavelengths λ i before entering them into the measuring cell with natural gas;

Ji(i=1, …, N) - интенсивности излучения на соответствующих длинах волн λi, прошедшего через измерительную ячейку с природным газом;J i (i = 1, ..., N) - radiation intensity at the corresponding wavelengths λ i passed through the measuring cell with natural gas;

J0i* - интенсивности излучения на соответствующих длинах волн λi перед вводом его в вакуумированную измерительную ячейку;J 0i * is the radiation intensity at the corresponding wavelengths λ i before entering it into the evacuated measuring cell;

Ji* - интенсивности излучения на соответствующих длинах волн λi, прошедшего через вакуумированную измерительную ячейку.J i * is the radiation intensity at the corresponding wavelengths λ i passed through the evacuated measuring cell.

Поскольку интенсивности J0i, Ji, J0i* и Ji* измеряются экспериментально, то данная система разрешима при проведении измерений на шести длинах волн.Since the intensities J 0i , J i , J 0i * and J i * are measured experimentally, this system is solvable when measuring at six wavelengths.

Однако как измеряющиеся интенсивности излучения, так и величины сечений поглощения компонентов природного газа определены с погрешностями, и мы имеем дело с неоднородной системой уравнений вида Ax≈b:However, both the measured radiation intensities and the absorption cross sections for the components of natural gas are determined with errors, and we are dealing with an inhomogeneous system of equations of the form Ax≈b:

Figure 00000006
Figure 00000006

где σmi), σei), σpri), σbi), σpenti), σco2i) (i=1…N) - сечения поглощения метана, этана, пропана, бутана, пентана и углекислого газа соответственно на длинах волн λi;where σ mi ), σ ei ), σ pri ), σ bi ), σ penti ), σ co2i ) (i = 1 ... N) - absorption cross-sections of methane, ethane, propane, butane, pentane and carbon dioxide, respectively, at wavelengths λ i ;

λi(i=1, …, N) - длины волн поглощения;λ i (i = 1, ..., N) - absorption wavelengths;

nm, ne, npr, nb, npent, nco2 - концентрации метана, этана, пропана, бутана, пентана и углекислого газа в анализируемом природном газе соответственно;n m , n e , n pr , n b , n pent , n co2 are the concentrations of methane, ethane, propane, butane, pentane, and carbon dioxide in the analyzed natural gas, respectively;

L - длина измерительной ячейки;L is the length of the measuring cell;

ki(i=1…N) - коэффициенты, равные отношению интенсивностей Ji*/0i*, где Ji* - интенсивности излучения на соответствующих длинах волн λi, прошедшего через вакуумированную измерительную ячейку, a Joi* - интенсивности излучения на соответствующих длинах волн λi перед вводом его в вакуумированную измерительную ячейку;k i (i = 1 ... N) are the coefficients equal to the ratio of intensities J i * / 0i * , where J i * are the intensities of radiation at the corresponding wavelengths λ i passing through the evacuated measuring cell, and J oi * are the intensities of radiation at the corresponding wavelengths λ i before entering it into the evacuated measuring cell;

Joi(i=1, …, N) - интенсивности излучения на соответствующих длинах волн λi перед вводом их в измерительную ячейку с природным газом;J oi (i = 1, ..., N) - radiation intensity at the corresponding wavelengths λ i before entering them into the measuring cell with natural gas;

Ji(i=1, …, N) - интенсивности излучения на соответствующих длинах волн λi, прошедшего через измерительную ячейку с природным газом.J i (i = 1, ..., N) is the radiation intensity at the corresponding wavelengths λ i passed through the measuring cell with natural gas.

Эта система, вообще говоря, может оказаться либо несовместной, либо неопределенной, в результате чего ошибка в расчете концентраций исследуемых веществ может оказаться большой.Generally speaking, this system may turn out to be either incompatible or indefinite, as a result of which the error in calculating the concentrations of the studied substances may turn out to be large.

Повышение точности получаемых решений в этом случае может быть достигнуто за счет переопределения системы уравнений, т.е. проведения измерений более чем на шести длинах волн.An increase in the accuracy of the obtained solutions in this case can be achieved by redefining the system of equations, i.e. taking measurements at more than six wavelengths.

Исследование системы (6) было проведено методом наименьших квадратов с итерационным уточнением корней, в котором использовалось QR-разложение матрицы A, получаемое в результате применения последовательности ортогональных преобразований Хаусхолдера [20-23]. Критерием точности получаемых решений являлась минимизация суммы квадратов невязок.The study of system (6) was carried out using the least squares method with iterative refinement of the roots, which used the QR decomposition of matrix A obtained by applying a sequence of orthogonal Householder transformations [20-23]. The accuracy criterion for the obtained solutions was minimization of the sum of squared residuals.

Первыми были изучены смеси второй категории природного газа. Вначале были исследованы смеси, содержащие метан, этан и пропан. Всего было проанализировано 18 смесей с различными долями этих компонентов (таблица 1). Расчетные исследования системы (6) показали, что наименьшие погрешности определения долей компонентов для всех случаев достигаются на комбинациях длин волн, приведенных в таблице 2. Для каждой комбинации погрешности определения отдельных компонентов увеличивались по мере уменьшения их содержания в смеси. В таблице 2 приведены величины погрешностей для каждой комбинации, соответствующие максимальной (верхняя строка) и минимальной (нижняя строка) доле компонента в смеси.The first were studied mixtures of the second category of natural gas. Initially, mixtures containing methane, ethane and propane were investigated. A total of 18 mixtures with various proportions of these components were analyzed (table 1). Computational studies of system (6) showed that the smallest errors in determining the fraction of components for all cases are achieved on the wavelength combinations shown in Table 2. For each combination, the errors in determining the individual components increased as their content in the mixture decreased. Table 2 shows the error values for each combination corresponding to the maximum (upper row) and minimum (lower row) fraction of the component in the mixture.

Как оказалось, наименьшие погрешности соответствуют проведению измерений на комбинации из 4 длин волн (комбинация (3)). Эти длины волн по своим значениям соответствуют центрам полос поглощения компонентов смеси.As it turned out, the smallest errors correspond to measurements on a combination of 4 wavelengths (combination (3)). These wavelengths in their values correspond to the centers of the absorption bands of the components of the mixture.

Как и следовало ожидать, наименьшая погрешность достигается для метана (она практически не меняется от доли метана в смеси) вследствие его существенно большего содержания в смеси по сравнению с остальными компонентами и заметно больших величин сечения поглощения в области 7-8 мкм. Погрешность измерения пропана наибольшая, поскольку полоса его поглощения перекрывается с полосой поглощения метана. В то же время у этана имеется полоса поглощения с центром на длине волны 12,24 мкм, не перекрывающаяся с полосой поглощения метана. Погрешности определения этана приблизительно одинаковы на комбинациях длин волн (2) и (3) и примерно на порядок лучше по сравнению с комбинацией (1). Однако для комбинации (3) погрешность измерения пропана становится немного меньше.As one would expect, the smallest error is achieved for methane (it practically does not change from the fraction of methane in the mixture) due to its significantly higher content in the mixture compared to other components and significantly larger absorption cross sections in the range of 7-8 μm. The propane measurement error is greatest, since its absorption band overlaps with the methane absorption band. At the same time, ethane has an absorption band centered at a wavelength of 12.24 microns, not overlapping with the methane absorption band. Errors in the determination of ethane are approximately the same for combinations of wavelengths (2) and (3) and are approximately an order of magnitude better compared to combination (1). However, for combination (3), the propane measurement error becomes slightly less.

Дальнейшие исследования проводились с газовой смесью месторождения «Медвежье, юра», которая характеризовалась повышенным содержанием этана и пропана (содержание метана, этана и пропана составляло 76,58%; 10,2% и 12,6% соответственно). Доли других компонентов в этой смеси крайне малы (содержание пентана и углекислого газа - на уровне 0,01% для каждого вещества; бутан отсутствует полностью), что позволяет с хорошим приближением говорить об этой смеси, как о состоящей из трех компонентов - метана, этана и пропана.Further studies were carried out with the gas mixture of the Medvezhye, Jura deposit, which was characterized by a high content of ethane and propane (the content of methane, ethane and propane was 76.58%; 10.2% and 12.6%, respectively). The shares of other components in this mixture are extremely small (the content of pentane and carbon dioxide is at the level of 0.01% for each substance; butane is completely absent), which allows us to speak with good approximation of this mixture as consisting of three components - methane, ethane and propane.

