1.用于天然气能量计量的气体组分实时监控物联网系统

1.本发明涉及天然气计量设备技术领域，具体涉及一种用于天然气能源计量的气体成分实时监测的物联网系统。

背景技术：

2.天然气作为一种优质、高效、清洁的能源和重要的化工原料，在世界各国受到广泛重视和优先使用，占天然气总量的35%能源结构。随着天然气作为环保能源地位的不断提升，准确、公正、公正地计量天然气是天然气科学管理的一项重要技术任务，事关各方利益。同时，以天然气为燃料时，其实际值应该是它的发热量而不是它的体积。国外天然气计量方式普遍采用能量计量方式，在与其他国家的天然气贸易交接过程中难免会产生不必要的纠纷。因此，开展天然气电能计量设备的研究具有重要意义。

3.目前的天然气能量计量监控系统无法对管道中的天然气成分进行远程实时监控。

技术实施要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，目的是提供一种对天然气的气体成分进行实时监测的物联网系统能源计量，可对管道中的天然气进行监测。实时远程监控组件。

5.本发明通过以下技术方案实现：

6.天然气能源计量用气成分实时监测物联网系统包括依次交互的对象平台、传感器网络平台、管理平台、服务平台和用户平台，目标平台包括气相组分在线监测装置，用于对管道中的天然气进行采样，分析获取天然气的气相组分数据，传输气相组分通过传感器网络平台向管理平台传输数据；

7.管理平台通过分析气相成分来判断天然气的质量，当天然气质量低于预设值或低于预设值时，通过服务平台向用户平台发送警告信息。天然气质量波动。

8.进一步，管理平台分析的气相成分包括氮气、甲烷、二氧化碳、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、新戊烷、异戊烷、正戊烷。

9.进一步，气相成分在线监测装置包括安装在管道上的取样装置，取样装置包括第一伸缩元件、储气单元和活动单元，第一伸缩装置伸缩件活动端与储气单元连接，第一伸缩件上设有第二伸缩件，第二伸缩件活动端上设有连杆，连杆穿过第一个伸缩元件和存储单元依次排列。然后空气单元与活动单元滑动连接，活动单元可以向储气单元移动并与储气单元相通。

10.进一步，该采样装置还包括一个盒子，该盒子固定在管道外壁上；

11.第一伸缩片和第二伸缩片均为波纹管，第一伸缩片一端固定在箱体内壁上，另一端与储气罐相通单位;

12.箱体上还设有气泵，气泵分别与第一伸缩件和第二伸缩件相通。

13.进一步，储气单元包括储气箱，储气箱与第一伸缩件相通，连杆穿入储气箱；

14.储气箱内设有第一活塞和第一弹性件，第一活塞套在连杆上，第一活塞可与气体内缘连接储物盒。杆轴向移动；

15.第一弹性件一端与储气箱内壁连接，另一端与第一活塞连接；侧壁设有进气孔。

16.进一步，活动单元包括活动箱，连杆垂直穿过活动箱，活动箱可沿连杆轴向移动，活动箱面向储气筒罐体方向的端部设有与连接管相匹配的连接孔，活动箱内壁上还设有第五弹性件，第五弹性件上设有挡板，可阻挡连接洞。 ;

17.连杆底部还开有盲孔，盲孔上开有活动杆，连杆侧壁上还开有与盲孔。异形孔沿连杆轴向分布，条形孔内还设有横杆，横杆一端与活动杆相连，另一端与内杆相连。活动箱的墙壁。

18.进一步，连杆的盲孔还设有第三伸缩片和第三弹片，第三弹片的一端与盲孔的内底相连，另一端与盲孔内底相连。活动杆连接，第三伸缩片一端与盲孔内底连接，另一端设有竖杆。有气囊与腔体相通，当第三伸缩元件被压缩时，气囊可以膨胀；

