氮?dú)庵幸胰矘?biāo)準(zhǔn)氣體的研制①

董國志

(大慶雪龍石化技術(shù)開發(fā)有限公司,黑龍江大慶 163714)

氮?dú)庵幸胰矘?biāo)準(zhǔn)氣體的研制①

董國志

(大慶雪龍石化技術(shù)開發(fā)有限公司,黑龍江大慶 163714)

敘述了用于儀器、儀表校正和產(chǎn)品質(zhì)量檢測使用的氮?dú)庵幸胰矚怏w標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備,以氣相色譜法對(duì)其各項(xiàng)性能進(jìn)行考核,確保其數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

氮?dú)庵幸胰矘?biāo)準(zhǔn)氣體;配制

石油化工生產(chǎn)需要各種標(biāo)準(zhǔn)混合氣體,用于儀器、儀表校正和產(chǎn)品質(zhì)量檢測。為適應(yīng)生產(chǎn)需要,本期研制了氮中乙炔標(biāo)準(zhǔn)氣體。

1 標(biāo)準(zhǔn)氣體的研制

1.1 配制原理

參照GB 5674—85采用質(zhì)量法配制。欲配制組分濃度低于10-3mol的混合氣,則采用二次稀釋法或三次稀釋法配制。

1.2 計(jì)算公式

式中,ni為組分i的摩爾數(shù),質(zhì)量為mi,摩爾質(zhì)量為Mi;nj為組分j的摩爾數(shù),質(zhì)量為mj,摩爾質(zhì)量為Mj;即:

二次稀釋法為取質(zhì)量為μ1的混合氣,用質(zhì)量為μd1,摩爾質(zhì)量為Md的氣體稀釋。計(jì)算公式為:

式中,N2i為在質(zhì)量為μ1的混合氣中,組分i的摩爾數(shù);N1為充入質(zhì)量為μd1的稀釋氣的摩爾數(shù);N2t為在質(zhì)量為μ1的混合氣中,組分i、j的摩爾數(shù)之和;Ns2即所得混合氣的總摩爾數(shù)。

1.3 氣瓶及氣瓶處理方法選擇

選擇8 L鋁合金氣瓶。檢驗(yàn)合格后,加熱抽真空,高純氮置換,雜質(zhì)檢測合格后投入使用。

2 混合氣體分析方法的開發(fā)

標(biāo)準(zhǔn)混合氣的分析參考標(biāo)準(zhǔn):SH/T 0230—1992《液化石油氣組成測定法(色譜法)》。

2.1 分析條件

較低含量標(biāo)氣分析由島津GC-9A氣相色譜儀(檢測器:FI D)完成。

較高含量標(biāo)氣分析由安捷倫-6890氣相色譜儀(檢測器:TCD)完成。

2.2 色譜分析的定量方法

色譜分析所用的外標(biāo)氣是國家二級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)混合氣,比較法定量,計(jì)算公式:

式中,Ai為樣氣峰面積;Ab為標(biāo)氣峰面積;Ci為樣氣濃度值(mol/mol);Cb為標(biāo)氣濃度值(mol/ mol)。

2.3 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算公式如下:

分析方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算公式:式中,Si為待測氣體樣品的標(biāo)準(zhǔn)偏差;Sb/Cb為二級(jí)標(biāo)氣的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sb/Cb=Ub/K=Ub/2,式中Ub為廠家提供的標(biāo)氣不確定度,K為由置信概率和自由度決定的包含因子,一般取K=2);Sba為標(biāo)氣測量峰面積的標(biāo)準(zhǔn)偏差;Sia為待測氣體樣品測量峰面積的標(biāo)準(zhǔn)偏差;為樣氣色譜峰面積;為標(biāo)氣色譜峰面積。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來，高校校務(wù)服務(wù)信息化水平日益提高。面向師生提供多渠道、無差別、全業(yè)務(wù)和全過程的便捷校務(wù)服務(wù)成為各高校信息化建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容和主要目標(biāo)［1-2］，哈爾濱工程大學(xué)以開放式流程平臺(tái)為基礎(chǔ)，逐步建設(shè)并整合各類服務(wù)事項(xiàng)，優(yōu)化服務(wù)流程，構(gòu)建了面向師生的網(wǎng)上辦事中心服務(wù)平臺(tái)，為師生提供良好的“一站式”服務(wù)體驗(yàn)。

2.4 相對(duì)不確定度的計(jì)算

將相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差乘以包含因子K(一般取K= 2,對(duì)應(yīng)置信概率95%)即可得到待測氣體的相對(duì)不確定度,公式如下:

