GB T 27894.2-2011 天然气.在一定不确定度下用气相色谱法测定组成.第2部分:测量系统的特性和数理统计.pdf
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1、ICS 75.060 E 24 道昌国家标准国不日11: -、中华人民G/T 27894.2-2011月SO6974-2: 200 1 天然气在一定不确定度下用气相色谱法测定组成第2部分:测量系统的特性和数理统计Natural gas-Determination of composition with defined uncertainty by gas chromatography-Part 2: Measuring-system characteristics and statistics for processing of data (ISO 6974-2: 2001 , IDT) 20
2、11-12-30发布2012-06-01实施数码防伪,/ 中华人民共和国国家质量监督检验检夜总局中国国家标准化管理委员会发布GB/T 27894.2-2011月SO6974-2: 200 1 目次前言.皿引言.N1 范围-2 规范性引用文件-3 术语和定义4 符号和下标.2 5 测试程序.3 附录A(资料性附录)临界值t. 附录B(资料性附录示例.12 附录c(资料性附录)相对响应因子(K)四参考文献.20 I G/T 27894.2-2011/ISO 6974-2:2001 .O.L. - 目。昌GB/T 27894(天然气在一定不确定度下用气相色谱法测定组成分为六个部分:一一第1部分z分析
3、导则;一一第2部分:测量系统特性和数理统计;一一第3部分z用两根填充柱测定氢、氮、氧、氮、二氧化碳和直至C8的短类;一一第4部分t实验室和在线测量系统中用两根色谱柱测定氮、二氧化碳、C1至Cs以及cf的短类;一第5部分:实验室和在线工艺系统中用三根色谱柱测定氮、二氧化碳、C1至Cs以及CI的怪类;第6部分:用三根毛细色谱柱测定氢、氮、氧、氮、二氧化碳和C1至C8的短类;本部分为GB/T27894的第2部分。本部分按照GB/T1. 1-2009给出的规则编写。本部分使用翻译法等同采用ISO6974-2:2001(天然气在一定不确定度下用气相色谱法测定组成第2部分:测量系统的特性和数理统计。与本标
4、准中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:GB/T 27894. 1-2011 天然气在一定不确定度下用气相色谱法测定组成第1部分:分析导则(ISO6974-1:2000 ,IDT) GBjT 11062-1998 天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法(neqISO 6976: 1995) 本部分由全国天然气标准化技术委员会(SACjTC244)归口。本部分起草单位:中国石油西南油气田分公司天然气研究院、中国石油大庆油田工程有限公司、安全环保与技术监督研究院。本部分主要起草人:韩慧、罗勤、曾文平、谭为群、丘逢春等。mM GB/T 27894.2-20门/ISO6974
5、-2: 200 1 引GB/T 27894的本部分描述了天然气常规分析中的数据处理过程。本部分与GB/T27894第1部分一起使用,第1部分给出了天然气分析导则。任何分析方法,无论是GB/T27894的第3部分或后续部分中的任一方法或者选择的其他方法,只能与GB/T27894的第1部分和第2部分一起使用。GB/T 27894的第1部分描述了工作参比气体混合物以及相对响应因子,需要用于使用响应曲线的气体组成计算,本部分对计算公式进行了详细的描述。工作参比气体混合物与气体样品需要在相同的设定条件下使用同一分析系统进行分析。不使用该方法测定的组分将影响方法的准确度,从而需要进行说明。如果分析仪器的日
6、常校正中没有使用工作参比气体混合物,本部分中给出的部分公式也将改变,对这些变化给出了简要的说明。N 一旦确定了组分的工作范围,就需要对组分进行评估以便决定是否考虑:一一通过直接测试来分析主要组分或族组分(直接测定组分)一一通过间接测试来分析主要组分或族组分(间接测定组分)一一一不需要测试组分,且假定组分的摩尔分数是一个常数(不测定组分)主要组分、间接测定的组分和不测定组分的摩尔分数总和等于10GB/T 27894.2-2011月SO6974-2:2001 天然气在一定不确定度下用气相色谱法测定组成第2部分:测量系统的特性和数理统计1 范围本部分给出了天然气分析中对数据的处理,包括测量系统特性的
7、测定和数据处理的数理统计方法,以及误差的计算,其目的是确定被测试组分摩尔分数的不确定度。本部分与GBjT27894的第1部分结合使用。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注明日期的引用文件,其最新版本(包括所用的修改单)适用于本文件。ISO 6974-1 天然气在一定不确定度下用气相色谱法测定组成第1部分:分析导则(Naturalgas-Determination of composition with defined uncertainty by gas chromatography-Part 1: Guide li
8、nes for tailored analysis) ISO 6976 天然气通过组成计算发热量、密度、相对密度和沃泊指数(Na tural gas-Calcula tion of calorific values , density , relative density and Wobbe index from composition) 3 术语和定义3. 1 3.2 3.3 下列术语和定义适用于本文件。晌应值response 测量系统测定组分时,以峰面积或峰高形式输出的信号。响应可用数值表示。注:响应用数值表示。不确定EEEC-ytainty 附加于测量结果的一个估计值,用以表征真值存在于
9、其中的数值范围。注:测量值的不确定度通常包括许多分量,其中若干分量可用一系列测量结果的统计分布为基础进行估计,并以实验确定的标准偏差来表征。但另有一些分量只能根据经验或其他信息进行估计。认证参比气体混合物certified-reference gas mixtures CRM 用于确定测量系统响应曲线的混合物。注=认证参比气体混合物可以根据IS06142lJ或者IS0132752J用称重法制备。或者是按照IS06143巧,与组成相似的基准气体混合物进行比较来鉴定和认证(参见IS0141114J)。G/T 27894.2-2011月SO6974-2:2001 3.4 3.5 3.6 工作参比气体
10、混合物working-reference g描mixturesWRM 用于定期校准测量系统的工作标准混合物。注z工作参比气体混合物可以按照ISO6142口规定的称重法制备。或者是按照ISO61433J规定与组成相似的CRM进行比较来鉴定和认证。直接测量direct measurement 通过与工作参比气体混合物的相同组分比较来确定单个组分和/或者族组分的测量方法。间接测量indirect measurement 用工作参比气体混合物中参考组分的相对相应因子来确定不存在于工作参比气体混合物的单个组分和/或者族组分的测量方法。4 符号和下标4. 1 符号ai ,bi ,Ci ,di 组分t的多项
11、式常数amc ,bmc等使用直接测量法检测的组分或族组分的多项因子,这些组分或族组分在校正气体中作为相同组分或族组分的函数。2 h. 样品的重复数hwrm 工作参比气体混合物的重复数K 参比组分的相对响应因子m 响应函数拟合的阶数n 使用回归分析时的测量总数q 直接测量组分数和间接测量组分数之和R 用峰面积或峰高表示的仪器响应原始数据Rf 响应因子(基于单点校正)SMSE 残差平均平方(MSE)SMSR 回归分析时的平均平方(MSR)5;SE 残差平方和(SSE)也R回归分析平方和(SSR)S(企)预期值的标准偏差S(X) 归一摩尔分数的标准偏差S(X ) 非归一摩尔分数的标准偏差S(Xc.W
