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孔板流量計與天然氣測量
點擊次數:3388 發布時間:2010-03-18

使用孔板流量計測量天然氣時,孔板流量計的準確度除與節流裝置有關外,還與所采用的標準和天然氣物性參數的計算有關。目前,關于使用孔板流量計測量天然氣流量的標準有SYL04-83和AGA 3 ,這兩個標準在有關計算上有統一的地方,也存在著分歧,本文結合兩個標準討論一下天然氣參數計算和流量計算。

一 天然氣的物性參數計算孔板流量計與天然氣流量測量

使用孔板流量計測量天然氣流量時,用到的天然氣物性參數較多,SYL04-83,AGA 3均以不同的形式提供和推薦了天然氣物性參數和其計算方法,SYL04-83提供的數據和方法已不是的。為更好的使用SYL04-83,提高天然氣流量測量準確度,以下討論幾個流量計計算影響較大的物性參數的計算方法。

1. 天然氣中單一組分的物性參數

SYL04-83和AGA 3 關于單一組分的物性參數與近期相關的專業發表的數據有些出入,表1是筆者根據AGA3(1985年版)和IUPAC 87 相對原子質量整理的,建議在SYL04-83修訂之前協議的使用表1。

2. 天然氣的假臨界參數的計算

SYL04-83 以示例的形式介紹了用開氏規則計算天然氣假臨界壓力Pe和假臨界溫度Te的方法,當天然氣含有H2S和CO2時,這種方法是有偏差的,此時應采用Wichert—Aziz公式計算。其公式為:

式中 Te----修正后假臨界溫度 K

Pe---修正后假臨界壓力 MPa

E----溫度修正系數,E=66.667(A0.9-A1.5)+8.335(B0.5+B4)其中B為H2S的摩爾組分,A=B+X,X為CO2的摩爾組分。

3. 天然氣的密度和相對密度計算孔板流量計與天然氣流量測量

天然氣的理想氣體密度和相對密度,可以參照SYL04-83計算,空氣的摩爾質量mair應取為28.9625。天然氣的真實氣體的密度和相對密度應采用GB1106-89《天然氣發熱量,密度和相對密度的計算方法》計算。

4 天然氣的等熵指數計算

SYL04-83規定一般k=1.3,這是不的,目前,關于k值的經計算論文較少,本文結合化工行業的手冊類出版物,提出一種計算等熵指數k值的方法,供參考使用。

理想氣體的比定壓摩爾熱容一般認為只是溫度的函數,可用下式計算:

CP=A0+A1T+A2T2+A3T2 (2)

式中: C―――理想氣體比定壓摩爾熱容 kj/mol *K;

T―――氣體溫度 K

A0 , A1 , A2 , A3 為溫度系數 詳見表2

表1 天然氣中各種氣體的物性參數

天然氣的單一組分理想氣體比定壓摩爾熱容可由上式求得,混合氣的理想氣體比定壓摩爾熱容可用開氏規則計算,其真實氣體的比定壓摩爾熱容可以由下式計算:

CP=CP+CP (3)

式中 CP ――真實氣體比定壓摩爾熱容 kJ/mol*k

CP ――由開氏規則計算的理想氣體比定壓摩爾熱容 k J/mol*K

CP ―― CP的壓力修正量 KJ/mol*K

CP值可由Prry-Chilton 1973版本查出,為計算方便,筆者

用zui小二乘法將其擬合為以下的方程(0.02《 Pt《2 》

CP=APr+B (4)

式中 A, B ----系數,詳見表3

P―――天然氣的假對比壓力

天然氣的真實氣體比定壓摩爾熱容CV可由CV=CP-(CP-CV)求得 CP-CV

按下式計算:

式中: Tr------天然氣的假對比溫度

R------氣體普適常數8.314510 kj/mol *K

表2 各種氣體的溫度系數

表3 天然氣假對比溫度及系數

天然氣的k值并不嚴格等于 ,還應對比值進行真實氣體修正,但對于計算膨脹系數而言,可以不再修正,按下式計算:

5 天然氣的壓縮系數和超壓縮系數計算

超壓縮系數的計算偏差對流量計算影響較大。SYL04-83以附表的形式給出了壓縮系數和超壓縮系數,使用時需要內插,認為誤差較大;AGA 8被認為是可行的計算方法,但計算工作量較大,不易實現。本文介紹了幾種計算工作量小的壓縮系數計算方法,供使用SYL04-83時參考。

1. 太平洋能源協會方程

太平洋能源協會方程是一種由相對密度計算壓縮系數的方法,這與AGA3(1985年版)推薦的壓縮系數在形式上是一致的。它的特點是計量工作量小,對非交接計量一般認為是可以接收的,其方程為:

式中 Z―――天然氣壓縮系數

Pa―――天然氣的壓力 MPa

G―――天然氣的相對密度

K1 , K2―――系數,詳見表4。

表4 天然氣相對密度及系數

2. 霍一雅方程

霍一雅方程適用于Tr 》1.05 ,Pr較大時對比狀態,此時霍一雅方程有+-0.3%準確度。其方程為:

3. 雷特利奇――孔方程

對于甲烷含量較高的天然氣pt<0.6時,可用以下方程求得Z值:

對方程求導后,用牛頓迭代可求得Z值。

SYL04-83定義 為超壓縮系數,AGA 3定義為超壓縮系數,并定義Zf/Zb為可壓縮性,這兩個標準對超壓縮系數的定義是不一致的。天然氣的具有代表性混合物的Z值為0.9900~0.9999,并不等于1。SYL04-83推薦的壓縮系數和超壓縮系數若是在考慮Zb后得出。兩個標準就無太大差異,若沒有考慮Zb,兩者是有差異的,計算超壓縮系數時應按AGA 3的方法計算,以便減少由Zb帶來。

由于粘度對流量系數的影響不大,粘度的計算不討論了,但應強調指出計算雷諾數時應盡量地計算粘度。

二 流量系數的計算和流量公式孔板流量計與天然氣測量

AGA 3 SYL04-83給了相互一致的流量系數公式,AGA 3(1990年版)給出了流出系數和速度接近系數的定義,并以其乘積代替了流量系數。有些數據應用了新近研究的結果,在SYL04-83沒修訂前應允許交接(特別是涉外交接)雙方協議的使用AGA3(1990版)中流出系數和速度系數接近系數公式。

AGA 3和SYL04-83分別給出了流量公式,由于超壓縮系數的定義不一致,采用理想氣體相對密度計量流量的公式中Zb這個因素,使用時注意這一點。SYL04-83在推薦導常數因子項時,使用了空氣的密度1.2046,并且由此得出常數因子Ab=0.0003619(靜壓以MPa為單位時為0.3619),推導常數因此,空氣的標準狀態理想氣體密度應為1.204004,此時Ah=0.00036202(0.36202)。使用SYL04-83時注意這一問題。

使用孔板流量計測量天然氣流量時,應地計算天然氣物性參數,盡量使用數據,提高天然氣流量測量準確度。

 
 
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