天然气长输管道在首站及沿线压气站,会引入常规天然气、致密气、煤层气等气源,因气源复杂、工况差异较大,常存在个别气源夹带颗粒物杂质浓度突增的情况,对下游设备产生严重威胁。若能对天然气管道内颗粒物杂质浓度做到实时监测,在浓度达到报警值时,及时采取应急措施,可尽量避免重大事故发生。因此,开展高压天然气管道内颗粒物杂质的长周期在线监测技术研究与试验,对于确保天然气管网安全高效运行具有重要意义。本文以西气东输某压气站引进煤层气的节点为研究对象,通过现场调研制定了颗粒物监测系统设计方案,根据实际工况对监测系统性能进行优化和集成设计,并开展了实验室性能测试和现场试验。具体如下:对天然气管道内的颗粒物取样并作组分分析,发现颗粒物测量装置在实验室标定所用的标准粉尘,与现场“黑粉”的物性和光学特性有较大差异,主要表现在对光的吸收系数不同,导致仪器测量计算出的颗粒物浓度也不同。因此,使用“黑粉”标定,保证了测试结果的准确性。为便于颗粒物监测设备的标定与校准,设计了一套高压气体中颗粒物浓度测试实验台,并提出了高压气体工况下的固体气溶胶发生方法。提出一种基于几何光学的高压工况下颗粒物浓度测试优化方法,通过球面镜片折射,避免了高压气体的光学折射率变化造成的测量误差,基于此优化方法测得的数据与理论更相符合。并且在天然气管道现场进行了试验,分别用球面镜片与传统镜片的检测仪器,测试天然气管道内颗粒物浓度。通过对比实验结果,发现安装球面镜片的检测仪器测量浓度结果与理论相符合,证明了本优化方法的有效性。设计并制造了一套耐压10MPa的天然气管道内颗粒物监测撬装试验系统,集成了过滤元件性能实时评价、颗粒物检测与监测技术相互比对等功能。通过实验证明了所研制的颗粒物在线监测系统的浓度测量下限达0.1 mg/m~3,能够满足实际工况需求。设备通过具有压力容器生产资质厂家的12.5 MPa耐水压测试,验证了本装置的耐压可靠性,并安装在西气东输某压气站现场进行实际运行与现场实验。