19.活动杆朝向第三伸缩片的一端开有凹槽，凹槽内壁两侧也开有容置槽，竖杆可以插入进入凹槽管道天然气的热值，气囊可以在容纳凹槽中充气。

20.进一步地，所述竖杆的空腔还设有第二弹性件、挡板和固定板，所述第二弹性件的一端与所述垂直杆的内壁连接。立杆的空腔，另一端与挡板连接，固定板外径与空腔内径一致，固定板固定在空腔内壁上，固定板还设有通孔，第二弹性件可推动挡板，将固定板上的通孔堵住；

21.连杆上还设有解锁杆，解锁杆一端依次穿入第二伸缩片和箱体，另一端伸入第三伸缩片，解锁杆可以插入固定板的通孔中，推动挡板压缩第二弹性件。

22.进一步，箱体侧壁上还设有抽气单元，储气箱侧壁上还设有可与气体相通的抽气单元储物盒连接单元；

23.该产气单元包括连接筒，连接筒的一端为封闭结构，另一端与箱体侧壁连接，连接筒上设有第二活塞，在第二活塞的端部设有拉杆，拉杆穿过连接缸的封闭端，拉杆内还设有动杆。动杆依次穿过拉杆和第二活塞，可伸入箱内。伸入箱体内的杆端设有空腔，动杆外壁上还设有与空腔相通的排气孔；

24.连接单元包括固定在储气箱外壁上的固定块，固定块上设有与储气箱内部连通的导向孔，内导向孔直径与动杆直径相同导向孔外径相同，导向孔内壁两侧有放置槽，放置处设有第四弹片第四弹片的一端与置放槽的内底相连，另一端设有可密封导孔的密封板，两密封板相对的端部进一步提供斜边。

25.与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

26.1、本发明利用安装的气相成分在线监测装置，在管道监测点对天然气进行采样，分析获取管道的气相成分数据。监测点天然气，分析监测点天然气的气相成分数据。数据传输至管理平台，管理平台根据预设程序实时分析气象成分，根据热值计算判断天然气质量。当天然气质量低于预设值或天然气质量波动较大时，服务平台向用户平台报警，从而实现远程监控管道中天然气成分的目的；

27.2、本发明利用第一伸缩片和第一伸缩件，可以带动储气单元和活动单元沿管道径向移动，移动到管道下层。第二个伸缩件。 ，储气单元和活动单元通过管道下层的管壁连接，从而实现在管道下层采集天然气的目的。在此过程中，可以对管道不同位置的天然气进行连续采样，保证采集到的天然气能有效反映管道内的气相成分。

图纸说明

28.此处所描述的附图用于提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限制在附图中：

29.图1为本发明结构示意图；

30.图2为本发明另一种状态的结构示意图；

31.图3为本发明储气单元与有源单元的结构示意图；

32. 图。图4是图3中a部分的放大结构示意图。 3本发明；

33.图5为本发明的产气装置结构示意图；

34. 图。图6为本发明连接单元的结构示意图。

35.图纸中的标记及对应的零件名称：

36.1-管道、2-主动单元、3-储气单元、4-第二膨胀片、5-第一膨胀片、6-抽气单元、7-箱体、8-气泵, 9-连杆, 10-第一弹片, 11-第一活塞, 12-主动箱, 13-横杆, 14-主动杆, 15-条孔, 16-气罐, 17-挡板, 18-连接单元, 19-第五弹性件, 20-气囊, 21-容置槽, 22-槽, 23

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第二弹片、24-竖杆、25-挡板、26-固定板、27-解锁杆、28-第三伸缩片、29-第三弹片、30-固定块、31-第四弹片、 32密封板，33斜边管道天然气的热值，34动杆，35拉杆，36连接缸，37秒活塞，38腔，39排气孔。

具体实现方法

37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施例并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。本发明及其说明仅用于解释本发明，并不用于限制本发明。

