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天然气组分变化对超声波流量计的影响

作者：汪春胜日期：2015-12-11 14:40 来源：未知

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]。

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。