Для этой газовой смеси были проведены как расчетные, так и экспериментальные исследования по определению погрешности определения концентраций ее компонентов в зависимости от выбора комбинаций длин волн измерений. Исследования проводились на комбинациях длин волн (1)-(3) таблицы 2. На фиг.4 приведены экспериментальные и расчетные зависимости погрешности определения концентраций метана, этана и пропана от выбора комбинации длин волн измерений. Экспериментальные исследования показали, что минимальные погрешности наблюдаются при проведении измерений на комбинации длин волн (3) и составляют 1,2% для метана; 1,3% для этана и 1,6% для пропана. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными.For this gas mixture, both computational and experimental studies were conducted to determine the error in determining the concentrations of its components depending on the choice of combinations of measurement wavelengths. The studies were carried out on combinations of wavelengths (1) - (3) of Table 2. Figure 4 shows the experimental and calculated dependences of the error in determining the concentrations of methane, ethane and propane on the choice of a combination of measurement wavelengths. Experimental studies have shown that the minimum errors are observed during measurements on a combination of wavelengths (3) and are 1.2% for methane; 1.3% for ethane and 1.6% for propane. The calculation results are in good agreement with experimental data.

Исходя из этого, в дальнейших исследованиях использовалась комбинация длин волн 7,68; 12,24; 6,90; 6,88 мкм.Based on this, further studies used a combination of wavelengths of 7.68; 12.24; 6.90; 6.88 microns.

Далее в данную газовую смесь добавлялся в различных долях углекислый газ. При этом соотношение метана, этана и пропана, а также полное давление смеси, равное атмосферному, оставались неизменными. Измерение содержания углеводородов и CO2 в смеси проводилось на комбинации длин волн (3) из таблицы 2, а также на длине волны λ5=15,31 мкм, совпадающей с центром полосы поглощения углекислого газа.Further, carbon dioxide was added to this gas mixture in various proportions. The ratio of methane, ethane and propane, as well as the total pressure of the mixture equal to atmospheric, remained unchanged. The content of hydrocarbons and CO 2 in the mixture was measured at a combination of wavelengths (3) from Table 2, as well as at a wavelength of λ 5 = 15.31 μm, which coincides with the center of the carbon dioxide absorption band.

На фиг.5 приведена экспериментально полученная зависимость погрешности детектирования углекислого газа Δ от его концентрации в смеси. Видно, что Δ остается небольшой вплоть до долей CO2 в смеси порядка 0,01%. Погрешность детектирования углеводородов при этом находилась на уровне, соответствующем лучшим значениям, приведенным в таблице 2 для комбинации длин волн (3), и практически не ухудшалась даже при доле CO2 в смеси 10% вследствие значительной удаленности полосы поглощения углекислого газа относительно полос поглощения метана, этана и пропана.Figure 5 shows the experimentally obtained dependence of the detection error of carbon dioxide Δ on its concentration in the mixture. It can be seen that Δ remains small up to fractions of CO 2 in the mixture of the order of 0.01%. In this case, the hydrocarbon detection error was at a level corresponding to the best values given in table 2 for a combination of wavelengths (3), and practically did not deteriorate even at a 10% CO 2 fraction in the mixture due to the considerable remoteness of the carbon dioxide absorption band relative to methane absorption bands, ethane and propane.

На фиг.6. изображены экспериментальные (точки) и расчетные (линии) зависимости погрешности определения концентрации углекислого газа и метана от доли CO2 в смеси месторождения «Медвежье, юра».In Fig.6. experimental (points) and calculated (lines) dependences of the error in determining the concentration of carbon dioxide and methane on the proportion of CO 2 in the mixture of the Medvezhye, Jura deposit are shown.

Как видно, согласие экспериментальных и расчетных результатов во всех проведенных исследованиях оказалось достаточно хорошим, вследствие чего дальнейшие исследования были проведены при использовании численного моделирования.As can be seen, the agreement between the experimental and calculated results in all the studies was quite good, as a result of which further studies were carried out using numerical simulation.

На следующей стадии была расчетным образом смоделирована смесь метана, этана, пропана и CO2 в соотношении 0,766:0,102:0,126:0,01 (аналог газовой смеси месторождения «Медвежье, юра») в которую последовательно «добавлялись» (путем моделирования) в качестве малых примесей бутан и пентан как по отдельности, так и вместе в различных соотношениях друг с другом и производилась оптимизация длин волн с точки зрения достижения наилучшей чувствительности их детектирования и наилучшей точности измерений всех компонентов. Оценка проводилась при проведении расчетов на комбинации длин волн (3) и длине волны 15,31 мкм, а также на одной либо нескольких дополнительных длинах волн, совпадающих с центрами полос поглощения бутана и пентана.At the next stage, a mixture of methane, ethane, propane and CO 2 was simulated in a ratio of 0.766: 0.102: 0.126: 0.01 (an analogue of the gas mixture of the Medvezhye, Jura deposit) to which were sequentially “added” (by modeling) as of small impurities of butane and pentane both individually and together in various ratios with each other, wavelengths were optimized in terms of achieving the best sensitivity of their detection and the best measurement accuracy of all components. The assessment was carried out during calculations on a combination of wavelengths (3) and a wavelength of 15.31 microns, as well as on one or several additional wavelengths that coincide with the centers of the absorption bands of butane and pentane.

Сначала были проведены расчеты при «добавлении» в исходную смесь бутана. На первом этапе были рассчитаны чувствительности определения бутана при проведении исследований на одной из трех дополнительных длин волн, соответствующих центрам его полос поглощения. При этом наилучшая чувствительность детектирования бутана достигалась при проведении измерений на длине волны 10,51 мкм и составляла 1,4·10-2% объема. Наихудшая чувствительность была получена для длины волны 6,93 мкм, что, очевидно, обусловлено близостью этой полосы поглощения к интенсивной полосе поглощения метана, концентрация которого в смеси существенно больше. Кроме того, по мере увеличения содержания бутана точность детектирования остальных компонентов падала. Особенно сильно это сказывалось на точности определения концентрации пропана по той же причине - полосы поглощения метана, пропана и бутана находятся в непосредственной близости друг с другом.First, calculations were carried out when “adding” butane to the initial mixture. At the first stage, the sensitivities of determining butane were calculated during studies at one of three additional wavelengths corresponding to the centers of its absorption bands. The best sensitivity for detecting butane was achieved when measuring at a wavelength of 10.51 μm and amounted to 1.4 · 10 -2 % of the volume. The worst sensitivity was obtained for a wavelength of 6.93 μm, which is obviously due to the proximity of this absorption band to the intense absorption band of methane, the concentration of which in the mixture is significantly higher. In addition, as the butane content increased, the detection accuracy of the remaining components decreased. This especially affected the accuracy of determining the concentration of propane for the same reason - the absorption bands of methane, propane and butane are in close proximity to each other.

На следующем этапе было проведено определение чувствительностей при выборе в качестве дополнительных длин волн измерений центров каких-либо двух либо всех трех линий поглощения бутана. Полученные результаты приведены в таблице 3.At the next stage, the sensitivities were determined when the centers of any two or all three absorption lines of butane were selected as the additional wavelengths of measurements. The results are shown in table 3.

Видно, что наилучшая чувствительность достигается при одновременном детектировании на дополнительных длинах волн 10,51 и 13,49 мкм. По сравнению с проведением измерений на одной длине волны поглощения бутана полученная величина лучше приблизительно в 50 раз и составляет 2,6·10-4%. Погрешность детектирования других компонентов смеси во всех случаях не превышала двух процентов.It can be seen that the best sensitivity is achieved while simultaneously detecting at additional wavelengths of 10.51 and 13.49 microns. Compared with measurements at a single absorption wavelength of butane, the obtained value is approximately 50 times better and amounts to 2.6 · 10 -4 %. The detection error of the other components of the mixture in all cases did not exceed two percent.

