| 标准编号 | GB/T 27894.7-2025 (GB/T27894.7-2025) | | 中文名称 | 天然气 用气相色谱法测定组成和计算相关不确定度 第7部分：用两根填充柱快速测定氦气含量 | | 英文名称 | Natural gas - Determination of composition and associated uncertainty by gas chromatography - Part 7: Rapid determination of helium content using two packed columns | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | E24 | | 国际标准分类 | 75.060 | | 字数估计 | 18,121 | | 发布日期 | 2025-08-29 | | 实施日期 | 2026-03-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 27894.7-2025: 天然气 用气相色谱法测定组成和计算相关不确定度 第7部分：用两根填充柱快速测定氦气含量
ICS 75.060
CCSE24
中华人民共和国国家标准
天然气 用气相色谱法测定组成和计算
相关不确定度 第7部分:用两根填充柱
快速测定氦气含量
packedcolumns
2025-08-29发布
2026-03-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
引言 Ⅳ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语与定义 1
4 原理 1
5 试剂与材料 2
6 仪器与设备 2
7 样品采集 3
8 样品分析测试 3
9 数据处理 4
10 精密度 5
11 测试报告 5
附录A(资料性) 采用气相色谱法使用两根填充柱的氦气含量快速测定的实例 7
附录B(资料性) 氦气含量测定结果的测量不确定度评定 9
附录C(资料性) 测试报告参考格式 11
参考文献 12
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。
本文件是GB/T 27894《天然气 用气相色谱法测定组成和计算相关不确定度》的第7部分。
GB/T 27894已经发布了以下部分:
---第1部分:总导则和组成计算;
---第2部分:不确定度计算;
---第3部分:精密度和偏差;
---第4部分:实验室和在线测量系统中用两根色谱柱测定氮、二氧化碳和C1 至C5 及C6+的
烃类;
---第5部分:实验室和在线工艺系统中用三根色谱柱测定氮、二氧化碳和C1 至C5 及C6+的
烃类;
---第6部分:用三根毛细管色谱柱测定氢、氦、氧、氮、二氧化碳和C1 至C8 的烃类;
---第7部分:用两根填充柱快速测定氦气含量。
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/TC244)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勘探开发研究院、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西南油气田分公司勘探开发研究院、中国
石油天然气股份有限公司西南油气田分公司成都天然气化工总厂、中国石油化工股份有限公司西南油
气分公司、中国测试技术研究院、中国石油大学(北京)、陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院。
本文件主要起草人:王晓梅、王晓波、王汇彤、李志生、熊德权、李剑、张斌、侯连华、陈勇、李农、宋柯静、
王丽、高立新、何坤、梁颖、潘义、邓凡锋、陈践发、崔会英、杨春龙、万莹、邓晓峰、陈琳、顾菁华、郭锦涛。
引 言
GB/T 27894给出了天然气分析方法和计算组分摩尔分数及不确定度的方法,拟用于测量H2、He、
N2、CO2 和烃类组分以及组分簇,其中组分簇是将C5 以上的重组分统一按C6+测定。该方法适用于各
种应用,如测定校准气混合物和天然气组成,或为发热量计算和其他物性参数计算提供不确定度数据。
GB/T 27894拟由7个部分构成。
---第1部分:总导则和组成计算。旨在给出采用气相色谱法分析天然气的总导则及天然气组分
摩尔分数测定的数据处理方法。
---第2部分:不确定度计算。旨在描述计算各个组分摩尔分数不确定度的步骤。
---第3部分:精密度和偏差。旨在描述根据ISO 6974-1建立的气相色谱法所预期的精密度,以
及提供评估偏差的指南。
---第4部分:实验室和在线测量系统中用两根色谱柱测定氮、二氧化碳和C1 至C5 及C6+的烃
类。旨在给出实验室和在线测量系统中采用气相色谱法使用两根色谱柱测定氮、二氧化碳和
C1 至C5 及C6+的烃类组分的方法。
---第5部分:实验室和在线工艺系统中用三根色谱柱测定氮、二氧化碳和C1 至C5 及C6+的烃
类。旨在给出实验室和在线工艺系统中采用气相色谱法使用三根色谱柱测定氮、二氧化碳和
C1 至C5 及C6+的烃类组分的方法。
---第6部分:用三根毛细管色谱柱测定氢、氦、氧、氮、二氧化碳和C1 至C8 的烃类。旨在给出采
用气相色谱法使用三根毛细管色谱柱测定氢、氦、氧、氮、二氧化碳和C1 至C8 的烃类组分的
方法。
---第7部分:用两根填充柱快速测定氦气含量。旨在给出采用气相色谱法使用两根填充柱快速
测定氦气含量的方法。
氦气是全球性重要的战略资源,对于航空航天、原子能、低温超导等尖端科技发展具有不可替代的
作用。氦气含量的准确测定关系到氦气资源评价结果的准确性及后续提取工程设计的可靠性。现有天
然气组分分析相关的国家或行业标准主要针对天然气中占主导地位的烃类组分,天然气中氦气组分含
量分析范围相对较窄、仪器配置复杂、检测时间长、分析条件宽泛,给快速准确评价氦气丰度、资源潜力
和工艺升级等带来重大挑战。因此,制定稳定、可靠的氦气组分含量快速分析方法标准,使不同检测机
构的分析数据能够相互比对,无论是对氦气组分含量及资源潜力的准确评价,还是对氦气生产技术水平
的提高都具有重要意义。
天然气 用气相色谱法测定组成和计算
相关不确定度 第7部分:用两根填充柱
快速测定氦气含量
警告:本文件并未指出所有可能的安全问题,使用者有责任采取适当的安全和保护措施,并保证符
合国家有关法规规定的条件。
1 范围
本文件描述了采用气相色谱法使用两根填充柱快速测定氦气含量的方法。
本文件适用于井口天然气、管输天然气、处理厂原料气、加工天然气等不同类型天然气及其类似气
体混合物中摩尔分数范围在0.005%~40%的氦气含量快速测定。
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 4946 气相色谱法术语
GB/T 13609 天然气取样导则
GB/T 14850 气体分析 词汇
GB/T 20604 天然气 词汇
GB/T 27894.1 天然气 用气相色谱法测定组成和计算相关不确定度 第1部分:总导则和组成
计算
GB/T 27894.2 天然气 用气相色谱法测定组成和计算相关不确定度 第2部分:不确定度计算
GB/T 27894.3 天然气 用气相色谱法测定组成和计算相关不确定度 第3部分:精密度和偏差
3 术语与定义
GB/T 4946、GB/T 14850、GB/T 20604界定的术语和定义适用于本文件。
4 原理
具有代表性的天然气样品(以下简称“气样”)和已知氦气含量的标准混合气(以下简称“标准
气”),在同样的操作条件下,通过预柱切割分离和反吹,再经分析柱实现氦氢组分分离并进入热导检测
器完成检测,由标准气的氦气组分含量值,通过对比峰高、峰面积或者两者均对比,计算获得气样中氦气
组分含量。
5 试剂与材料
5.1 载气
应使用纯度不低于99.99%的氩气或氮气作为载气。
5.2 标准气
氦气组分摩尔分数在0.005%~40%,标准气的氦气组分含量宜与气样的氦气组分含量相近。标准
气可采用国家二级标准物质,或依照GB/T 5274.1制备。
6 仪器与设备
6.1 气相色谱仪
6.1.1 基本组成
包括流量压力调节系统、进样系统、切割分离系统、温控系统、检测器和数据处理系统。
6.1.2 检测器
选用热导检测器,或在灵敏度和稳定性方面与之相当的检测器。对于氦气组分摩尔分数0.005%的
气样,进样1mL,至少产生0.5mV的信号。
6.1.3 检测器温度控制
分析过程中检测器温度应等于或高于最高柱温,并保持恒定,其变化应在0.3℃以内。
6.1.4 载气流速控制
分析过程中载气流速应保持恒定,其变化应在1%以内。
6.2 色谱柱
6.2.1 一般要求
色谱柱的材料对气样中的组分应呈惰性和无吸附性,应选用不锈钢材料。
6.2.2 预柱
应能分离氮、甲烷,分离度R 应大于或等于1.5,分离度计算见GB/T 13610-2020的5.6.2中吸附
柱分离度的计算方法。
6.2.3 分析柱
应能分离氦、氢,分离度R 应大于或等于1.5,分离度计算见GB/T 13610-2020的5.6.2中吸附柱
分离度的计算方法。
6.2.4 柱温控制
恒温操作时,柱温保持恒定,其变化应在0.3℃以内。
6.3 进样设备
6.3.1 材质
应选用对气样中的组分呈惰性和无吸附性的材料,宜选用不锈钢材料。
6.3.2 定量环
