天然气流量的计算机计量算法

　　天然气流量虽属气体流量范畴,但天然气的组分比较复杂,影响计量的因素较多。要想提高计量系统的精度和自动化程度,就必须采用符合流量计量理论 的科学方法。瞬时流量是流体工况(温度、差压、静压和组分等)的函数,而工况参数是瞬变的,以瞬时参数计算并累计流量才是符合流量计量理论的科学方法。为 实现这个目的,就须采用计算机计量系统。由于计算机计量系统采集到了智能变送器的实时信号,这就避免了繁琐而复杂的温度、压力、差压补偿的问题,从而在数 学模型上提高了系统精度,同时还可以采用更复杂而更精确的数学模型。应用计算机还可实现数据显示、数据存储、报表打印和报警等功能,极大地减轻人员的劳动 强度,通过计算机联网,可以实时测控天然气输气管道的数据,实现安全生产,使管理层可根据现场生产状况进行快速决策。辽河油田在国内首次实现天然气计量的 计算机集成系统。

　　1　天然气流量计量的数学模型

　　(1)标准孔板计量方法的测量原理

　　天然气流经节流装置时,流束在孔板处形成局部收缩,从而使流速增加,静压力降低,在孔板前后产生静压力差(差压),气流的流速越大,孔板前后产 生的差压也越大,从而可通过测量差压来衡量天然气流过节流装置的流量大小。这种测量流量的方法是以能量守恒定律和流动连续性方程为基础的。

　　中国石油天然气行业标准SY/T 6143—1996推荐了天然气标准体积流量的实用公式:

　　式中　Qn———标准状态下天然气体积流量,m3/s;

　　AS———秒计量系数,此式中

　　AS=3·1794×10-6

　　C———流出系数;

　　E———渐进速度系数;

　　d———孔板开孔直径,mm;

　　FG———相对密度系数;

　　ε———可膨胀系数;

　　FZ———超压缩因子;

　　FT———流动温度系数;

　　P1———孔板上游侧取压孔气流绝对静压,MPa;

　　Δp———气流流经孔板时产生的差压,Pa。

　　其中天然气超压缩因子FZ是天然气特性偏离理想气体定律而导出的修正系数定义为:

　　式中　Zn———天然气在标准状态下的压缩因子;

　　Z1———天然气在流动状态下的压缩因子。

　　(2)国际标准压缩因子Z1

　　SY/T 6143———1996给出的Z1表达式只适用于:当天然气以甲烷为主加上乙烷和少量重烃,且真实相对密度小于或等于0·75,氮气和二氧化碳气的摩尔分 数不超过0·15时;而且该Z1数学模型不很精确。在实际应用中,因为油田开采出的天然气的组分十分复杂,又由于标准体积流量与压缩因子Z1的平方根的倒 数成正比,所以Z1精度的提高对流量的精确计量有重大意义。国际标准ISO12213-2:1997《天然气压缩因子的计算》专门对压缩因子Z1的算法做 了描述。在四川石油管理局天然气研究院承担制定中国国家标准《天然气压缩因子的计算》送审稿中,其技术内容也与ISO 12213-2:1997完全一致。Z1的算法如下所示: