Специздание 2023

Научная статья

УДК 543.42:553.981
(UDK 543.42:553.981)

Для получения доступа к статьям

Авторизуйтесь

ПРИБОРОСТРОЕНИЕ

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КОРРЕЛЯЦИОННОГО АНАЛИЗА ПРИ ВЫБОРЕ ОБЛАСТЕЙ СПЕКТРОВ СРЕДНЕГО ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ПРИРОДНОГО ГАЗА

(APPLICATION OF CORRELATION ANALYSIS FOR SELECTION OF MIDDLE INFRARED BAND SPECTRUM RANGES TO DETERMINE NATURAL GAS BLEND COMPOSITION)

В работе рассмотрены возможности применения оптических методов определения компонентного состава природного газа. Приведены инфракрасные спектры поглощения в средней инфракрасной области в диапазоне 1,5–13,0 мкм с шагом 0,1 см–1. Спектры сечения поглощений получены расчетным путем с применением базы данных молекулярной спектроскопии HITRAN. На основе метода кросс-корреляций выделены участки инфракрасных спектров, наиболее информативные для определения концентрации компонентов природного газа, где наблюдается минимальное взаимное влияние между линиями других компонентов, входящих в состав анализируемого природного газа. Предложены алгоритмы восстановления концентрации основных компонентов природного газа (метан, этан, пропан, бутан, пары воды) на основе закона Бугера – Ламберта – Бера и метода псевдообратных матриц. Приведены оценки относительной ошибки восстановления концентраций и значений их средних квадратических отклонений. Представлена методика компенсации влияния ближайших примесей на расчетные значения концентраций.

The paper contemplates applicability of optical methods for determination of the natural gas blend composition. It presents infrared absorption spectra in the middle infrared region within 1.5–13.0 μm range at 0.1 cm-1 spectral resolution. The absorption cross-section spectra were obtained by calculation using the HITRAN molecular absorption database. Based on the crosscorrelation method, the infrared spectra ranges were identified that are the most informative for determining concentration of certain natural gas components where there is minimal mutual influence between the lines of other components making part of the analysed natural gas. Algorithms for determination of the main natural gas components (such as methane, ethane, propane, butane, water vapour) concentration are proposed based on the Beer – Lambert law and the method of pseudo-inverse matrices. The paper includes estimations of the relative error in concentrations determination and their standard deviation values. It also presents the procedure for compensation of the immediate impurities influence on the calculated concentration values.

АНАЛИЗ, КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ, ПРИРОДНЫЙ ГАЗ, СПЕКТРОСКОПИЯ, ИНФРАКРАСНЫЙ СПЕКТР, СЕЛЕКТИВНОСТЬ, КОНЦЕНТРАЦИЯ

ANALYSIS, BLEND COMPOSITION, NATURAL GAS, SPECTROSCOPY, INFRARED SPECTRUM, SELECTIVITY, CONCENTRATION

А.В. Кротов, к.т.н., ПАО «Газпром автоматизация» (Москва, Россия), A.Krotov@gazprom-auto.ru

Д.В. Канев, ПАО «Газпром автоматизация», D.Kanev@gazprom-auto.ru

П.В. Платонов, ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (Москва, Россия), pavelplatonov@bmstu.ru

И.Б. Винтайкин, ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)», vintaikin_ivan@mail.ru

И.Л. Фуфурин, к.ф.-м.н., доц., ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)», igfil@mail.ru

A.V. Krotov, PhD in Engineering, PJSC “Gazprom avtomatizatsiya” (Moscow, Russia), A.Krotov@gazprom-auto.ru

D.V. Kanev, PJSC “Gazprom avtomatizatsiya”, D.Kanev@gazprom-auto.ru

P.V. Platonov, Bauman Moscow State Technical University (Moscow, Russia), pavelplatonov@bmstu.ru

I.B. Vintaykin, Bauman Moscow State Technical University, vintaikin_ivan@mail.ru

I.L. Fufurin, PhD in Physics and Mathematics, Associate Professor, Bauman Moscow State Technical University, igfil@mail.ru

ГОСТ 30319.3–2015. Газ природный. Методы расчета физических свойств. Вычисление физических свойств на основе данных о компонентном составе // Кодекс: электрон. фонд правовых и норматив.-техн. док. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200127443 (дата обращения: 25.11.2023).

ГОСТ 31369–2021. Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава // Кодекс: электрон. фонд правовых и норматив.-техн. док. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200181106 (дата обращения: 25.11.2023).