根据气样氦气浓度的大小选择定量环的体积,一般情况下采用体积为1mL的定量环。
7 样品采集
7.1 采样系统
7.1.1 采样系统材质
采样系统的材质宜为金属,与样品无反应、无催化作用且孔隙率低。对于可能发生吸附的组分,应
对采样系统内表面进行处理,如钝化、涂层、抛光。
7.1.2 采样系统气密性测试
宜用增压保压法、抽真空保压法或检漏仪法测试采样系统的气密性。
7.1.3 压力及流量调节器
死体积宜尽可能小。
7.1.4 采样管线
采样管径宜尽可能小,采样管线宜尽可能短。
7.1.5 采样系统连接方式
连接方式应确保系统的气密性良好。宜采用卡套连接、VCR连接或焊接。
7.2 采样方法
气样采集的方法和流程应按GB/T 13609的规定执行。
8 样品分析测试
8.1 气样准备
气样宜与标准气在同一环境下存放。高压钢瓶封装的气样应连接减压阀减压后连接不锈钢管线或
聚四氟乙烯管线。
8.2 仪器准备
应保证仪器的气密性良好,根据仪器操作说明书启动气相色谱仪,选择适合的色谱流程及操作条
件,仪器稳定后开始进行测定。每次连接标准气及气样到仪器时应进行气密性测试。
8.3 仪器检查
仪器开机稳定后、进样前应进行性能核查,核查项目应包括但不限于:仪器状态、基线噪声、基线漂
移。如出现基线明显变差影响分析结果,应进行试漏处理、排除污染的影响或联系厂家进行处理。
8.4 仪器校准
实验室每次启动仪器时应使用标准气对仪器进行校准,仪器长期正常运行时应定期校准。若出现
峰的分离度变差或峰的响应明显变化,应对色谱柱进行老化处理。调试完成后应重新进行仪器校准。
8.5 分析测试
8.5.1 进样
采用吹扫法进样。高压钢瓶封装的气样经减压阀减压至0.1MPa~0.2MPa、用不锈钢管线与连通
阀的进样口管线连接后直接吹扫进样,进样体积不小于连通阀、定量环和连接管线总体积的20倍;铝箔
气袋及盐水瓶封装样品用气密性注射器抽取气样注入连通阀进样口吹扫进样,进样体积不小于连通阀、
定量环和连接管线总体积的20倍。每换一个新气样,都应用新气样清洗前一个气样的残留。
8.5.2 软件启动
启动分析程序,仪器运行选用分析方法自动完成检测和数据处理。
8.5.3 标准气测定
连续2次或2次以上标准气分析,直至2次标准气的氦气组分响应值相差在1%以内。
8.5.4 标准曲线制作
根据校准采用标准气的样品数量差异,可将标准曲线的制作分为以下两种情况。
a) 单点校正:宜选择与气样中氦气含量相近的标准气,分析至少3次,取平均值,且2次标准气的
氦气组分响应值相差在1%以内。
b) 多点校正:应分析3个~7个不同氦气含量的标准气,其中最高含量与最低含量相差不应超过
10倍,数据系统用3个~7个点的氦气含量与峰面积制作标准曲线。如果标准曲线的相关系
数小于0.9,应重新分析标准气并制作标准曲线。
8.5.5 气样分析测试
按照8.5.3的操作进行气样分析测试,数据系统完成采集后依据所建标准曲线,计算气样中氦气含
量。如果气样的氦气组分含量(摩尔分数)低于0.1%,且与标准气的氦气组分含量相差100倍以上,则
应用氦气含量接近的标准气重新对气样进行测试。氦气含量快速测定的实例见附录A。
9 数据处理
9.1 数据取舍
氦气组分含量的有效数字应按标准气的有效数字取舍。气样中氦气组分含量的有效数字位数,不
应多于标准气中氦气组分含量的有效数字位数。
9.2 外标法
测量氦气组分的峰高或峰面积,将气样和标准气中相应氦气组分的响应换算到同一衰减,气样中氦
气组分的含量(xi)按式(1)计算:
xi=xsi(Ai/Asi) (1)
式中:
xi ---气样中氦气组分的摩尔分数,%;
xsi ---标准气中氦气组分的摩尔分数,%;
Ai ---气样中氦气组分的峰高或峰面积;
Asi ---标准气中氦气组分的峰高或峰面积。
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气样进行重复分析获得的结果,如果连续两个测定结果的重
复性分析的差值超过表1规定的数值,应视为可疑。
表1 精密度
氦气组分含量(摩尔分数)x的范围
重复性分析的差值(摩尔分数)
再现性分析的差值(摩尔分数)
0.005≤x< 0.05 0.001 0.002
0.05≤x< 0.1 0.002 0.004
0.1≤x< 1.0 0.03 0.06
1.0≤x< 5.0 0.07 0.10
5.0≤x≤10.0 0.08 0.12
10.0< x≤40.0 0.20 0.30
10.2 再现性
对同一气样由两个实验室提供分析结果,再现性分析的差值应满足表1规定的数值要求。
10.3 测量不确定度
氦气组分含量测定结果的测量不确定度的评定应按GB/T 27894.1、GB/T 27894.2、GB/T 27894.3