38.示例

39.如图所示。 1至图如图6所示，本发明包括依次交互的对象平台、传感器网络平台、管理平台、服务平台和用户平台，对象平台包括气相组件在线监测装置，气相组件在线监测装置用于对管道1中的天然气进行采样，分析获取天然气的气相成分数据，并将气相成分数据通过传感器网络平台传输至管理平台；管理平台 通过分析气相成分，判断天然气的质量。当天然气质量低于预设值或天然气质量波动时，通过服务平台向用户平台发送警示信息。

40.该技术方案可以通过安装的气相成分在线监测装置，在管道上的监测点对天然气进行采样，分析获取管道上天然气的气相成分数据。监测点。传感器网络平台传输至管理平台，利用管理平台的气相成分分析系统，根据预设程序实时分析气相成分，结合天然气质量判断热值的计算。若质量波动较大，将通过服务平台提醒用户平台，为成交量门站的天然气采购提供决策依据，从而实现远程监控当地天然气的目的。管道 1.

41.管理平台分析的气相成分包括氮气、甲烷、二氧化碳、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、新戊烷、异戊烷、正戊烷。

42.本技术方案采用柱状表分析气体成分指标数据的相关参数。主要分析对象包括：氮气、甲烷、二氧化碳、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、新戊烷、异戊烷、正戊烷、c6+、非标总量等。重点分析对象包括：标准氮、标准甲烷, 标准二氧化碳, 标准乙烷, 标准丙烷, 标准异丁烷, 标准正丁烷, 标准新戊烷, 标准异戊烷, 标准正戊烷, 标准 c6+, 总热量质量浓度, 净热量质量浓度, 总热量体积浓度, 净热量体积浓度、总和因子、分子量、密度、相对密度、总摆动常数、净摆动常数。

43.气相成分在线监测装置包括安装在管道1上的取样装置，取样装置包括第一膨胀件5、储气单元3和活动单元2，第一伸缩片5的活动端与储气单元3连接，第一伸缩片5内部设有第二伸缩片4，第二伸缩片4的活动端设有连杆9 ，所以连杆9依次穿过第一伸缩件5和储气单元3并滑动连接到活动单元2。可动单元2可向储气单元3移动并与储气单元3相通。

44.目前气相成分在线监测装置在监测天然气管道中的天然气时，需要对管道中的天然气进行采集，然后使用气相色谱-质谱仪监测天然气。分析天然气成分，实现天然气成分在线监测的目的。但是，由于天然气管道的管径从219毫米到3620毫米不等，在对管道内的天然气进行采样时，现有的在线监测装置通常只能测量天然气管道上层的天然气。对于天然气采样，不可能根据内径不同的天然气管道对管道下层的天然气进行采样，因为管道中的天然气通常含有氮气、甲烷、co2、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、新戊烷、异戊烷等气体，不同气体的密度不同，导致管道上层气体密度较低，管道下层气体密度较高。管道，尤其是在管道中。在直径较大的管道​​中，气体分层更加明显，导致监测的天然气成分存在误差。为此，本技术方案对现有的取样装置进行了改进，使其能够适用于不同尺寸的管道。在不同内径管道的内层和下层对天然气进行采样，其中第一伸缩元件5和第二伸缩元件4用于驱动储气单元3、主动单元2和连杆9伸入管道1内，沿管道1的径向伸展，从而将储气单元3、主动单元2和连杆9移动到管道1的下层，收集管道下层天然气1；所提供的储气单元3与连杆9固定连接，活动单元2与连杆9滑动连接，使活动单元2可在连杆9上移动，并与储气单元连通3、到管道的下层 1.收集天然气。

45.采样装置还包括箱体7，箱体7固定在管道1的外壁上；第一伸缩片5的一端固定在箱体7的内壁上，另一端与储气单元3相通；箱体7还设有气泵8，气泵8分别与第一伸缩件5和储气单元3连接。第二伸缩件4连通。