Буцких С.А., Прокопов С.В., Карташев А.В. Опыт реализации методики определения компонентного состава природного газа переменного состава с применением промышленного хроматографа // Газовая промышленность. 2019. № S2 (786). С. 92–99.

ГОСТ 31371.7–2020. Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 7. Методика измерений молярной доли компонентов // Кодекс: электрон. фонд правовых и норматив.-техн. док. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200177533 (дата обращения: 25.11.2023).

Морозов А.Н., Светличный С.И. Основы Фурье-спектрорадиометрии. 2-е изд., испр. и доп. М.: Наука, 2014. 456 с.

Купцов А.Х., Жижин Г.Н. Фурье-КР и Фурье-ИК спектры полимеров. М.: Физматлит, 2001. 657 с.

HITRANonline: сайт. URL: https://hitran.org/ (дата обращения: 25.11.2023).

NIST chemistry webbook – SRD 69 // NIST: общественное хранилище данных. URL: https://webbook.nist.gov/chemistry/ (дата обращения: 25.11.2023).

Морозов А.Н., Кочиков И.В., Новгородская А.В. и др. Статистическая оценка вероятности правильного обнаружения веществ в ИК Фурье-спектрометрии // Компьютерная оптика. 2015. Т. 39, № 4. С. 614–621. DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-4-614-621.

Голяк И.С., Карева Е.Р., Фуфурин И.Л. и др. Численные методы анализа многокомпонентных газовых смесей с помощью инфракрасной лазерной спектроскопии // Компьютерная оптика. 2022. Т. 46, № 4. С. 650–658. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1058.

Gas analyzer // RMA pipeline equipment: сайт. URL: https://www.rma-armaturen.de/en/products/measuring-and-control-technology/gasanalyzers/ (дата обращения: 25.11.2023).

Euro-Asian Council for Standardization, Metrology and Certification (EASC). GOST 30319.3–2015 (state standard). Natural gas. Methods of calculation of physical properties. Calculation of physical properties on base information on component composition. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200127443 [Accessed: 25 November 2023]. (In Russian)

EASC. GOST 31369–2021. Natural gas. Calculation of calorific values, mass volume, relative density and Wobbe indices from the composition. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200181106 [Accessed: 25 November 2023]. (In Russian)

Butskikh SA, Prokopov SV, Kartashev AV. Methodology for identifying the composition of natural gas with variable content using the process chromatograph. Gas Industry [Gazovaya promyshlennost’]. 2019; 786(S2): 92–99. (In Russian)

EASC. GOST 31371.7–2020. Natural gas. Determination of composition with defined uncertainty by gas chromatography method. Part 7. Measurement procedure of the mole fraction of components. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200177533 [Accessed: 25 November 2023]. (In Russian)

Morozov AN, Svetlichnyy SI. Fundamentals of Fourier Spectroradiometry. 2nd ed. Moscow: Science [Nauka]; 2014. (In Russian)

Kuptsov AKh, Zhizhin GN. Fourier Transform Raman and Infrared Spectra of Polymers. Moscow: Fizmatlit; 2001. (In Russian)

HITRANonline. Home page. Available from: https://hitran.org/ [Accessed: 25 November 2023].

NIST. NIST chemistry webbook – SRD 69. Available from: https://webbook.nist.gov/chemistry/ [Accessed: 25 November 2023].

Morozov AN, Kochikov IV, Novgorodskaya AV, Sologub AA, Fufurin IL. Statistical estimation of the probability of the correct substance detection in FTIR spectroscory. Computer Optics [Komp’yuternaya optika]. 2015; 39(4): 614–21. https://doi.org/10.18287/0134-2452-2015-39-4-614-621. (In Russian)

Golyak IS, Kareva ER, Fufurin IL, Anfimov DR, Scherbakova AV, Nebritova AO. Numerical methods of spectral analysis of multicomponent gas mixtures and human exhaled breath. Computer Optics. 2022; 46(4): 650–658. https://doi.org/10.18287/2412-6179-CO-1058.

RMA pipeline equipment. Gas analyzer. Available from: https://www.rma-armaturen.de/en/products/measuring-and-control-technology/gasanalyzers/ [Accessed: 25 November 2023].
NEFTEGAS.info

Внимание к деталям — от идеи
до воплощения! Только актуальная информация и свежие новости.

Контакты

108811, г. Москва, Киевское ш.,
Бизнес-парк «Румянцево», корп. Б,
подъезд 5, офис 506 Б

+7 (495) 240-54-57