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]。

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0.101325Mpa

pf为标准状况下绝对压力， Mpa

Tn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

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。

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。