的规定执行,基于单点校准的比较法测定时,氦气组分含量测定结果的测量不确定度的评定见附录B。
11 测试报告
测试报告宜包括样品基本信息、影响分析检测相关重要信息、氦气含量测量结果及不确定度信
息,应包含但不限于以下内容:
a) 本文件编号;
b) 分析编号;
c) 样品编号;
d) 样品类型、地区/井号;
e) 采样时间、采样压力;
f) 氦气含量;
g) 标准物质;
h) 检测人员;
i) 分析日期。
测试报告参考格式见附录C。
附 录 A
(资料性)
采用气相色谱法使用两根填充柱的氦气含量快速测定的实例
A.1 仪器配置
按图A.1,安装十通阀、预柱、分析柱、定量管,载气入口前端连接干燥管。
标引序号说明:
1、2、3、4、5、6、7、8、9、10---接口;
11 ---十通阀;
12 ---定量管;
13 ---预柱;
14 ---分析柱;
15 ---热导检测器;
16 ---载气。
a 样气入口。
b 放空1。
c 放空2。
图A.1 采用气相色谱法使用两根填充柱的氦气含量快速测定仪器配置图(十通阀处于“OFF”状态)
A.2 测定条件
A.2.1 载气
氮气,纯度不低于99.99%。
A.2.2 色谱柱
A.2.2.1 预柱
内径3mm、长度1.5m的不锈钢填充柱,内装颗粒为80目~100目的波拉帕克Q型色谱填料。
A.2.2.2 分析柱
内径3mm、长度不小于3m的不锈钢填充柱,内装颗粒为60目~80目的5×10-10m分子筛。
A.2.3 定量环
内径2mm的不锈钢管线制成,体积2mL。
A.2.4 标准气
标准气的氦气组分含量宜与被测气样的氦气组分含量尽量接近,平衡气为高纯甲烷。
A.3 采用气相色谱法使用两根填充柱的氦气含量快速测定典型谱图
采用气相色谱法使用两根填充柱的氦气含量快速测定典型谱图见图A.2。
图A.2 采用气相色谱法使用两根填充柱的氦气含量快速测定典型色谱图
附 录 B
(资料性)
氦气含量测定结果的测量不确定度评定
B.1 测量模型
本测定属于过原点的单点校准,其数学模型为式(1),根据GB/T 45133计算测定结果的合成标准
不确定度,如式(B.1)所示:
u(xi)=
Ai
Asi
×u2(xsi)+
xsi
Asi
×u2(Ai)+
Ai×xsi
Asi2
×u2(Asi)+u2(Δ)
(B.1)
式中:
u(xi) ---气样中氦气组分测定结果的标准不确定度;
u(xsi) ---标准气(或标准物质)中氦气组分含量的标准不确定度;
u(Ai) ---气样中氦气组分平均响应值的标准不确定度;
u(Asi)---标准气(或标准物质)中氦气组分平均响应值的标准不确定度;
u(Δ) ---分析系统非线性的标准不确定度;
Asi ---标准气(或标准物质)中氦气组分的平均响应值;
Ai ---气样中氦气组分的平均响应值;
xsi ---标准气(或标准物质)中氦气组分含量。
按公式(B.2)计算测定结果的相对标准不确定度:
urel(xi)=
u(xi)
xi
(B.2)
式中:
urel(xi)---测定结果xi 的相对标准不确定度;
u(xi) ---测定结果xi 的标准不确定度;
xi ---气样中氦气组分含量测定结果。
B.2 各不确定度分量的计算
B.2.1 标准气(或标准物质)中氦气组分含量的标准不确定度
根据标准气(或标准物质)证书,获得氦气组分含量xsi及其相对扩展不确定度Urel,以及对应的包
含因子k,则标准气(或标准物质)中氦气组分含量的标准不确定度按式(B.3)计算:
u(xsi)=
Urel
k ×xsi
(B.3)
式中:
u(xsi)---标准气(或标准物质)的标准不确定度;
Urel ---标准气(或标准物质)的相对扩展不确定度;
k ---包含因子;
xsi ---标准气(或标准物质)中氦气组分含量。
B.2.2 气样和标准气(或标准物质)中氦气组分平均响应值的标准不确定度
气样和标准气(或标准物质)中氦气组分平均响应值的标准不确定度用标准偏差来评估,按式(B.4)
计算:
u(Ax)=
j=1
(aj-aj)2
n(n-1)
(B.4)
式中:
u(Ax)---气样和标准气(或标准物质)中氦气组分平均响应值的标准不确定度;
aj ---气样和标准气(或标准物质)中氦气组分第j次重复测定的响应值;
aj ---气样和标准气(或标准物质)中氦气组分的n次重复测定响应值的平均值;
n ---重复测定次数,至少重复测定3次。
B.2.3 分析系统非线性的标准不确定度
分析系统非线性的标准不确定度u(Δ)的评定见GB/T 45133-2025中第8章和附录C。
附 录 C
(资料性)
测试报告参考格式
测试报告参考格式见表C.1。......
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