多组分天然气计量中气体密度计算研究

　　0　引言

　　天然气是一种多组分的混合气体,使用差压流量计对天然气流量进行计量时,由伯努利方程可以看出气体密度ρ是流量计量的重要参数。差压Δp由现场实测值给出,密度ρ是根据混合气体组分和计量参比条件计算得出。密度ρ计算数据的准确,对流量测量值的准确度有着直接的影响。在计量参比条件下(20℃,101.325kPa),由于工况不同,天然气组分的变化是影响密度量值的主要因素之一。本文依据国家标准GB/T 11062-1998[1]给出了天然气密度、相对密度的完整算法。

　　1　天然气组分及参数

　　由于地域、工况的不同,天然气组分也不相同。东北某油田天然气站2003年9月份的天然气组分如表1所示。表1中摩尔质量、压缩系数和求和因子引自国家标准GB/T 11062-1998。

　　天然气密度的计算,应把天然气组分的体积分数换算为摩尔分数,换算公式[1]为:

　　式中:Xj为天然气组分j的摩尔分数;Qj为天然气组分j的体积分数;Zj为天然气组分j在参比条件(t,p)下的压缩因子。

　　依据表1中第2列天然气组分的体积分数和计量参比条件为:(20℃,101.325kPa),组分j的摩尔分数经计算列于表1的第6列。

　　2　密度的计算

　　2.1天然气理想气体的相对密度

　　理想气体相对密度的计算公式[1]为:

　　式中:d0为天然气理想气体的相对密度;Xj为天然气组分j的摩尔分数;Mj为天然气组分j的摩尔质量;Mair为标准组成的干空气的摩尔质量,根据国家标准[1]取。

　　经计算得d0=0.8789。

　　2.2天然气实际相对密度

　　实际工况中天然气为非理想气体,在计算其密度、相对密度的实际值时需要对气体进行修正,这种修正是通过使用压缩因子Zmix来完成的。

　　天然气实际相对密度计算公式[1]为:

　　式中:d(t,p)为天然气实际相对密度;Zmix(t,p)为天然气压缩因子;Zair(t,p)为标准组成的干空气的压缩因子。

　　根据国家标准[1]取Zair(293.15K,101.325kPa)=0.9996,天然气压缩因子Zmix(t,p)的计算由下式[2]完成:

　　式中:为天然气组分j的求和因子;XH为天然气中氢气含量的摩尔分数(本例中XH=0)。

　　根据表1中的数据计算得Zmix(293.15K,101.325kPa)=0.9949,则天然气实际相对密度d(293.15K,101.325kPa)=0.88312,按4位有效数字取d(293.15K,101.325kPa)=0.8831。

　　2.3天然气理想气体密度

　　理想气体密度的计算公式[1]为:

　　式中:ρ0(t,p)为天然气理想气体的密度;R为摩尔气体参数();T为绝对温度;p为压力。