Следующая серия расчетов проводилась при «добавлении» в исходную смесь пентана. В качестве дополнительных были выбраны длины волн 6,91; 10,52 и 13,71 мкм, совпадающие с центрами его линий поглощения. Исследования проводились таким же образом, что и в случае бутана. Окончательные результаты суммированы в таблице 4.The next series of calculations was carried out when pentane was added to the initial mixture. As additional wavelengths of 6.91 were chosen; 10.52 and 13.71 microns, coinciding with the centers of its absorption lines. The studies were carried out in the same manner as in the case of butane. The final results are summarized in table 4.

Видно, что наилучшая чувствительность достигается при одновременном детектировании на дополнительных длинах волн 10,52 и 13,71 мкм. Сравнение с результатами, полученными для бутана при соответствующем выборе длин волн, показывают, что величины чувствительностей детектирования пентана и бутана достаточно близки - для всех комбинаций длин волн результаты, полученные для пентана, в 1,2-1,5 раз лучше. Кроме того, чувствительности для других компонентов остаются практически неизменными. Полученный результат имеет достаточно очевидное объяснение. Сравнение спектров поглощения бутана и пентана показывает, что эти два вещества имеют близкую структуру полос поглощения: в обоих случаях имеется по три близких по длинам волн полосы поглощения с примерно одинаковыми величинами сечений поглощения. Тем не менее, то обстоятельство, что сечения поглощения пентана немного превосходят сечения поглощения бутана, и объясняет несколько лучшую чувствительность детектирования этого вещества.It is seen that the best sensitivity is achieved with simultaneous detection at additional wavelengths of 10.52 and 13.71 microns. Comparison with the results obtained for butane with an appropriate choice of wavelengths shows that the sensitivities of detection of pentane and butane are quite close - for all combinations of wavelengths, the results obtained for pentane are 1.2-1.5 times better. In addition, the sensitivities for other components remain virtually unchanged. The result obtained has a fairly obvious explanation. A comparison of the absorption spectra of butane and pentane shows that these two substances have a similar structure of the absorption bands: in both cases, there are three absorption bands that are close in wavelength and have approximately the same absorption cross sections. Nevertheless, the fact that the absorption cross-sections of pentane is slightly higher than the absorption cross-sections of butane, and explains the slightly better detection sensitivity of this substance.

На заключительном этапе исследований в исходную смесь метана, этана, пропана и углекислого газа «добавлялись» одновременно бутан и пентан в соотношениях 1:4, 1:1 и 4:1.At the final stage of the research, butane and pentane were simultaneously added to the initial mixture of methane, ethane, propane and carbon dioxide in the ratios 1: 4, 1: 1 and 4: 1.

На фиг.7 в качестве примера приведены погрешности детектирования бутана (сплошная линия) и пентана (штриховая линия) Δ в зависимости от выбора комбинаций длин волн в случае, когда соотношение бутана и пентана составляет 1:1 (суммарная доля бутана и пентана в смеси 10-3%).Figure 7 shows, by way of example, the errors in the detection of butane (solid line) and pentane (dashed line) Δ depending on the choice of wavelength combinations in the case where the ratio of butane and pentane is 1: 1 (the total fraction of butane and pentane in the mixture 10 -3 %).

Видно, что эти погрешности существенно зависят от значений и количества длин волн, на которых проводятся измерения. Так, для комбинаций (10) (дополнительные длины волн 6,93; 6,91; 10,52 мкм) и (18) (13,49; 10,52; 13,71 мкм) погрешности детектирования как бутана, так и пентана находятся на уровне 30-45%, в то время как для комбинаций (11) (6,93; 6,91; 13,71 мкм) и (20) (10,51; 6,91; 10,52; 13,71 мкм) погрешность определения бутана находится на уровне 69-72%.It can be seen that these errors substantially depend on the values and the number of wavelengths at which measurements are made. So, for combinations (10) (additional wavelengths of 6.93; 6.91; 10.52 μm) and (18) (13.49; 10.52; 13.71 μm), the detection errors of both butane and pentane are at the level of 30-45%, while for combinations (11) (6.93; 6.91; 13.71 microns) and (20) (10.51; 6.91; 10.52; 13, 71 microns) the error in the determination of butane is at the level of 69-72%.

Аналогичные расчетные и экспериментальные исследования проводились для газовой смеси из месторождения «Вуктыльское» (содержание метана - 84,86%, этана - 9,8%, пропана - 3,8%, бутана - 0,94%, пентана - 0,3%, углекислого газа - 0,3%).Similar calculation and experimental studies were conducted for the gas mixture from the Vuktylskoye field (methane content - 84.86%, ethane - 9.8%, propane - 3.8%, butane - 0.94%, pentane - 0.3% carbon dioxide - 0.3%).

Окончательные результаты показали, что для второй категории природного газа измерения следует проводить на комбинации длин волн 7,68; 6,90; 6,88; 12,24; 15,31; 6,93; 6,91 и 13,71 мкм. В таблице 5 приведены значения чувствительностей детектирования бутана и пентана для их различных соотношений на указанных комбинациях длин волн для смесей, смоделированных на основе газовых смесей "Медвежье, юра" и "Вуктыльское".The final results showed that for the second category of natural gas, measurements should be made on a combination of wavelengths of 7.68; 6.90; 6.88; 12.24; 15.31; 6.93; 6.91 and 13.71 microns. Table 5 shows the sensitivity values for the detection of butane and pentane for their various ratios on the indicated wavelength combinations for mixtures modeled on the basis of gas mixtures Medvezhye, Jura and Vuktylskoye.

При этом погрешность измерения метана не превышала 1,4%, этана - 1,8%, пропана - 2,6% и углекислого газа - 1% для всех рассмотренных соотношений бутана и пентана.Moreover, the measurement error of methane did not exceed 1.4%, ethane - 1.8%, propane - 2.6% and carbon dioxide - 1% for all considered ratios of butane and pentane.

Для исследований третьей категории природного газа была выбрана газовая смесь из месторождения «Медвежье, сеноман» (метан - 86,9%; бутан - 7,6%, пентан - 3,6%; этан - 1,2%; CO2 - 0,7%). Исследования проводились аналогичным образом. Было установлено, что наилучшие чувствительности детектирования компонентов этой смеси достигаются на комбинации из девяти длин волн 7,68; 6,90; 6,88; 12,24; 15,31; 6,93; 6,91; 13,71 и 10,51 мкм и составляют 6·10-2%; 8,2·10-3% и 8,1·10-4% объема для этана, углекислого газа и пропана соответственно. При этом погрешности измерения остальных компонентов не превышают 1,5%.For studies of the third category of natural gas, a gas mixture was selected from the Medvezhye, Cenoman field (methane - 86.9%; butane - 7.6%, pentane - 3.6%; ethane - 1.2%; CO 2 - 0 , 7%). Research was conducted in a similar way. It was found that the best detection sensitivity of the components of this mixture are achieved on a combination of nine wavelengths of 7.68; 6.90; 6.88; 12.24; 15.31; 6.93; 6.91; 13.71 and 10.51 microns and comprise 6 · 10 -2 %; 8.2 · 10 -3 % and 8.1 · 10 -4 % of the volume for ethane, carbon dioxide and propane, respectively. Moreover, the measurement errors of the remaining components do not exceed 1.5%.

Далее были произведены аналогичные исследования для тринадцати газовых смесей первой категории из различных российских месторождений. Содержание метана в них колебалось от 94,8% («Березовское») до 99,2% («Бованенковское, сеноман»). Содержание других компонентов в различных смесях было существенно различным. Так, в смеси месторождения «Уренгойское, сеноман» практически отсутствовали этан, пропан, бутан и пентан (их суммарное содержание находилось на уровне 0,01%), а доли углекислого газа и азота составляли 0,29 и 0,8% соответственно. В ряде других смесей содержание всех перечисленных компонентов могло достигать нескольких процентов (например, доля этана в месторождении «Бованенковское, залежи» составляла 2,89%).Further similar studies were carried out for thirteen gas mixtures of the first category from various Russian fields. The methane content in them ranged from 94.8% (Berezovskoye) to 99.2% (Bovanenkovskoye, Cenomanian). The content of other components in various mixtures was significantly different. Thus, ethane, propane, butane and pentane were practically absent in the mixture of the Urengoyskoye, Cenoman deposit (their total content was at the level of 0.01%), and the shares of carbon dioxide and nitrogen were 0.29 and 0.8%, respectively. In a number of other mixtures, the content of all these components could reach several percent (for example, the ethane content in the Bovanenkovskoye, deposits was 2.89%).

