ICS 75.060 CCS E 24
中华人民共和国石油天然气行业标准
SY/T 7853—2025
天然气 发热量、相对密度和 二氧化碳含量的测定 激光法
Natural gas—Determination of calorific value,relative density and CO₂concentration—Laser-based method
2025—09-28发布 2026—03-28实施
国家能源局 发布
SY/T 7853—2025
目 次
SY/T 7853—2025
前 言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规 定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由全国天然气标准化技术委员会(SAC/TC 244)提出并归口。
本文件起草单位：中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司天然气研究院、中国石油天然 气股份有限公司规划总院、中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司、中国石油集团安全环保 技术研究院有限公司、国家管网集团联合管道有限责任公司西气东输分公司、中国石油天然气股份有 限公司西南油气田分公司输气管理处、武汉米字能源科技有限公司、中国石油天然气股份有限公司塔 里木油田分公司。
本文件主要起草人：张镨、周理、王伟杰、刘长跃、陈学锋、林青瑾、邹小龙、曾文平、罗勤、 何敏、倪锐、宋磊、吴岩、宋超凡、张泽、蔡黎、刘译文、丁思家、周盛、甘霖、陈子昱、王建帅、 胡雪蛟、曾昌民、图孟格勒。
SY/T 7853—2025
引 言
为了实现更加科学、公平、公正的天然气贸易计量，20世纪80年代开始，北美和欧洲的天然气 贸易计量经历了从体积计量到能量计量的转变，现在天然气能量计量已经是全世界天然气贸易计量的 主要方式。2022年3月，《中共中央国务院关于加快建设全国统一大市场的意见》指出“稳妥推进 天然气市场化改革，加快建立统一的天然气能量计量计价体系”,旨在推动我国天然气计量方式从体 积计量到能量计量的转变。
天然气能量计量主要涉及流量和发热量两个关键计量参数。目前，现场测量天然气流量，结合在 线气相色谱分析天然气详细组成，并依据组成数据同时计算压缩因子(流量转换的关键参数)和体积发 热量，是实现天然气能量计量的主流方式。随着天然气能量计量实施工作的推进，业内出现了采用物 性关联技术(包括声光关联法和激光法)在线测试天然气发热量的仪器设备，可同时测试体积发热量、 相对密度和CO₂浓度，与在线气相色谱相比，具有分析速度快、运行成本低、维护保养周期长等优 势，结合GB/T 17747.3《天然气压缩因子的计算第3部分：用物性值进行计算》,也可以不同方式 实现能量计量。因而制定本文件，为天然气能量计量提供一种有益的补充方式。
ⅢI
SY/T 7853—2025
天然气发热量、相对密度和二氧化碳含量的测定 激光法
注意：本文件不涉及与其应用有关的所有安全问题。在使用本文件前，使用者有责任制订相应的 安全和保护措施，并明确其限定的适用范围。
1 范围
本文件描述了采用激光法测定天然气发热量、相对密度和二氧化碳(CO₂)含量的原理、试剂与材 料、仪器设备、取样、试验步骤、试验结果的处理、精密度及试验报告。
本文件适用于天然气高位发热量、相对密度和CO₂含量的在线测定，测定范围分别为(30.00~ 45.00)MJ/m³(20℃,101.325 kPa) 、0.500～0.850和(0～5)%(摩尔分数),本文件描述的方法对天 然气中氢气、氦气组分不敏感，当测定天然气中氢气、氦气含量体积分数之和大于0.1%时，发热量、 相对密度测定结果与实际值可能有较大偏差。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用 于本文件。
GB/T 13609 天然气取样导则
GB/T 20604 天然气词汇
GB/T 25476 可调谐激光气体分析仪
JJF 2258 关联法天然气发热量测定仪校准规范
3 术语和定义
GB/T 20604界定的术语和定义适用于本文件。
4 方法原理
4.1 发热量的测定
半导体激光器发射出经过调谐的不同波长(1000 nm～4000 nm)激光束交替穿过被测气体，由接 收单元的光电传感器进行检测。特定波长的激光能量因被测气体中特定烷烃碳氢键吸收而发生衰减， 接收单元检测的吸光度与被测气体中特定烷烃含量符合朗伯一比尔定律。测量得到的吸光度是所有 待测烷烃吸光度的线性叠加，与天然气发热量呈线性关系。
4.2 相对密度的测定
特定波长的激光照射在气体上，气体产生热膨胀并形成特定频率(20 kHz～20000 kHz)的声波。 按一定频率调制激光能量，被测气体产生不同频率的声波，测量得到的声波速度与气体密度相关
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[见公式(1)],根据相关关系得到相对密度。
式中：
p——天然气密度;
