孔板流量计与天然气测量

使用孔板流量计测量天然气流量时，用到的天然气物性参数较多，SYL04-83,AGA 3均以不同的形式提供和推荐了天然气物性参数和其计算方法，SYL04-83提供的数据和方法已不是*新的。为更好的使用SYL04-83，提高天然气流量测量准确度，以下讨论几个流量计计算影响较大的物性参数的计算方法。

1.     天然气中单一组分的物性参数

SYL04-83和AGA 3 关于单一组分的物性参数与近期相关的专业发表的数据有些出入，表1是笔者根据AGA3（1985年版）和IUPAC 87 相对原子质量整理的，建议在SYL04-83修订之前协议的使用表1。

2.     天然气的假临界参数的计算

SYL04-83 以示例的形式介绍了用开氏规则计算天然气假临界压力Pe和假临界温度Te的方法，当天然气含有H₂S和CO₂时，这种方法是有偏差的，此时应采用Wichert—Aziz公式计算。其公式为：

 

式中  Te----修正后假临界温度  K

Pe---修正后假临界压力   MPa

E----温度修正系数，E＝66.667（A^0.9-A^1.5）+8.335（B^0.5+B⁴）其中B为H₂S的摩尔组分，A＝B+X，X为CO₂的摩尔组分。

3.    天然气的密度和相对密度计算孔板流量计与天然气流量测量

天然气的理想气体密度和相对密度，可以参照SYL04-83计算，空气的摩尔质量m_air应取为28.9625。天然气的真实气体的密度和相对密度应采用GB1106-89《天然气发热量，密度和相对密度的计算方法》计算。

4 天然气的等熵指数计算

SYL04-83规定一般k=1.3,这是不**的，目前，关于k值的经计算论文较少，本文结合化工行业的手册类出版物，提出一种计算等熵指数k值的方法，供参考使用。

理想气体的比定压摩尔热容一般认为只是温度的函数，可用下式计算：

         C_P=A₀+A₁T+A₂T²+A₃T²     （2）

式中：  C―――理想气体比定压摩尔热容 kj/mol *K;

       T―――气体温度    K

A₀  ， A₁ ， A₂  ， A₃   为温度系数 详见表2

         表1 天然气中各种气体的物性参数

 

 

天然气的单一组分理想气体比定压摩尔热容可由上式求得，混合气的理想气体比定压摩尔热容可用开氏规则计算，其真实气体的比定压摩尔热容可以由下式计算：

   C_P=C_P+C_P                 (3)

式中  C_P  ――真实气体比定压摩尔热容 kJ/mol*k

      C_P  ――由开氏规则计算的理想气体比定压摩尔热容       k J/mol*K

      C_P   ―― C_P的压力修正量           KJ/mol*K

       C_P值可由Prry-Chilton  1973版本查出，为计算方便，笔者

 用*小二乘法将其拟合为以下的方程（0.02《 P_t《2  》

          C_P＝APr+B             (4)

式中   A,  B  ----系数，详见表3

       P―――天然气的假对比压力

天然气的真实气体比定压摩尔热容C_V可由C_V=C_P-(C_P-C_V)求得 C_P-C_V

按下式计算：

 

式中：  T_r------天然气的假对比温度

        R------气体普适常数8.314510 kj/mol *K

表2  各种气体的温度系数

 

 

   表3 天然气假对比温度及系数

 

 

天然气的k值并不严格等于 ，还应对比值进行真实气体修正，但对于计算膨胀系数而言，可以不再修正，按下式计算：

 

5         天然气的压缩系数和超压缩系数计算

超压缩系数的计算偏差对流量计算影响较大。SYL04-83以附表的形式给出了压缩系数和超压缩系数，使用时需要内插，认为误差较大；AGA 8被认为是可行的计算方法，但计算工作量较大，不易实现。本文介绍了几种计算工作量小的压缩系数计算方法，供使用SYL04-83时参考。

1.     太平洋能源协会方程

太平洋能源协会方程是一种由相对密度计算压缩系数的方法，这与AGA3（1985年版）推荐的压缩系数在形式上是一致的。它的特点是计量工作量小，对非交接计量一般认为是可以接收的，其方程为：

 

 式中  Z―――天然气压缩系数 

P_a―――天然气的**压力 MP_a

G―――天然气的相对密度

K₁ ， K₂―――系数，详见表4。

表4  天然气相对密度及系数

 

 

2.     霍一雅方程

 霍一雅方程适用于T_r  》1.05 ，P_r较大时对比状态，此时霍一雅方程有+-0.3％准确度。其方程为：

 

 

3.     雷特利奇――孔方程

对于甲烷含量较高的天然气p_t<0.6时，可用以下方程求得Z值：

 

 

对方程求导后，用牛顿迭代可求得Z值。

SYL04－83定义 为超压缩系数，AGA 3定义为超压缩系数，并定义Z_f/Z_b为可压缩性，这两个标准对超压缩系数的定义是不一致的。天然气的具有代表性混合物的Z值为0.9900～0.9999，并不等于1。SYL04-83推荐的压缩系数和超压缩系数若是在考虑Z_b后得出。两个标准就无太大差异，若没有考虑Z_b，两者是有差异的，计算超压缩系数时应按AGA 3的方法计算，以便减少由Z_b带来。

由于粘度对流量系数的影响不大，粘度的计算不讨论了，但应强调指出计算雷诺数时应尽量**地计算粘度。

二  流量系数的计算和流量公式孔板流量计与天然气测量

AGA 3 SYL04-83给了相互一致的流量系数公式，AGA 3（1990年版）给出了流出系数和速度接近系数的定义，并以其乘积代替了流量系数。有些数据应用了新近研究的结果，在SYL04-83没修订前应允许交接（特别是涉外交接）双方协议的使用AGA3（1990版）中流出系数和速度系数接近系数公式。

AGA 3和SYL04-83分别给出了流量公式，由于超压缩系数的定义不一致，采用理想气体相对密度计量流量的公式中Z_b这个因素，使用时注意这一点。SYL04-83在推荐导常数因子项时，使用了空气的密度1.2046，并且由此得出常数因子A_b＝0.0003619（静压以MPa为单位时为0.3619），推导常数因此，空气的标准状态理想气体密度应为1.204004，此时A_h＝0.00036202（0.36202）。使用SYL04-83时注意这一问题。

使用孔板流量计测量天然气流量时，应**地计算天然气物性参数，尽量使用*新数据，提高天然气流量测量准确度。