Для всех этих смесей были проведены расчеты, а для смеси из месторождения «Уренгойское, сеноман» (98,9% метана) дополнительно были произведены экспериментальные исследования.Calculations were performed for all these mixtures, and experimental studies were additionally carried out for the mixture from the Urengoyskoye, Senoman field (98.9% methane).

Были определены наилучшие с точки зрения чувствительности комбинации длин волн. Результаты показали, что для всех смесей оптимальной является комбинация длин волн 7,68; 6,90; 6,88; 12,24; 15,31; 6,93; 6,91 и 10,52 мкм. В качестве примера в таблице 6 приведены данные по чувствительностям детектирования компонентов 5 различных месторождений.The best in terms of sensitivity wavelength combinations were determined. The results showed that a combination of wavelengths of 7.68 is optimal for all mixtures; 6.90; 6.88; 12.24; 15.31; 6.93; 6.91 and 10.52 microns. As an example, table 6 shows data on the sensitivity of detection of components of 5 different fields.

При детектировании природного газа заранее неопределенного состава, прежде всего необходимо выяснить, к какой категории его отнести. Для этого следует провести измерения на семи длинах волн, соответствующих центрам полос поглощения всех возможных его составляющих, а именно λ1=7,68 мкм (метан); λ2=6,90 мкм (пропан); λ3=6,88 мкм и λ4=12,24 мкм (этан); λ5=15,31 мкм (углекислый газ); λ6=6,93 мкм (бутан) и λ7=6,91 мкм (пентан) и вычислить концентрации этих веществ по формуле (1), где N=1. После выявления категории природного газа следует провести еще одно измерение на указанных выше длинах волн λ17 и дополнительно на длинах волн, которые зависят от категории природного газа. Для первой категории природного газа на одной дополнительной длине волны λ8=10,52 мкм; для второй категории природного газа на одной дополнительной длине волны λ8=13,71 мкм и для третьей категории природного газа на двух дополнительных длинах волн λ8=13,71 мкм и λ9=10,51 мкм. Далее производится окончательный расчет концентраций компонентов природного газа по формуле (1), где N=8 для первой и второй категорий природного газа и N=9 для третьей категории природного газа.When detecting natural gas in advance of an indefinite composition, it is first necessary to find out which category it belongs to. For this, measurements should be made at seven wavelengths corresponding to the centers of the absorption bands of all its possible components, namely λ 1 = 7.68 μm (methane); λ 2 = 6.90 μm (propane); λ 3 = 6.88 μm and λ 4 = 12.24 μm (ethane); λ 5 = 15.31 microns (carbon dioxide); λ 6 = 6.93 μm (butane) and λ 7 = 6.91 μm (pentane) and calculate the concentration of these substances by the formula (1), where N = 1. After identifying the category of natural gas, another measurement should be carried out at the above wavelengths λ 17 and additionally at wavelengths that depend on the category of natural gas. For the first category of natural gas at one additional wavelength, λ 8 = 10.52 μm; for the second category of natural gas at one additional wavelength λ 8 = 13.71 microns and for the third category of natural gas at two additional wavelengths λ 8 = 13.71 microns and λ 9 = 10.51 microns. Next, the final calculation of the concentrations of natural gas components is performed according to the formula (1), where N = 8 for the first and second categories of natural gas and N = 9 for the third category of natural gas.

Заявляемый способ определения компонентного состава природного газа в реальном масштабе времени осуществляется в следующей последовательности.The inventive method for determining the component composition of natural gas in real time is carried out in the following sequence.

Облучают измерительную ячейку излучением на 7 длинах волн λ1, …, λ7. При этом длину волны λ1 поддерживают в диапазоне от 7,6 мкм до 7,8 мкм, λ2 поддерживают в диапазоне от 6,898 мкм до 6,902 мкм, λ3 поддерживают в диапазоне от 6,87 до 6,89 мкм, λ4 поддерживают в диапазоне от 12,1 до 12,3 мкм, λ5 поддерживают в диапазоне от 15,2 до 15,4 мкм, λ6 поддерживают в диапазоне от 6,92 до 6,94 мкм и λ7 поддерживают в диапазоне от 6,908 мкм до 6,912 мкм. Часть светового потока от источника света направляют в измеритель (или измерители) для контроля значений интенсивностей на входе в измерительную ячейку. Измеряют интенсивности излучения J01*, …, J07* на соответствующих длинах волн перед вводом его в вакуумированную измерительную ячейку и интенсивности излучения J1*, …, J7*, прошедшего через вакуумированную измерительную ячейку, и вводят значения этих интенсивностей в вычислительный комплекс. Затем начинают прокачку через измерительную ячейку природного газа и измеряют интенсивности излучения J01, …, J07 перед вводом его в измерительную ячейку и интенсивности излучения J1, …, J7, прошедшего через измерительную ячейку с природным газом на указанных выше длинах волн. Направляют сигналы, соответствующие значениям интенсивностей J01, …, J07, J1, …, J7 в вычислительный комплекс, и рассчитывают концентрации компонентов природного газа по формуле (1) (где N=7), в данном случае, методом наименьших квадратов с итерационным уточнением корней, с использованием преобразований Хаусхолдера.The measuring cell is irradiated with radiation at 7 wavelengths λ 1 , ..., λ 7 . The wavelength λ 1 support in the range from 7.6 μm to 7.8 μm, λ 2 support in the range from 6.898 μm to 6.902 μm, λ 3 support in the range from 6.87 to 6.89 μm, λ 4 support in the range from 12.1 to 12.3 microns, λ 5 support in the range from 15.2 to 15.4 microns, λ 6 support in the range from 6.92 to 6.94 microns and λ 7 support in the range from 6.908 microns up to 6.912 microns. Part of the luminous flux from the light source is sent to the meter (or meters) to control the values of the intensities at the entrance to the measuring cell. The radiation intensities J 01 * , ..., J 07 * are measured at the corresponding wavelengths before entering it into the evacuated measuring cell and the radiation intensities J 1 * , ..., J 7 * passed through the evacuated measuring cell, and these intensities are entered into the computer complex . Then, pumping through the measuring cell of natural gas is started and the radiation intensities J 01 , ..., J 07 are measured before entering it into the measuring cell and the radiation intensities J 1 , ..., J 7 passed through the measuring cell with natural gas at the above wavelengths. The signals corresponding to the intensities J 01 , ..., J 07 , J 1 , ..., J 7 are sent to the computer complex, and the concentrations of natural gas components are calculated by the formula (1) (where N = 7), in this case, by the least squares method with iterative refinement of the roots, using the Householder transformations.

При доле метана в смеси, равной или превышающей 95%, проводится повторное измерение интенсивностей излучения J01*, …, J08* и J1*, …, J8* до и после ввода излучения в вакуумированную измерительную ячейку, соответственно, на указанных выше длинах волн λ17 и на дополнительной длине волны λ8, которую поддерживают в диапазоне от 10,518 мкм до 10,522 мкм. Далее эти интенсивности вводятся в вычислительный комплекс, после чего начинают прокачку через измерительную ячейку природного газа и измеряют интенсивности излучения J01, …, J08 перед вводом его в измерительную ячейку и интенсивности излучения J1, …, J8, прошедшего через измерительную ячейку с природным газом на указанных выше длинах волн. Направляют сигналы, соответствующие значениям интенсивностей J01, …, J08, J1, …, J8 в вычислительный комплекс, и рассчитывают окончательные концентрации компонентов природного газа по формуле (1) (где N=8), в данном случае методом наименьших квадратов с итерационным уточнением корней, с использованием преобразований Хаусхолдера.When the proportion of methane in the mixture is equal to or greater than 95%, a repeated measurement of radiation intensities J 01 * , ..., J 08 * and J 1 * , ..., J 8 * is carried out before and after the radiation is introduced into the evacuated measuring cell, respectively, on the indicated higher wavelengths λ 17 and at an additional wavelength λ 8 , which is maintained in the range from 10.518 μm to 10.522 μm. Then these intensities are introduced into the computer complex, after which they pump natural gas through the measuring cell and measure the radiation intensities J 01 , ..., J 08 before entering it into the measuring cell and the radiation intensities J 1 , ..., J 8 passed through the measuring cell with natural gas at the above wavelengths. The signals corresponding to the intensities J 01 , ..., J 08 , J 1 , ..., J 8 are routed to the computer system, and the final concentrations of the natural gas components are calculated by the formula (1) (where N = 8), in this case, the least squares method with iterative refinement of the roots, using the Householder transformations.