46. 箱体7固定在管道1上的收集口处，与管道1内壁密封，避免管道1内天然气泄漏；该技术方案是为了保证储气单元3和活动单元2能够平滑地沿管道1的径向移动

伸缩，所以第一伸缩件5和第二伸缩件4都使用了波纹管，通过设置在箱体7上的气泵8将气体充气到第一伸缩件5和第二伸缩件4中，使得第一伸缩元件5和第二伸缩元件4被充气。第一伸缩元件5和第二伸缩元件4均膨胀和拉伸，驱动储气单元3和活动单元2伸入管道1中，保证储气单元3和活动单元的正常运动。活动单元2。当空气单元3和活动单元2缩回箱体7内时，引入第一伸缩件5和第二伸缩件4的气体排出，第一伸缩件5和第二伸缩件第 4 件本身是有弹性的。在 的作用下，储气单元3和活动单元2被驱动收缩。

47.储气单元3包括储气箱16，储气箱16与第一伸缩件5相通，连杆9穿过储气箱16；储气箱16 储气箱16设有第一活塞11和第一弹性件10，第一活塞11套设在连杆9上，第一活塞11可沿连杆9轴向移动进入储气箱16；第一弹性件10的一端与储气箱16的内壁连接，另一端与第一活塞11连接；进气口。

48.当气体导入第一伸缩件5时，由于第一伸缩件5与储气罐16连通，导入第一伸缩件5的气体可以进入空气中储气罐16，气压作用于位于第一伸缩件5内的第一活塞11，迫使第一活塞11在储气罐16内运动。储气箱16内的杂气通过连接管排出。 而在集气时，当引入第一伸缩件5的气体排出时，随着储气箱16内的气压逐渐降低，在第一弹性件10的作用下，可以拉动第一活塞11后退，第一活塞11在后退过程中产生的负压将天然气吸入储气罐16，从而实现将天然气收集到储气罐16的目的。

49.活动单元2包括活动箱12，连杆9垂直穿过活动箱12，活动箱12可以沿连杆9的轴向移动，活动箱12朝向储气箱16方向的端部设有与连接管相匹配的连接孔，活动箱12的内壁上还设有第六弹性件，第六弹性件上设有挡板板17、挡板17的连接孔可以被堵住；连杆9的底部还设有盲孔，盲孔上设有活动杆14，连杆9的侧壁上还设有与盲孔相通的杆。孔15。条孔15沿连杆9轴向分布。条孔15上还设有横杆13。横杆13的一端与活动杆14相连，另一端与活动杆14相连。活动箱内壁 12.

50.本技术方案提供的活动单元2用于与储气单元3连接，第一伸缩件5和第二伸缩件9共同带动连杆9沿径向管道1移动时，当设置在连杆9下端的活动杆14与管道1下层内壁接触时，在连杆9的压力下，底部管子1的端部受力对活动杆14施加挤压力，迫使活动杆14向管子1的底部移动。连杆9沿该方向向后移动。后退过程中，连杆9在横杆13的作用下带动活动箱12随之运动，迫使储气箱16下端的连接管插入连接中。将活动箱12的孔内，推动挡板17移动打开连接孔，利用连接管侧壁上的进气孔实现活动箱12与储气箱的连通16 .

51.当活动盒12处于初始状态时，在第六弹性件的作用下，挡板17被拉动，将活动盒12上的连接孔堵住，使活动盒12为密封状态，当活动杆14带动活动盒12向储气盒16方向移动时，活动盒12与储气盒16的连接通过设置的连接管实现。 ，同时，活动盒12位于连杆9上。在移动过程中，当活动箱体12移动至连杆9侧壁上的条形孔15时，条形孔15用于实现管道1下层与内部的连通。当进入第一伸缩件5的气体排出时，管道1下层的天然气在第一伸缩件向后运动过程中产生的负压作用下被吸入活动箱12。首先活塞11，然后被吸入储气罐。在方框16中，实现了管道1下层气体的收集。