K——等熵指数;
p——压 力 ;
c——声速。
………………………………………
(1)
4.3 CO₂ 含量的测定
半导体激光器调谐后，发射出特定波长(1500 nm～5000 nm)的激光穿过含CO₂的被测气体，由 接收单元的光电传感器进行检测。激光束能量因被测气体中二氧化碳分子的吸收而衰减，接收单元检 测的吸光度与被测气体中CO₂ 含量符合朗伯一比尔定律。
5 试剂与材料
5.1 甲烷：纯度应不低于99.99%(体积分数)。
5.2 标准物质：宜选用与被测气体发热量、相对密度和CO₂含量尽可能接近的气体标准物质。
5.3 取样管线、阀门：取样管线、阀门及连接件宜选用不锈钢材质。
6 仪器设备
6.1 一般要求
仪器应满足GB/T 25476对可调谐激光气体分析仪的要求;当仪器用于贸易计量时，还应满足JJF 2258的要求。
6.2 仪器构成
仪器主要由取样单元和分析单元构成。取样单元包括过滤器、压力控制器和流量计;分析单元包 括相对密度和CO₂含量测试单元、发热量测试单元、数据显示单元及数据处理存储单元。
6.3 取样单元
6.3.1 过滤器：过滤孔径宜不大于1μm, 进入分析仪的样品应不含液体和颗粒物。
6.3.2 压力控制器：量程0MPa～2.5 MPa, 准确度等级不宜低于2.5级。
6.3.3 流量计：量程0L/min～10L/min, 准确度等级不宜低于1.0级。
6.4 分析单元
6.4.1 发热量、相对密度和CO₂ 测试单元宜做绝热保温处理，温度范围宜为(20～50)℃,温度波动 不宜超过±0.2℃。
6.4.2 数据处理存储单元：仪器应能自动采集测量信号，并通过数据计算处理得到被测气体发热量、 相对密度和CO₂含量，可存储不少于半年的测试数据。
6.4.3 数据显示单元：仪器应直接实时显示待测样品发热量、相对密度和CO₂含量测定结果，结果
数据保留位数宜按第9章的要求。
7 取样
7.1 采用取样管线将仪器连接到取样口进行连续取样，按GB/T 13609的要求充分吹扫、清洁。
7.2 压力控制：压力宜控制在0.01 MPa～0.15 MPa(表压)。
7.3 流量控制：流量宜控制在0.5L/min～ 10 L/min。
8 试验步骤
8.1 试验准备
8.1.1 仪器首次开机前宜通电预热24h以上。
8.1.2 将标准物质(5.2)或天然气样品与仪器相连接，调节进样压力(7.2)及流量(7.3),吹扫进样管路 至少5 min。
8.2 仪器校准
8.2.1 采用纯甲烷气体(5.1)进行分析仪零点校准，连接管线，调节进样压力(7.2)及流量(7.3),对 仪器吹扫置换至少10min, 待仪器显示结果满足重复性(10.1)要求后，完成零点校准，宜每天进行 一次。
8.2.2 采用气体标准物质(5.2)进行仪器校准，连接管线，调节进样压力(7.2)及流量(7.3),对仪器吹 扫置换至少10 min, 待仪器显示结果满足重复性(10.1)要求后，完成标准物质校准，宜至少每两星期 进行一次。
8.3 试验
将待测样品与仪器进行连接，调节进样压力(7.2)及流量(7.3),吹扫进样管路及仪器至少 5 min后进行测定试验。
9 试验结果的处理
在测量状态，仪器显示的分析结果即为样品的发热量、相对密度和CO₂含量，待仪器显示结果 满足重复性(10.1)要求后，每隔30s 记录一次测量结果，记录连续三次满足重复性(10.1)要求的结 果，取平均值作为最终测量结果。高位发热量测试结果精确至0.01 MJ/m³, 相对密度测试结果精确至 0.0001, CO₂浓度测试结果精确至0.01%。
10 精密度
10.1 重复性
由同一操作人员使用同一仪器，对同一样品重复分析获得的结果，如果30s 内的两个连续测定 结果的差值超过了表1规定的数值，在95%的置信区间(包含因子k=2), 每个实验室的结果都视为可 疑。对超出本文件测定范围的天然气高位发热量、相对密度和 CO₂含量，其重复性要求本文件未做 规定。
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10.2 再现性
对同一样品，在再现条件下两个连续测定结果的差值如果超过了表1规定的数值，在95%的置 信区间(包含因子k=2), 每个实验室的结果都视为可疑。对超出本文件测定范围的天然气高位发热 量、相对密度和CO₂ 含量，其再现性要求本文件未做规定。
表1精密度要求
11 试验报告
试验报告可参考附录A, 应包括但不限于下列内容：
a) 样品信息，包括样品名称、样品编号、取样地点、取样日期;
b) 测定依据，包括本文件编号;
c) 测定方式，现场测定、实验室测定或在线测定;
d) 仪器信息，包括仪器名称、仪器型号及编号、仪器的检定或校准信息;
e) 测定结果;
f) 测定中观察到的任何异常现象的细节及说明;
g)分析人员及分析时间。
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附 录 A ( 资料性) 试验报告示例
试验报告示例见表A.1。
表A.1试验报告示例
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