При доле метана, меньшей 95%, и выполнении соотношения ne+npr>nb+npent, где ne, npr, nb, npent - концентрации этана, пропана, бутана и пентана соответственно, проводится дополнительное измерение интенсивностей излучения J01*, …, J08* и J1*, …, J8* до и после ввода излучения в вакуумированную измерительную ячейку, соответственно на указанных выше длинах волн λ17 и на дополнительной длине волны λ8, которую поддерживают в диапазоне от 13,66 до 13,76 мкм. Далее эти интенсивности вводятся в вычислительный комплекс, после чего начинают прокачку через измерительную ячейку природного газа и измеряют интенсивности излучения J01, …, J08 перед вводом его в измерительную ячейку и интенсивности излучения J1, …, J8, прошедшего через измерительную ячейку, с природным газом на указанных выше длинах волн. Направляют сигналы, соответствующие значениям интенсивностей J01, …, J08, J1, …, J8 в вычислительный комплекс, и рассчитывают окончательные концентрации компонентов природного газа по формуле (1), где N=8, в данном случае методом наименьших квадратов с итерационным уточнением корней, с использованием преобразований Хаусхолдера.When the proportion of methane is less than 95%, and the ratio n e + n pr > n b + n pent is fulfilled , where n e , n pr , n b , n pent are the concentrations of ethane, propane, butane and pentane, respectively, an additional measurement of the intensities radiation J 01 * , ..., J 08 * and J 1 * , ..., J 8 * before and after introducing radiation into the evacuated measuring cell, respectively, at the above wavelengths λ 17 and at an additional wavelength λ 8 , which support in the range from 13.66 to 13.76 microns. Then these intensities are introduced into the computer complex, after which they pump natural gas through the measuring cell and measure the radiation intensities J 01 , ..., J 08 before entering it into the measuring cell and the radiation intensities J 1 , ..., J 8 passed through the measuring cell, with natural gas at the above wavelengths. The signals corresponding to the intensities J 01 , ..., J 08 , J 1 , ..., J 8 are routed to the computer complex, and the final concentrations of the natural gas components are calculated by the formula (1), where N = 8, in this case, the least squares method with iterative refinement of the roots, using Householder transformations.

При доле метана, меньшей 95%, и выполнении соотношения ne+npr<nb+npent, где ne, npr, nb, npent - концентрации этана, пропана, бутана и пентана соответственно, проводится дополнительное измерение интенсивностей излучения J01*, …, J09* и J1*, …, J9* до и после ввода излучения в вакуумированную измерительную ячейку соответственно на указанных выше длинах волн λ17 и на двух дополнительных длинах волн λ8, которую поддерживают в диапазоне от 13,66 до 13,76 мкм и λ9, которую поддерживают в диапазоне от 10,508 мкм до 10,512 мкм. Далее эти интенсивности вводятся в вычислительный комплекс, после чего начинают прокачку через измерительную ячейку природного газа и измеряют интенсивности излучения J01, …, J09 перед вводом его в измерительную ячейку и интенсивности излучения J1, …, J9, прошедшего через измерительную ячейку с природным газом на указанных выше длинах волн. Направляют сигналы, соответствующие значениям интенсивностей J01, …, J09, J1, …, J09 в вычислительный комплекс, и рассчитывают окончательные концентрации компонентов природного газа по формуле (1), где N=9, в данном случае методом наименьших квадратов с итерационным уточнением корней, с использованием преобразований Хаусхолдера.When the proportion of methane is less than 95% and the ratio n e + n pr <n b + n pent is fulfilled , where n e , n pr , n b , n pent are the concentrations of ethane, propane, butane and pentane, respectively, an additional measurement of the intensities radiation J 01 * , ..., J 09 * and J 1 * , ..., J 9 * before and after introducing radiation into the evacuated measuring cell, respectively, at the above wavelengths λ 17 and at two additional wavelengths λ 8 , which support in the range from 13.66 to 13.76 μm and λ 9 , which is supported in the range from 10.508 μm to 10.512 μm. Then these intensities are introduced into the computer complex, after which they pump natural gas through the measuring cell and measure the radiation intensities J 01 , ..., J 09 before entering it into the measuring cell and the radiation intensities J 1 , ..., J 9 passed through the measuring cell with natural gas at the above wavelengths. The signals corresponding to the intensities J 01 , ..., J 09 , J 1 , ..., J 09 are sent to the computer complex, and the final concentrations of the natural gas components are calculated by the formula (1), where N = 9, in this case, the least squares method with iterative refinement of the roots, using Householder transformations.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет осуществлять анализ компонентного состава природных газовых смесей в реальном масштабе времени с чувствительностями измерения долей их компонентов на уровне не хуже чем 3·10-3% от общего объема, что достаточно для проведения компонентного количественного анализа природных газовых смесей различного состава в соответствии с принятыми российскими и международными стандартами.Thus, the proposed invention allows for the analysis of the component composition of natural gas mixtures in real time with sensitivities of measuring the proportions of their components at a level no worse than 3 · 10 -3 % of the total volume, which is sufficient to conduct a component quantitative analysis of natural gas mixtures of various compositions in accordance with accepted Russian and international standards.

ЛитератураLiterature

1. Эксплуатационнику магистральных трубопроводов: Справочное пособие / А.В.Громов, Н.Е.Гузанов, Л.А.Хачикян и др. - М.: Недра, 1987. 176 с.1. To the operator of the main pipelines: Reference manual / A.V. Gromov, N.E. Guzanov, L.A. Khachikyan, etc. - M .: Nedra, 1987. 176 p.

2. ГОСТ 23781-87. Газы горючие природные. Хроматографический метод определения компонентного состава.2. GOST 23781-87. Combustible natural gases. Chromatographic method for determining the composition.

3. ГОСТ 14920-79. Газ сухой. Метод определения компонентного состава.3. GOST 14920-79. The gas is dry. Method for determining the composition.

4. ISO/FDIS-6974-1-ISO/FDIS-6974-6. Natural gas. - Determination of composition with defined uncertainly by gas chromatography.4. ISO / FDIS-6974-1-ISO / FDIS-6974-6. Natural gas. - Determination of composition with defined uncertainly by gas chromatography.

5. ISO 6569. Natural gas. - Rapid analysis by gas chromatography. International Standards Organization Central Secretariat. 1981.5. ISO 6569. Natural gas. - Rapid analysis by gas chromatography. International Standards Organization Central Secretariat. 1981.

6. ISO 6568-81. Natural gas. - Simple analysis by gas chromatography. International Standards Organization Central Secretariat. 1981.6. ISO 6568-81. Natural gas. - Simple analysis by gas chromatography. International Standards Organization Central Secretariat. 1981.

7. ГОСТ 31371.1-200 - ГОСТ 31371.6-2008. Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности.7. GOST 31371.1-200 - GOST 31371.6-2008. Natural gas. Determination of composition by gas chromatography with an estimate of uncertainty.

8. ISO 6975:1997. Natural gas - Extended analysis - Gas-chromatographic method.8. ISO 6975: 1997. Natural gas - Extended analysis - Gas-chromatographic method.

9. ISO 6142:2001. Gas analysis - Preparation of calibration gas mixture - Gravimetric method.9. ISO 6142: 2001. Gas analysis - Preparation of calibration gas mixture - Gravimetric method.

10. ISO 6143:2001. Gas analysis - Determination of the composition of calibration gas mixture - Comprasion methods.10. ISO 6143: 2001. Gas analysis - Determination of the composition of calibration gas mixture - Comprasion methods.

11. ISO 14111:1997. Natural gas - Guidelines to traceability in analysis.11. ISO 14111: 1997. Natural gas - Guidelines to traceability in analysis.

12. ISO 10723:1995. Natural gas - Performance evaluation for on-line analytical systems.12. ISO 10723: 1995. Natural gas - Performance evaluation for on-line analytical systems.

