申请/专利权人：中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院

申请日：2019-06-20

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN112114025B

主分类号：G01N27/62

分类号：G01N27/62;G01N1/34

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2021.01.08#实质审查的生效;2020.12.22#公开

摘要：本发明属于天然气检测技术领域，涉及一种天然气中4He丰度的测量系统及测量方法。该测量系统包括：进样装置1、气压测量装置2、氦气储存罐3、氦气富集纯化装置4、真空泵5、以及同位素质谱仪6；其中，所述进样装置1、所述氦气富集纯化装置4、以及所述同位素质谱仪6依次串联连通；所述气压测量装置2用于检测所述测量系统的气压；所述氦气储存罐3用于提供氦气；以及所述真空泵5用于对所述测量系统进行真空处理。本发明的天然气中4He丰度的测量系统能够利用同位素稀释法对天然气样品中4He进行定量检测，对天然气4He丰度的测量更加准确方便。

主权项：1.一种天然气中4He丰度的测量方法，其特征在于，所述方法利用的测量系统包括第一子测量系统（100）和第二子测量系统（200）；所述第一子测量系统（100）和第二子测量系统（200）包括进样装置（1）、气压测量装置（2）、氦气富集纯化装置（4）、真空泵（5）、以及同位素质谱仪（6）；第二子测量系统（200）还包括氦气储存罐（3）；所述气压测量装置（2）用于检测所述测量系统的气压；所述氦气储存罐（3）用于提供具有已知3He与4He比值的标准氦气；所述进样装置（1）包括第一进样装置（11）和第二进样装置（12）；所述气压测量装置（2）包括第一气压测量装置（21）和第二气压测量装置（22）；所述氦气富集纯化装置（4）包括第一氦气富集纯化装置（41）和第二氦气富集纯化装置（42）；所述第一进样装置（11）、所述第一气压测量装置（21）、所述第一氦气富集纯化装置（41）、以及同位素质谱仪（6）依次串联连通；所述第二进样装置（12）、所述第二气压测量装置（22）、所述氦气储存罐（3）、所述第二氦气富集纯化装置（42）、以及所述同位素质谱仪（6）依次串联连通；在所述氦气储存罐（3）与所述第二氦气富集纯化装置（42）之间的管线上设置有第十阀门（J）；所述真空泵（5）用于分别对所述第一子测量系统（100）和所述第二子测量系统（200）进行真空处理；所述第一氦气富集纯化装置（41）为低温吸附炭阱；所述第二氦气富集纯化装置（42）为锆铝净化炉；所述氦气富集纯化装置（4）还包括第三氦气富集纯化装置（43），所述第三氦气富集纯化装置（43）设置在所述第二氦气富集纯化装置（42）与所述同位素质谱仪（6）之间的管线上；所述第三氦气富集纯化装置（43）的进气口处设置有第十九阀门（N）；所述方法包括以下步骤：Ⅰ）通过所述真空泵（5）对所述第一子测量系统（100）进行真空处理；Ⅱ）从所述第一进样装置（11）向所述第一子测量系统（100）注入天然气样品，直至所述第一气压测量装置（21）检测到所述第一子测量系统（100）内的所述天然气样品的气压为第一预设压力，停止注入所述天然气样品；Ⅲ）通过所述第一氦气富集纯化装置（41）对所述天然气样品中氦气进行富集纯化；Ⅳ）利用所述同位素质谱仪（6）测量富集纯化后的所述天然气样品中3He与4He的比值；Ⅴ）通过所述真空泵（5）对所述第二子测量系统（200）进行真空处理；Ⅵ）从所述第二进样装置（12）向所述第二子测量系统（200）注入天然气样品，直至所述第二气压测量装置（22）检测到所述第二子测量系统（200）内的所述天然气样品的气压为第一预设压力，停止注入所述天然气样品；Ⅶ）将所述氦气储存罐（3）中的标准氦气注入所述第二子测量系统（200），直至所述第二气压测量装置（22）检测到所述第二子测量系统（200）内所述天然气样品与所述标准氦气的混合气体的气压为第二预设压力，停止注入所述标准氦气；Ⅷ）通过所述第二氦气富集纯化装置（42）和第三氦气富集纯化装置（43）对所述混合气体中氦气进行富集纯化；Ⅸ）利用所述同位素质谱仪（6）测量富集纯化后的所述混合气体中3He与4He的比值；Ⅹ）根据所述天然气样品中3He与4He的比值、所述标准氦气中3He与4He的比值、以及所述混合气体中3He与4He的比值，计算所述天然气样品中4He的物质的量，所述天然气样品中4He的物质的量的计算公式如下： ；公式中，n[4He]代表天然气样品中4He的物质的量，单位为mol；n[4He]标准为标准氦气中4He的物质的量，单位为mol；3He4He标准代表标准氦气中3He与4He的比值，无量纲；3He4He样品代表天然气样品中3He与4He的比值，无量纲；3He4He混合代表天然气样品与标准氦气的混合气体中3He与4He的比值，无量纲；步骤Ⅰ-Ⅳ的天然气样品中3He与4He的比值的测量和步骤Ⅴ-Ⅸ的混合气体中3He与4He的比值的测量同时独立进行；所述方法还包括：Ⅺ）根据理想气体状态方程，计算所述天然气样品中4He的体积，从而获得所述天然气样品中4He的体积浓度，所述理想气体状态方程为：PV=nRT其中，P代表在第一预设压力下的压强，单位为kPa；V代表天然气样品中4He的体积，单位为L；n代表天然气样品中4He的物质的量，单位为mol；R代表气体常数，无量纲；T代表温度，单位为K；所述天然气样品中4He的体积浓度为天然气样品中4He的体积与所述第一子测量系统的管线的体积的比值。

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