式中,U為待測氣體的相對(duì)不確定度;K為由置信概率和自由度決定的包含因子。

3 混合氣體性能實(shí)驗(yàn)

3.1 均勻性試驗(yàn)

混合氣體配制之后,經(jīng)機(jī)械法滾勻,比較法連續(xù)檢測混合氣中待測組分含量。氣體因混合不均勻引起組分含量變化率均小于測量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。

3.2 穩(wěn)定性試驗(yàn)

按比較法每隔一段時(shí)間對(duì)貯存的混合氣體中待測組分含量的穩(wěn)定性進(jìn)行比較檢測。檢測及評(píng)定結(jié)果如表1所列,在一年的測試考核中,組分含量變化率小于分析方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。

表1 氮中乙炔混合氣穩(wěn)定性分析結(jié)果Table 1 Stability analysis for reference gas of acetylene in nitrogen

3.3 壓力穩(wěn)定性試驗(yàn)

由于氣體在鋼瓶壁上有吸附和脫附等特性,氣體中各組分含量會(huì)隨著鋼瓶內(nèi)的壓力變化而變化,尤其是對(duì)低濃度混合氣體的影響更為明顯。為了驗(yàn)證混合氣組分含量值不受壓力變化的影響,我們選擇了混合氣中含量最低限做了壓力穩(wěn)定性試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表2所列。

表2 氮中乙炔混合氣壓力穩(wěn)定性試驗(yàn)分析結(jié)果Table 2 Pressure stability analysis for reference gas of acetylene in nitrogen

由試驗(yàn)結(jié)果可見:該混合氣體在壓力降至0.5 MPa時(shí),組分含量變化在定值不確定度范圍內(nèi),為此確定此標(biāo)氣的最終使用壓力下限為0.5 MPa。

4 不確定度的考察

從氣體配制到分析的全過程逐項(xiàng)進(jìn)行考察,總結(jié)出影響標(biāo)氣準(zhǔn)確度的因素主要有以下幾點(diǎn),根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)處理:

4.1 不確定度的合成

4.1.1 配制濃度值的相對(duì)不確定度

一次稀釋的濃度計(jì)算:

二次稀釋的濃度計(jì)算:

4.1.2 簡化誤差計(jì)算公式

由以上二式可得出濃度值的相對(duì)不確定度簡化計(jì)算式:

4.1.3 原料氣純度Ci對(duì)配制的影響

當(dāng)原料氣純度較低,其中雜質(zhì)氣體可視為稀釋氣時(shí),配制二元組分的混合氣濃度和誤差計(jì)算式如下文所示。

4.1.4 一次稀釋法

濃度值的相對(duì)不確定度計(jì)算式:

4.1.5 二次稀釋法

濃度值的相對(duì)不確定度計(jì)算式:

5 結(jié)果與討論

本期研制的氮?dú)庵幸胰矚怏w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度范圍為(mol/mol):50×10-6～10×10-2,定值不確定度由稱量環(huán)節(jié)中各項(xiàng)因素及原料氣體純度的不確定度進(jìn)行合成,其大小為3.0%。該氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)包裝于4～8 L鋁合金氣瓶中,充填壓力10 MPa,使用壓力下限為1 MPa;穩(wěn)定期為12個(gè)月。

[1]全浩,韓永志.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及其應(yīng)用技術(shù)[M].2版.北京:中國計(jì)量出版社,2003.

[2]GB 5274—85,氣體分析校準(zhǔn)用混合氣體的配制稱量法[S].

[3]JJF 1059—1999,測量不確定度評(píng)定與表示[S].

Preparation of Reference Gas of Acetylene in Nitrogen

DONG Guozhi
(Daqing Xue Long petrochemical industry technology development Co.,Ltd,Daqing 163714,China)

This paper reviews the method of preparing reference gas of acetylene in N2,which used in the caliabration of instruments or control,gas chromatographywas applied to analyze of the stability and homogeneity,to make sure the reliability of these gases.

reference gas of acetylene in nitrogen;preparation

TQ117

:B

:1007-7804(2010)04-0026-04

10.3969/j.issn.1007-7804.2010.04.008

董國志,男,1989年畢業(yè)于北京化纖工學(xué)院,現(xiàn)任大慶雪龍石化技術(shù)開發(fā)有限公司副經(jīng)理,研究方向:化工工藝與工程;標(biāo)準(zhǔn)氣體的配制;產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控及分析方法的開發(fā)。

2010-07-15