52.本技术方案利用第一伸缩件5和第二伸缩件4的共同作用带动连杆9、活动箱12和储气箱16协同工作沿管道1的轴线方向移动，当活动杆14移动到管道1的内底时，可以

可自动实现活动箱12与储气箱16的连通，满足不同内径管道1的使用，实现不同管道1内层和下层天然气的收集。

53.连杆9的盲孔内还设有第三伸缩件28和第三弹性件29。第三弹性件29的一端与百叶内底相连。孔，另一端与盲孔内底相连。第三伸缩片28的一端与活动杆14相连，一端与盲孔内底相连，另一端设有竖杆24。竖杆24内设有与该孔相通的空腔。第三伸缩件28。杆24的侧壁上还设有与空腔相通的气囊20。当第三伸缩件28被压缩时，气囊20可以膨胀；活动杆14面向第三伸缩件28的一端设置有凹槽22，凹槽内壁两侧还设置有容置槽21，垂直杆24可以插入凹槽22中，气囊20可在容置槽21内充气。

54.本技术方案中的采样装置首先在管道1的下层采集天然气，然后在向后移动的过程中继续采集管道1中的天然气，所以采样装置可以采集管道1内的天然气。管道1内沿径向不同位置的天然气保证采集的天然气能有效反映管道1内天然气的成分。部件4内的气体排出，迫使第二伸缩部件4缩回，从而带动储气箱16和活动箱12一起向后移动。在活动杆14移出管道1内壁后，储气箱16和活动箱12可以继续连通，从而设置第三伸缩件28和气囊20。 ，将活动杆14移回连杆9的盲孔中，使竖杆24插入凹槽22中，活动杆14的端部作用在第三伸缩片28上，迫使第三伸缩件28被压缩，在第三伸缩件28压缩过程中，位于第三伸缩件28内的气体通过竖杆24进入气囊20，迫使气囊20膨胀，充入容纳腔。槽21，利用膨胀气囊20。限制活动杆14，保证活动杆14与管道1内壁分离后，活动杆14不会带动活动箱12和储气箱16分离，从而保证活动箱12和储气箱16前后移动。在移动过程中，可以继续在管道1的不同位置收集天然气。

55.垂直杆24的空腔内还设置有第二弹性件23、挡板25和固定板26。第二弹性件23的一端连接至垂直杆24的空腔内壁相连，另一端与挡板25相连。固定板26的外径与空腔内径一致，固定板26固定在腔体的内壁上。设有通孔，第二弹性件23可推动挡板25将固定板26上的通孔挡住。连杆9上还设有解锁杆27，解锁杆27的一端依次穿入。第二伸缩件4和盒体7的另一端伸入第三伸缩件28中，解锁杆27可插入固定板26的通孔中，推动挡板25压缩第二弹性件23 .

56.为保证第三伸缩件28内的气体在活动杆14对第三伸缩件28的压缩过程中能够有效地给气囊20充气，竖直内腔rod 24 is There is a second elastic member 23、 blocking plate 25 and a fixing plate 26, and the second elastic member 23、 blocking plate 25 and fixing plate 26 constitute the structure of the one-way valve. In order to block the cavity of the vertical rod 24 , the gas in the third telescopic member 28 can only enter the cavity of the vertical rod 24 , and the gas in the cavity of the vertical rod 24 cannot flow back to the third telescopic member 28 . , thereby ensuring that the airbag 20 can effectively restrain the movable rod 14 and maintain the effective communication between the movable box 12 and the air storage box 16 .

57.And when the natural gas sampling in this period is completed, in order to ensure the subsequent use, an unlocking rod 27 is also provided. 4、connecting rod 9 and third telescopic member 28, and the unlocking rod 27 can extend into the through hole of the fixing plate 26 in the vertical rod 24, and the vertical rod 24 can push the blocking plate 25 to compress the second elastic member 23. Open the vertical rod 24 in the originally blocked state, so that the gas in the air bag 20 can return to the third telescopic member 28, and the restriction of the air bag 20 on the movable rod 14 is removed. Under the action, the movable rod 14 can be pushed to re-extend, and the movable box 12 is separated from the air storage box 16; the connecting rod 9 is also provided with a fifth elastic member 19, and the fifth elastic member 19 sets