12、RM) 工作参比气体混合物中摩尔分数的标准偏差(来自对WRM的认证)s(R) 以1摩尔计的响应值的标准偏差T i 理想响应函数在Rwr.i处切线与基于WRM单点校正方法的校正曲线之间斜率的微分t t分布的变化值凡wrmWRM的摩尔分数(认证时给出的值)全按照响应函数预期的摩尔分数旷非归一化的摩尔分数z 归一化的摩尔分数G/T 27894.2-2011月SO6974-2:2001 XL,啊工作范围内最低摩尔分数町,啊工作范围内最高摩尔分数 自由度4.2 下标c 已认证i 组分ij j级摩尔分数h 重复样品数hL最低的mc 使用校正气体中相同组分或族组分的函数作为直接测量测定的主要组分或族组分MS
13、E 残差平均平方MSR 回归平均平方oc 没有测定的其他组分和/或被认为摩尔分数是一个常数的组分rrf 使用校正气体中不同组分或族组分的函数作为间接测量测定的组分或族组分ref 参比组分SSE 残差平方和SSR 回归残差平方和s样品U 最高的(上限)wr工作范围wrm 工作参比气体混合物5 测试程序5. 1 步骤1.最佳晌应函数的测定5. 1. 1 一般论述使用认证参比气体混合物(CRM)测定检测器响应函数。对直接测定的每个组分,选择能给出CRM中组分含量与响应信号的最好相关性的最佳检测器响应函数。在下列情况下必须执行这一步骤:一一-供应商初装系统;系统维修后返回操作状态;-一系统主要部件(如
14、进样闽、色谱柱、检测器等)更换后返回操作状态;一一使用测试气体对系统进行日常检查失败后返回操作状态。注:有必要测定分析结果的理想统计曲线。虽然四次方和立方曲线可以对统计数据给出更好的结果,但对某些气体并不适用。对不同气体,获得一致的结果更加重要。实际上,通过绘制相对响应值(=绝对响应值/摩尔分数和摩尔分数的关系曲线,可以获得一致性结果。5. 1.2 参比气体的选择为了测定响应函数,需要分析不同摩尔分数水平的直接测定组分。需要测定的水平数取决于要拟合的响应曲线的阶数。最小水平与方程中多项式系数(见下面)的个数相同。但是,推荐使用更多的摩尔分数水平。多数情况下,在测定前响应曲线的阶数是未知的,但可
15、以增加数据点,响应曲线受测定误3 GB/T 27894.2-2011 /ISO 6974-2: 200 1 差的影响将较小。因此,虽然使用数个摩尔分数水平或许已经足够获得好的曲线,但推荐至少使用7个水平。选择这些水平可以使它们均匀地通过每个组分的规定工作范围,并且覆盖比预计的摩尔分数范围稍宽一点的范围。使用一系列的,每个含有所有直接测定组分不同的摩尔分数的多组分混合气体可以做到这一点。注,:组分可以当作甲烧中的二元混合物逐个测试。但这样会大大的延长测试过程,对非甲烧组分,需要单独的钢瓶气。注2:制备的气体混合物中每个组分处于最高含量或最低含量显然是不可能的,因此大多数的多组分参比气体混合物含有
16、的组分与正常情况下的天然气有很大的不同。但假如气体混合物在储存和使用时显示是稳定的,这将不会引起问题。注3:在使用WRM前,有必要证实由CRM做的多点校正和WRM摩尔分数之间并不矛盾。5.1.3 测试步骤使用气相色谱法对含有直接测定组分的CRM中的每个组分至少测量两次(最好5lO次)。然后将这些数据列成表格,包括每个组分i独立的响应值Rijh,摩尔分数j和重复数h。数据处理前检查异常点,可使用吉布斯函数或其他合适的异常点检测方法,剔除可能的异常点。注:在任何一组数据中,可能会发现单个结果和这组中的其他数据不一致的情况。这些数据被认为是异常点,在正常情况下,这些数据需要从该组数据中剔除。要确定这
17、些界外值的可能原因,例如系统内部数据转入或记录新的CRM结果以前,系统吹扫不够。5. 1. 4 晌应函数的选择5. 1. 4. 1 介绍从下面多项式函数中选择响应函数,如果需要更加复杂的函数,则意味着该方法不适用。Xi = (a;) +biRi 一阶Xi = (ai)十biRi+ciR 二阶. ( 1 ) ( 2 ) Xi二(a;)+biRi +ciR +diR; 三阶( 3 ) 置于括号中的向项(截距)的测定独立于模型的阶数,因此,上面所列响应函数可能不含截距项。通过以下假设选择响应函数:一一多数响应曲线是一条通过原点的直线;一一多数组分的响应曲线截距为零点,表示无响应信号时该样品不存在;一