13. Мурин В.И., Кисленко H.H., Арыстанбекова C.A. и др. Газохроматографические методы определения компонентного состава природного газа. М.: ООО «Газпром». 2001. 57 с.13. Murin V.I., Kislenko H.H., Arystanbekova C.A. and other Gas chromatographic methods for determining the component composition of natural gas. M .: Gazprom. 2001.57 p.

14. В.Е.Привалов, В.Г.Шеманин. Дистанционное лазерное зондирование углеводородов в атмосфере. Письма в ЖЭТФ, 2001, Т.27, вып.1, с.71-75.14.V.E. Privalov, V.G. Shemanin. Remote laser sensing of hydrocarbons in the atmosphere. Letters to JETP, 2001, vol. 27, issue 1, pp. 71-75.

15. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. - М.: Мир, 1987, 550 с.15. Mezheris R. Laser remote sensing. - M.: Mir, 1987, 550 p.

16. M.P.Buric, K.P.Chen, J.Falk, S.D.Woodruff. Enhanced spontaneous Raman scattering and gas composition analysis using a photonic crystal fiber. Applied Optics. 2008. Vol.47. №23. P.4255-4261.16. M.P. Buric, K.P. Chen, J.Falk, S.D. Woodruff. Enhanced spontaneous Raman scattering and gas composition analysis using a photonic crystal fiber. Applied Optics. 2008. Vol. 47. Number 23. P.4255-4261.

17. Бубличенко И.А., Мохноножкин Б.E. Лазерный газоанализатор для поиска утечек газа из подземных газопроводов. Приборы и техника эксперимента, 1999, №5, с.126-129.17. Bublicenko I.A., Mokhnonozhkin B.E. Laser gas analyzer to search for gas leaks from underground gas pipelines. Instruments and experimental equipment, 1999, No. 5, p.126-129.

18. N.Makhoukhi, E.Pere, R.Creff, C.Pouchan. Determination of the composition of a mixture of gases by infrared analysis and chemometric methods. Journal of Molecular Structure 744-747 (2005) 855-859.18. N. Mahoukhi, E. Pere, R. Creff, C. Pouchan. Determination of the composition of a mixture of gases by infrared analysis and chemometric methods. Journal of Molecular Structure 744-747 (2005) 855-859.

19. Киреев С.В., Шнырев С.Л., Подоляко Е.М., Усошин В.А., Петров Н.Г., Есин Ю.И., Клищевская В.М. Патент РФ на изобретение №2267114 от 27.12.2005.19. Kireev S.V., Shnyrev S.L., Podolyako E.M., Usoshin V.A., Petrov N.G., Esin Yu.I., Klischevskaya V.M. RF patent for the invention No. 2267114 of 12/27/2005.

20. A.Bjorck. BIT. 1967. Vol.7. p.322-337.20. A. Bjorck. BIT. 1967. Vol. 7. p. 322-337.

21. A.Bjorck. BIT. 1968. Vol.8. p.8-30.21. A. Bjorck. BIT. 1968. Vol. 8. p. 8-30.

22. J.R.Bunch, and B.N.Parlett. SIAM J. of Numerical Analysis. 1979. Vol.16. P.368-375.22. J. R. Bunch, and B. N. Parlett. SIAM J. of Numerical Analysis. 1979. Vol.16. P.368-375.

23. O.B.Бартеньев. Фортран для профессионалов. М.: Диалог-МИФИ. 2000. 448 с.23. O.B. Bartenev. Fortran for professionals. M .: Dialog-MEPhI. 2000.448 s.

Таблица 1Table 1 No. Доля метана, %Share of methane,% Доля этана, %Ethane share,% Доля пропана, %The proportion of propane,% 1one 7878 15fifteen 77 22 7979 55 1616 33 84,984.9 15fifteen 0,10.1 4four 85,885.8 13,513.5 0,70.7 55 85,985.9 0,10.1 14fourteen 66 86,586.5 11,511.5 22 77 8787 1010 33 88 87,487.4 0,60.6 1212 99 87,587.5 6,56.5 66 1010 8888 66 66 11eleven 88,388.3 1,21,2 10,510.5 1212 88,588.5 2,52.5 99 1313 88,588.5 4four 7,57.5 14fourteen 88,588.5 5,55.5 66 15fifteen 88,588.5 77 4,54,5 1616 9090 33 77 1717 90,590.5 22 7,57.5 18eighteen 9393 22 55

Таблица 2table 2 No. Комбинации длин волн измерения, мкмCombinations of wavelengths of measurement, microns Погрешность измерения, %Measurement error, % метанmethane этанethane пропанpropane 1one 7,68; 6,88; 6,907.68; 6.88; 6.90 0,9-1,00.9-1.0 11eleven 1212 0,90.9 1919 4949 22 7,68; 12,24; 6,907.68; 12.24; 6.90 0,90.9 1,01,0 2,22.2 0,90.9 1717 4545 33 7,68; 12,24; 6,90; 6,887.68; 12.24; 6.90; 6.88 0,9-0,950.9-0.95 1,11,1 2,02.0 0,90.9 1717 3838

Таблица 3Table 3 Дополнительные длины волн, мкмAdditional wavelengths, microns Чувствительность детектирования бутана (доля в смеси, %)The sensitivity of the detection of butane (fraction in the mixture,%) Погрешность измерения остальных компонентов, %The measurement error of the remaining components,% метанmethane этанethane пропанpropane CO2 CO 2 6,93; 10,516.93; 10.51 5,1·10-4 5.1 · 10 -4 1,21,2 1,21,2 1,81.8 < 1%<1% 6,93; 13,496.93; 13.49 8,7·10-4 8.7 · 10 -4 1,11,1 1,31.3 1,51,5 < 1%<1% 10,51; 13,4910.51; 13.49 2,6·10-4 2.6 · 10 -4 1,21,2 1,31.3 1,61,6 < 1%<1% 6,93; 10,51; 13,496.93; 10.51; 13.49 3,6·10-4 3.6 · 10 -4 1,11,1 1,21,2 1,61,6 < 1%<1%

Таблица 4Table 4 Дополнительные длины волн, мкмAdditional wavelengths, microns Чувствительность детектирования пентана (доля в смеси, %.)Pentane detection sensitivity (fraction in the mixture,%.) Погрешность измерения остальных компонентов, %The measurement error of the remaining components,% МетанMethane ЭтанEthane ПропанPropane СO2 CO 2 6,916.91 2,6·10-1 2.6 · 10 -1 < 1%<1% 1,21,2 1,61,6 < 1%<1% 10,5210.52 1,1·10-2 1.1 · 10 -2 < 1%<1% 1,21,2 1,61,6 < 1%<1% 13,7113.71 1,9·10-2 1.9 · 10 -2 < 1%<1% 1,21,2 1,61,6 < 1%<1% 6,91; 10,526.91; 10.52 3,6·10-4 3.6 · 10 -4 < 1%<1% 1,11,1 1,51,5 < 1%<1% 6,91; 13,716.91; 13.71 5,4·10-4 5.4 · 10 -4 < 1%<1% 1,11,1 1,41.4 < 1%<1% 10,52; 13,7110.52; 13.71 2,2·10-4 2.2 · 10 -4 < 1%<1% < 1%<1% 1,41.4 < 1%<1% 6,91; 10,52; 13,716.91; 10.52; 13.71 2,5·10-4 2.5 · 10 -4 < 1%<1% < 1%<1% 1,31.3 < 1%<1%

Таблица 5Table 5 Соотношение бутан:пентанThe ratio of butane: pentane Чувствительность (доля в смеси, %) для месторождения «Медвежье, юра»Sensitivity (share in the mixture,%) for the Medvezhye, Jura deposit Чувствительность (доля в смеси, %) для месторождения «Вуктыльское»Sensitivity (fraction in the mixture,%) for the Vuktylskoye field бутанbutane пентанpentane бутанbutane пентанpentane 1:41: 4 1,4·10-3 1.4 · 10 -3 6,0·10-4 6.0 · 10 -4 4,8·10-4 4.8 · 10 -4 2,1·10-4 2.1 · 10 -4 1:11: 1 8,4·10-4 8.4 · 10 -4 7,5·10-4 7.5 · 10 -4 2,5·10-4 2.5 · 10 -4 2,3·10-4 2.3 · 10 -4 4:14: 1 7,5·10-4 7.5 · 10 -4 1,3·10-3 1.3 · 10 -3 2,4·10-4 2.4 · 10 -4 4,2·10-5 4.2 · 10 -5