On the unlocking lever 27, the two ends of the fifth elastic member 19 are respectively fixed to the outer wall of the unlocking lever 27, and the fifth elastic member is used to prevent the unlocking lever 27 from automatically moving downward. In the above method, the operator needs to manually press down The unlocking lever 27 is to be inserted into the through hole for unlocking. In order to realize remote automatic monitoring, a hydraulic cylinder or an air cylinder is preferably provided on the top of the box body 1 for connecting with the unlocking lever 27 to realize remote automatic control. Movement of the unlocking lever 27 .

58.The side wall of the box body 7 is also provided with a gas extraction unit 6, and the side wall of the gas storage box 16 is further provided with a gas extraction unit 6 and the gas storage box 16 The connected connecting unit 18; the gas extraction unit 6 includes a connecting cylinder 36, one end of the connecting cylinder 36 is a closed structure, and the other end is connected to the side wall of the box 7, and the connecting cylinder 36 is provided with a second piston 37 , the end of the second piston 37 is provided with a pull rod 35, the pull rod 35 penetrates the closed end of the connecting cylinder 36, the pull rod 35 is also provided with a moving rod 34, and the moving rod 34 sequentially penetrates the pull rod 35 and the second piston 37 , and can extend into the box body 7 , the end of the moving rod 34 extending into the box body 7 is provided with a cavity 38 , and the outer wall of the moving rod 34 is also provided with a row communicating with the cavity 38 . Air hole 39; the connecting unit 18 includes a fixing block 30 fixed on the outer wall of the air storage box 16, the fixing block 30 is provided with a guide hole communicating with the interior of the air storage box 16, and the inner diameter of the guide hole is related to the moving rod The outer diameters of 34 are the same, and there are placement slots on both sides of the inner wall of the guide hole. A fourth elastic member 31 is arranged in the placement slot. One end of the fourth elastic member 31 is connected to the inner bottom of the placement slot, and the other end is A sealing plate 32 capable of blocking the guide hole is provided thereon, and beveled edges 33 are further provided at the ends of the two sealing plates 32 facing each other.

59.When the natural gas in the pipeline 1 is sampled, the natural gas stored in the gas storage tank 16 needs to be transferred out, so the gas extraction unit 6 and the connection unit 18 are provided. After the air storage box 16 is driven back to the box body 7 by the air storage member 5 and the second telescopic member 4, in the initial state, the second piston 37 is in contact with the outer wall of the box body 7 to discharge the gas in the connecting cylinder 36, and then push to move Rod 34, insert the moving rod 34 into the guide hole of the fixed block 30, so that the end of the moving rod 34 acts on the bevel 33 of the sealing plate 32, forcing the sealing plate 32 to retract into the placement groove, ensuring that the moving rod 34 can Smoothly pass through the guide hole on the fixed block 30, insert it into the air storage box 16, and finally pull the tie rod 35, the tie rod 35 drives the second piston 37 to move along with it during the movement, and the second piston 37 is in the process of moving. , to generate negative pressure, forcing the natural gas located in the gas storage tank 16 to enter the connecting cylinder 36 through the exhaust hole 39 of the cavity 38、 in turn, thereby realizing the transfer of the natural gas collected in the gas storage tank 16 into the connecting cylinder 36 for subsequent component analysis of the collected natural gas. In practical applications, in order to realize remote automatic control, hydraulic cylinders or air cylinders are respectively provided at the ends of the moving rod 34 and the tie rod 35, which can realize the movement of the natural gas. Automatic movement of rod 34 and pull rod 35.

60.The above-mentioned specific implementations further describe the purpose, technical solutions and beneficial effects of the present invention in further detail. It should be understood that the above-mentioned specific implementations are only specific implementations of the present invention. However, it is not intended to limit the protection scope of the present invention. Any modification, equivalent replacement, improvement, etc. made within the spirit and principle of the present invention should be included in the protection scope of the present invention.