摘要:通过对超声波流量计工作原理进行分析,根据天然气体积计量的运算公式,结合中石化天然气榆济管道分公司天然气气质组分的现状,通过理论计算,数据对比等方法,研究天然气气质组分的变化对超声波流量计计量结果的影响,得出组分不同的气体,甲烷含量越低,气体相对密度越大,换算成标准状态下的流量也就越大的结论。
关键词:天然气计量;天然气气质组分;气体相对密度前言中石化天然气榆济管道分公司主要从事榆林——济南天然气长输管道的运营管理,担负着向陕西、山西、河南、山东、河北等五省的供气任务。作为天然气长输管道运营管理企业,天然气计量交接尤为重要。为确保计量准确,在榆济管道沿线各输气站采用了超声波流量计进行计量交接。榆济管道的气源来自鄂尔多斯大牛地气田,气质较为复杂,为更好的确保超声波流量计计量的准确性,结合生成工作实际,我们对不同的气体组分进行了分析,探讨了组分变化对计量结果的影响,以实现经济效益的最大化。
一、超声波流量计工作原理
超声波流量计是一个独立测量设备,由多个位于管线内壁的超声传感器组成。传感器是由紧固机械装置插入管道中的,超声脉冲被两个传感器交替发射和接收。Elster-Instromet 的 Q.
sonic 系列超声波流量计还可以配置成双向计量模式,精度不变。Q.sonic IV.a还使用反射通道,反射通道通过超声信号在管道壁之上的反射,来测量气体流量[1-2]。
由上述两式推导出流体流速和流量的计算公式如下:
q = v?A
式中:
q——流体在管道中的工况流量;
A——管道横截面积
标准状况下瞬时流量为:
式中:
qn为标准状况下瞬时流量m3/h;
qf为工作状况下瞬时流量m3/h;
pn为标准状况下绝对压力,其值为0.101325Mpapf为标准状况下绝对压力,MpaTn为标准状况下热力学温度,其值为293.15K
Tf为工作条件下热力学温度,K;
Zn为标准条件下压缩系数;
Zf为工作条件下压缩系数
二、气体组分变化对超声波流量计计量影响分析(一)理论分析现有两种组分含量不同的气体,在相同的工况条件下其均用同台超声波流量计计量,即工况压力Pf1 =Pf2,工况温度Tf1= Tf2,工况瞬时流量qf1= qf2,则两种气体在标准状态下的瞬时流量之比为由此式可以看出,标准状况下的瞬时流量与Zn/Zf成正比,即不同气质组分的气体在相同的工况条件下,Zn/Zf值越大的气体,计量结果越大。
(二)数据分析
为了探索不同的气体组分对超声波流量计计量结果的影响,我们采用了不同时期的9份天然气组分分析报告,计算其Zn/Zf值,并进行数据对比。为直观区分9种不同组分的天然气,现以甲烷的不同含量来代表不同组分的天然气。
标况下的压缩系数计算公式为 Zn=1-(∑iyi bi )2+0.0005(2yH-yH2)式中:yi为i的摩尔分数, bi 为气体i组分的求和因子,yH为天然气中氢气的摩尔分数。
工况下的压缩系数计算公式为
式中:
p为气体压力,MPa;
T为气体温度,K;
? 为气体相对密度。
(1)天然气甲烷含量对计量的影响
现采用中石化天然气榆济管道分公司某输气站的9份气质组分分析报告,该输气站工况压力为6.7Mpa,平均温度为11℃,根据上述标况和工况下压缩系数计算公式得出Zn、Zf,并对Zn/Zf进行计算统计(表1),并作出Zn/Zf与不同甲烷含量的关系曲线图(图1)。
表1 不同组分气体数据对比表
甲烷含 量相对密 度标况压缩系数 Zn工况压缩系数 ZfZn/Zf91.9250.61430.997760.838341.19016292.41190.61090.997760.839371.188701
92.46230.60680.997810.842621.184176
92.51470.60670.997810.842851.183852
由图分析可知,天然气中甲烷含量降低,其 Zn/Zf 值将逐渐增大,超声波流量计输出的标准状况下的瞬时气体流量也随之增大。
(2)相对密度对计量的影响
天然气组分中,在不同的组分中不仅甲烷在变化,其余组分含量也存在差异,其差异值也体现在气体的相对密度上[3-4]。
通过对不同气体组分的相对密度进行数据对比,寻找其与 Zn/Zf的关系,探讨其对计量结果的影响。
由 Zn/Zf 与不同组分气体相对密度的关系曲线图(图 2)分析得知,随着不同气体组分的相对密度的增大,其 Zn/Zf 值将逐渐增大,超声波流量计输出的标准状况下的瞬时气体流量也随之增大。
综合上述数据对比分析可知:对于组分含量不同的气体,甲烷含量越低,气体相对密度越大,换算成标准状况下的流量也就越大。
图2 Zn/Zf与不同甲烷含量的关系曲线图
三、结论及意义
本文通过对不同气质组分的气体进行研究,运用数据分析对比的方法,探讨甲烷含量以及相对密度的变化对超声波流量计计量结果的影响,得出甲烷含量越低,气体相对密度越大,换算成标准状况下的流量也越大。由此可以看出,天然气气质组分的变化直接影响着贸易计量的准确性,关系着企业的经济效益。在日常生产过程中,应加强对天然气气质的分析,及时更新流量计中的气质组分,在不影响用户安全用气和气质达标的前提下,可以通过提高天然气相对密度,来实现精确计量和经济效益的最大化。
参考文献:
[1] 潘呸武,张明.天然气计量技术基础.北京:石油工业出版社,2013.
[2] 李长俊.天然气管道输送.北京:石油工业出版社,2000.
[3] 蒋大旭,郑开银.天然气自动计量教程.北京:中国计量出版社,2004.
[4] 张良鹤.天然气集输工程.北京:石油工业出版社,2001.
作者简介:汪春胜(1986-),男,汉族,天津人,毕业于西南石油大学油气储运工程专业,助理工程师,现主要从事长输管道运行管理工作。