Таблица 6Table 6 Месторождение (метан:этан:пропан:бутан:пентан)Deposit (methane: ethane: propane: butane: pentane) Чувствительность детектирования, %Detection Sensitivity,% этанethane пропанpropane бутанbutane пентанpentane Березовское (94,8:1,2:0,3:0,1:0,1)Berezovskoe (94.8: 1.2: 0.3: 0.1: 0.1) 3,6·10-5 3.6 · 10 -5 2,1·10-4 2.1 · 10 -4 2,3·10-4 2.3 · 10 -4 2,3·10-4 2.3 · 10 -4 Комсомольское, юра (95,4:2,1:0,5:0,1:0,1)Komsomolskoe, Jura (95.4: 2.1: 0.5: 0.1: 0.1) 2,2·10-5 2.2 · 10 -5 1,6·10-4 1.6 · 10 -4 2,4·10-4 2.4 · 10 -4 2,3·10-4 2.3 · 10 -4 Бованенковское, залежи (96,4:2,89:0,03:0,02:0,01)Bovanenkovskoe deposit (96.4: 2.89: 0.03: 0.02: 0.01) 2,1·10-5 2.1 · 10 -5 1,3·10-3 1.3 · 10 -3 9,6·10-4 9.6 · 10 -4 1,1·10-3 1.1 · 10 -3 Месоояхское (98,2:0,1:0,03:0,01:0,01)Mesoyakhskoe (98.2: 0.1: 0.03: 0.01: 0.01) 9,3·10-5 9.3 · 10 -5 1,3·10-3 1.3 · 10 -3 1,2·10-3 1.2 · 10 -3 1,1·10-3 1.1 · 10 -3 Тазовское, сеноман (98,6:0,1:0,05:0,03:0,02)Tazovsky, Cenomanian (98.6: 0.1: 0.05: 0.03: 0.02) 1,1·10-4 1.1 · 10 -4 8,1·10-4 8.1 · 10 -4 6,6·10-4 6.6 · 10 -4 7,2·10-4 7.2 · 10 -4

Claims (1)

Способ определения компонентного состава природного газа в реальном масштабе времени, заключающийся в измерении поглощения излучения анализируемым газом, отличающийся тем, что предварительное измерение поглощения излучения проводится на семи длинах волн, при этом длину волны λ1 поддерживают в диапазоне от 7,6 до 7,8 мкм, λ2 поддерживают в диапазоне от 6,898 до 6,902 мкм, λ3 поддерживают в диапазоне от 6,87 до 6,89 мкм, λ4 поддерживают в диапазоне от 12,1 до 12,3 мкм, λ5 поддерживают в диапазоне от 15,2 до 15,4 мкм, λ6 поддерживают в диапазоне от 6,92 до 6,94 мкм и λ7 поддерживают в диапазоне от 6,908 до 6,912 мкм, при этом для первой категории природного газа, для которой доля метана равна или превышает 95%, и для второй категории природного газа, для которой доля метана меньше 95%, и выполняется соотношение ne+npr>nb+npent, где ne, npr, nb, npent - концентрации этана, пропана, бутана и пентана в анализируемом газе соответственно, проводится окончательное измерение интенсивностей излучения на восьми длинах волн, где λ17 указаны выше, а длину волны λ8 поддерживают в диапазоне от 10,518 до 10,522 мкм для первой категории природного газа и в диапазоне от 13,66 до 13,76 мкм для второй категории природного газа, а для третьей категории природного газа, для которой доля метана меньше 95%, и выполняется соотношение ne+npr>nb+npent, проводится окончательное измерение интенсивностей излучения на девяти длинах волн, где λ17 указаны выше, длину волны λ8 поддерживают в диапазоне от 13,66 до 13,76 мкм, а длину волны λ9 поддерживают в диапазоне от 10,508 до 10,512 мкм, при этом на первом этапе измерений часть светового потока от источника света направляют в измерители для контроля значений интенсивностей на входе в измерительную ячейку, одновременно измеряют интенсивности излучения J01*, …, J07* перед вводом его в вакуумированную измерительную ячейку и интенсивности излучения J01*, …, J07*, прошедшего через вакуумированную измерительную ячейку, на указанных выше длинах волн λ17, и вводят значения этих интенсивностей в вычислительный комплекс, затем начинают прокачку через измерительную ячейку природного газа и измеряют интенсивности излучения J01, …, J07 перед вводом его в измерительную ячейку и интенсивности излучения J1, …, J7, прошедшего через измерительную ячейку с природным газом на указанных выше семи длинах волн λ17, направляют сигналы, соответствующие значениям интенсивностей J01, …, J07, J1, …, J7 в вычислительный комплекс, и рассчитывают концентрации компонентов природного газа по формуле
Figure 00000007

где N - количество длин волн, на которых проводятся измерения,
nm, ne, npr, nb, npent, nco2 - концентрации метана, этана, пропана, бутана, пентана и углекислого газа в анализируемом природном газе соответственно,
L - длина измерительной ячейки,
σmi), σei), σpri), σbi), σpenti), σco2i) (i=1…N) - сечения поглощения метана, этана, пропана, бутана, пентана и углекислого газа соответственно на длинах волн λ1, …, λN,
ki (i=1…N) - коэффициенты, равные отношению интенсивностей Ji*/J01*, где Ji* - интенсивности излучения на соответствующих длинах волн λi, прошедшего через вакуумированную измерительную ячейку, a J0i* - интенсивности излучения на соответствующих длинах волн λi перед вводом его в вакуумированную измерительную ячейку,
J0i (i=1…N) - интенсивности излучения на соответствующих длинах волн λi перед вводом их в измерительную ячейку с природным газом,
Ji (i=1…N) - интенсивности излучения на соответствующих длинах волн λi, прошедшего через измерительную ячейку с природным газом,
затем для первой и второй категорий природного газа проводится дополнительное измерение интенсивностей излучения J01*, …, J08* и J1*, …, J8* до и после ввода излучения в вакуумированную измерительную ячейку соответственно на указанных выше восьми длинах волн λ18, а для третьей категории природного газа проводится дополнительное измерение интенсивностей излучения J0i*, …, J09* и J1*, …, J9* до и после ввода излучения в вакуумированную измерительную ячейку соответственно на указанных выше девяти длинах волн λ19, далее эти интенсивности вводятся в вычислительный комплекс, после чего начинают прокачку через измерительную ячейку природного газа и измеряют интенсивности излучения J01, …, J0N перед вводом его в измерительную ячейку и интенсивности излучения J1, …, JN, прошедшего через измерительную ячейку с природным газом, где N=8 для первой и второй категорий природного газа, N=9 для третьей категории природного газа, на указанных выше длинах волн λ18 для первой и второй категорий природного газа или λ19 для третьей категории природного газа направляют сигналы, соответствующие значениям интенсивностей J01, …, J0N, J1, …, JN в вычислительный комплекс, и рассчитывают окончательные концентрации компонентов природного газа по формуле (1).
A method for determining the component composition of natural gas in real time, which consists in measuring the absorption of radiation by the analyzed gas, characterized in that the preliminary measurement of the absorption of radiation is carried out at seven wavelengths, while the wavelength λ 1 support in the range from 7.6 to 7.8 μm, λ 2 support in the range from 6.898 to 6.902 μm, λ 3 support in the range from 6.87 to 6.89 μm, λ 4 support in the range from 12.1 to 12.3 μm, λ 5 support in the range from 15 , 2 to 15.4 μm, λ 6 support in the range from 6.92 to 6.94 μm and λ 7 support in the range from 6.908 to 6.912 μm, while for the first category of natural gas for which the methane fraction is equal to or greater than 95%, and for the second category of natural gas for which the methane fraction is less than 95%, the ratio n e + n pr > n b + n pent , where n e , n pr , n b , n pent are the concentrations of ethane, propane, butane and pentane in the analyzed gas, respectively, the final measurement of radiation intensities at eight wavelengths is carried out, where λ 17 are indicated above, and the wavelength λ 8 support in the range from 10.518 to 10.522 μm for the first category at native gas and in the range from 13.66 to 13.76 μm for the second category of natural gas, and for the third category of natural gas, for which the methane fraction is less than 95%, and the ratio n e + n pr > n b + n pent the final measurement of the radiation intensities at nine wavelengths is carried out, where λ 17 are indicated above, the wavelength λ 8 is maintained in the range from 13.66 to 13.76 μm, and the wavelength λ 9 is maintained in the range from 10.508 to 10.512 μm, at the same time, at the first stage of measurements, part of the light flux from the light source is sent to meters to control the values Intensity at the entrance to the measuring cell, both measured radiation intensity J 01 *, ..., J 07 * before putting it into an evacuated measuring cell and the radiation intensity J 01 *, ..., J 07 * passed through an evacuated measuring cell, at wavelengths above waves λ 17 , and enter the values of these intensities in the computer complex, then start pumping through the measuring cell of natural gas and measure the radiation intensity J 01 , ..., J 07 before entering it into the measuring cell and radiation intensity J 1 , ..., J 7 , passed through a measuring cell with natural gas at the above seven wavelengths λ 17 , send signals corresponding to the intensities J 01 , ..., J 07 , J 1 , ..., J 7 to the computer complex , and calculate the concentration of natural gas components according to the formula
Figure 00000007