18、一一响应函数的曲线可以用二阶或三阶函数描述;在相同的方程中,高阶项并不比低阶项更具显著性;计算的摩尔分数对响应值的绘图中,在工作范围内存在的最高和最低的摩尔分数是不被接受的。5. 1. 4. 2 回归分析4 通过计算机程序对在5.1.3中获得的数据进行回归分析:一一对组分摩尔分数Xi进行最小二乘回归,Xi为单个组分响应函数的因变量,Rijh为自变量;对Xi进行最小二乘回归,作为Rijh和Rh的函数;一一对Xi进行最小二乘回归,作为R圳、Rh以及RL的函数;一一获取各拟合到的响应函数的以下信息:每个系数的置信区间;一一回归平方和(SS邸,也R;GB/T 27894.2-2011月SO6974-2
19、: 200 1 一一残差平方和(SSE),也E;一一一回归平均平方(MSR), SMSR ; -一残差平均平方(MSE), SMSE; -一-与SMSR和SMSE相关的自由度。); 一一一组分摩尔分数的预测值(Xi); 预测值的标准偏差S(轧)J。5. 1. 4. 3 计算使用下面的程序计算每个组分响应函数的显著性(见参考文献5J):计算一阶回归方程t(1)的临界值t,(附录A表A.l中给出了临界值。,该值与bi有关,. ( 4 ) 括号中给出了回归的阶数z(1) 来自一阶回归的参考数据;(2) 来自二阶回归的参考数据;(3) 来自三阶回归的参考数据;(4) 来自四阶回归的参考数据。由一、二阶
20、数据计算t(2),该值与Ci有关,t(2) = 也R(2) -SR (1) SMSE (2) .( 5 ) 由二、三阶数据计算t(3),该值与di有关,5R (3) -SR (2) SMSE (3) .( 6 ) t(3) = 在仪器条件允许的情况下,使用三阶和四阶之间的显著性检验对三阶数据的测定进行测试。qJ R-ZNE一飞J5-4 )-M 4-5 2白白一一Aaz . ( 7 ) 如果四阶是显著的,那么测试系统不适用。注:与参比组分的不确定度比较,相对响应因子K的不确定度可以忽略。(见式(18)和式(20)(K;与Rm.i相比5. 1. 4. 4 比较在相关的自由度下,比较每一个计算的t值
21、与临界值(附录A)。使用式(8)计算自由度:二n一(m十1)(8 ) 注:举例,若使用7个CRM组分,每个分析了5次,则n=5X7=35;对于t(口,=35-(1十1)=33,对于t(幻,=35一(2+1)=32,对于t(白,=35-(3+1)=31。如果计算的t值比临界值(相同自由度下)小,则系数不显著(在95%的置信度下);如果计算的t值比临界值(相同的自由度下)大,则系数显著(在95%的置信度下)。依下列方式选择含有截距的最适宜阶数方程:-一一如果t(3)是显著的,则选择三阶响应函数;一一如果t(3)不显著,而t(2)是显著的,则选择二阶响应函数;一一如果t(3)和t(2)都不显著,而t
22、(1)是显著的,则选择一阶响应函数;一一如果t(3)、t(2)以及t(1)都不显著,则终止该程序,摩尔分数和响应值之间没有合适的关系。该步骤中需考虑截距的显著性。从选择的响应函数中检查截距95%的置信区间。如果该区间包括0,那么截距可设定为0,并从响应函数中删除。对选择的阶数或任何更低的阶数,使用与上述描述相GB/T 27894.2-2011/ISO 6974-2:2001 同的、不含截距(ai=O)的程序,重复回归分析。由该过程计算的系数定义为bOiCOi和dOi0 用合适的5忌.0(截距为0的回归平方和)和SMSE.O(截距为0的残差平均平方),通过式(9)计算to (1) ,该值与bOi
23、有关。1.n (1) to (1) = A /二旦,0. SMSE.O (1) ( 9 ) 如果选择了截距为0的更高阶的响应函数,那么使用该0截距数据计算to(2) 和to(3门,并在相关的自由度下,比较每个计算的t值和临界值。自由度使用式(10)计算:=n-m . ( 10 ) 依下列方式选择含有0截距的最适宜阶数方程:一一如果t(3)是显著的,则选择三阶响应函数;一一如果t(3)不显著,而t(2)是显著的,则选择二阶响应函数;一一一如果t(3)和t(2)都不显著,而t(1)是显著的,则选择一阶响应函数;一一如果t(3)、t(2)以及t(1)都不显著,则终止该程序,摩尔分数和响应值之间没有合
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