where N is the number of wavelengths at which measurements are made,
n m , n e , n pr , n b , n pent , n co2 are the concentrations of methane, ethane, propane, butane, pentane and carbon dioxide in the analyzed natural gas, respectively,
L is the length of the measuring cell,
σ mi ), σ ei ), σ pri ), σ bi ), σ penti ), σ co2i ) (i = 1 ... N) - sections absorption of methane, ethane, propane, butane, pentane and carbon dioxide, respectively, at wavelengths λ 1 , ..., λ N ,
k i (i = 1 ... N) are the coefficients equal to the ratio of the intensities J i * / J 01 * , where J i * are the intensities of radiation at the corresponding wavelengths λ i passing through the evacuated measuring cell, and J 0i * are the intensities of radiation at the appropriate wavelengths λ i before entering it into the evacuated measuring cell,
J 0i (i = 1 ... N) - radiation intensity at the corresponding wavelengths λ i before entering them into the measuring cell with natural gas,
J i (i = 1 ... N) - radiation intensity at the corresponding wavelengths λ i passed through the measuring cell with natural gas,
then, for the first and second categories of natural gas, an additional measurement of radiation intensities J 01 * , ..., J 08 * and J 1 * , ..., J 8 * is carried out before and after the radiation is introduced into the evacuated measuring cell, respectively, at the above eight wavelengths λ 18 , and for the third category of natural gas, an additional measurement of radiation intensities J 0i * , ..., J 09 * and J 1 * , ..., J 9 * is carried out before and after the radiation is introduced into the evacuated measuring cell, respectively, at the nine wavelengths indicated above λ 19 , then these intensities are introduced into the computer complex, after which pumping of natural gas through the measuring cell is started and radiation intensities J 01 , ..., J 0N are measured before it is introduced into the measuring cell and radiation intensities J 1 , ..., J N passed through the measuring cell with natural gas, where N = 8 for the first and second categories of natural gas, N = 9 for the third category of natural gas, at the above wavelengths λ 18 for the first and second categories of natural gas or λ 19 for the third category of natural gas signals, respectively which compute the intensities J 01 , ..., J 0N , J 1 , ..., J N into the computer system, and calculate the final concentrations of natural gas components according to formula (1).
RU2010130047/28A 2010-07-19 2010-07-19 Method of determining component composition of natural gas in real time RU2441219C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010130047/28A RU2441219C1 (en) 2010-07-19 2010-07-19 Method of determining component composition of natural gas in real time

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010130047/28A RU2441219C1 (en) 2010-07-19 2010-07-19 Method of determining component composition of natural gas in real time

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2441219C1 true RU2441219C1 (en) 2012-01-27

Family

ID=45786545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010130047/28A RU2441219C1 (en) 2010-07-19 2010-07-19 Method of determining component composition of natural gas in real time

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2441219C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2499250C1 (en) * 2012-05-23 2013-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) Method to analyse multi-component gas media
RU2544264C1 (en) * 2013-09-19 2015-03-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) Method of gas analysis of natural gas
RU2550378C1 (en) * 2014-01-30 2015-05-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of high sensitive real time monitoring of long-life global radionuclide 14c in the gas phase of technological processing of spent nuclear fuel
RU2568938C1 (en) * 2014-08-07 2015-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт информатики и проблем регионального управления Кабардино-Балкарского научного центра РАН Molecular gases detection and identification device
US9638630B2 (en) 2013-11-21 2017-05-02 TOTAL Gas Detection Ltd. Methods and devices for analyzing gases in well-related fluids using fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy
RU2688886C1 (en) * 2018-06-05 2019-05-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук Method for gas analysis of natural gas

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2499250C1 (en) * 2012-05-23 2013-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) Method to analyse multi-component gas media
RU2544264C1 (en) * 2013-09-19 2015-03-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) Method of gas analysis of natural gas
US9638630B2 (en) 2013-11-21 2017-05-02 TOTAL Gas Detection Ltd. Methods and devices for analyzing gases in well-related fluids using fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy
RU2550378C1 (en) * 2014-01-30 2015-05-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of high sensitive real time monitoring of long-life global radionuclide 14c in the gas phase of technological processing of spent nuclear fuel
RU2568938C1 (en) * 2014-08-07 2015-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт информатики и проблем регионального управления Кабардино-Балкарского научного центра РАН Molecular gases detection and identification device
RU2688886C1 (en) * 2018-06-05 2019-05-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук Method for gas analysis of natural gas

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2441219C1 (en) Method of determining component composition of natural gas in real time
US9000375B2 (en) Method and system for determining energy content and detecting contaminants in a fluid stream
CN109983338B (en) Measurement of Hydrocarbon Fuel gas composition and Properties
Bakar et al. A new method to detect dissolved gases in transformer oil using NIR-IR spectroscopy
CN104364635B (en) The collision broadening verified using real-time or near real-time in spectroanalysis instrument is compensated
ES2623396T3 (en) Analysis procedure of a feed load containing hydrocarbons
Kelly et al. Prediction of gasoline octane numbers from near-infrared spectral features in the range 660-1215 nm
Buldakov et al. Analyzing natural gas by spontaneous Raman scattering spectroscopy
Buldakov et al. Raman gas analyzer for determining the composition of natural gas
Han et al. On-line multi-component analysis of gases for mud logging industry using data driven Raman spectroscopy
ZA200702715B (en) Method of assaying a hydrocarbon-containing feedstock
Badra et al. Reaction rate constants of H-abstraction by OH from large ketones: measurements and site-specific rate rules
Petrov et al. Evaluation of the metrological characteristics of Raman analyzer of natural gas
US9678002B2 (en) Method and system for NIR spectroscopy of mixtures to evaluate composition of components of the mixtures
Prakash et al. Near-infrared incoherent broadband cavity enhanced absorption spectroscopy (NIR-IBBCEAS) for detection and quantification of natural gas components
JP3817517B2 (en) Non-dispersive infrared gas measurement method using optical filter
Kireev et al. Optical absorption method for the real-time component analysis of natural gas: Part 1. Analysis of mixtures enriched with ethane and propane
RU2386951C2 (en) Definition method of content of following oil in production of gas-condensate well
RU2688886C1 (en) Method for gas analysis of natural gas
Bahr et al. PAS-based analysis of natural gas samples
Grishkanich et al. SRS-sensor 13C/12C isotops measurements for detecting Helicobacter Pylori
Pliutau et al. Simulation studies for comparative evaluation of alternative spectral regions for the sensing of CO2 and O2 suitable for the ASCENDS Mission
Roscioli et al. Methane, Ethane, and Propane Sensor for Real-time Leak Detection and Diagnostics
CN112129729A (en) Method for rapidly analyzing content of hydrocarbons and dimethyl ether in liquefied petroleum gas
Shen et al. Detection of natural gas H2O content based on Raman spectroscopy

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180720