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孔板流量計和天然氣流量計的比較

來源：ABG儀表集團-金湖百納儀表科技有限公司 2009年06月16日 08:44

孔板流量計與天然氣流量測量

使用孔板流量計測量天然氣時，孔板流量計的準確度除與節流裝置有關外，還與所采用的標準和天然氣物性參數的計算有關。目前，關于使用孔板流量計測量天然氣流量的標準有SYL04-83和AGA 3 ，這兩個標準在有關計算上有統一的地方，也存在著分歧，本文結合兩個標準討論一下天然氣參數計算和流量計算。

一 天然氣的物性參數計算

使用孔板流量計測量天然氣流量時，用到的天然氣物性參數較多，SYL04-83,AGA 3均以不同的形式提供和推薦了天然氣物性參數和其計算方法，SYL04-83提供的數據和方法已不是的。為更好的使用SYL04-83，提高天然氣流量測量準確度，以下討論幾個流量計計算影響較大的物性參數的計算方法。

1. 天然氣中單一組分的物性參數

SYL04-83和AGA 3 關于單一組分的物性參數與近期相關的專業發表的數據有些出入，表1是筆者根據AGA 3（1985年版）和IUPAC 87 相對原子質量整理的，建議在SYL04-83修訂之前協議的使用表1。

2. 天然氣的假臨界參數的計算

SYL04-83 以示例的形式介紹了用開氏規則計算天然氣假臨界壓力Pe和假臨界溫度Te的方法，當天然氣含有H₂S和CO₂時，這種方法是有偏差的，此時應采用Wichert—Aziz公式計算。其公式為：

式中 Te----修正后假臨界溫度 K

Pe---修正后假臨界壓力 MPa

E----溫度修正系數，E＝66.667（A^0.9-A^1.5）+8.335（B^0.5+B⁴）其中B為H₂S的摩爾組分，A＝B+X，X為CO₂的摩爾組分。

3. 天然氣的密度和相對密度計算

天然氣的理想氣體密度和相對密度，可以參照SYL04-83計算，空氣的摩爾質量m_air應取為28.9625。天然氣的真實氣體的密度和相對密度應采用GB1106-89《天然氣發熱量，密度和相對密度的計算方法》計算。

4 天然氣的等熵指數計算

SYL04-83規定一般k=1.3,這是不的，目前，關于k值的經計算論文較少，本文結合化工行業的手冊類出版物，提出一種計算等熵指數k值的方法，供參考使用。

理想氣體的比定壓摩爾熱容一般認為只是溫度的函數，可用下式計算：

C_P=A₀+A₁T+A₂T²+A₃T² （2）

式中： C―――理想氣體比定壓摩爾熱容 kj/mol *K;

T―――氣體溫度 K

A₀ ， A₁ ， A₂ ， A₃ 為溫度系數詳見表2

表1 天然氣中各種氣體的物性參數

天然氣的單一組分理想氣體比定壓摩爾熱容可由上式求得，混合氣的理想氣體比定壓摩爾熱容可用開氏規則計算，其真實氣體的比定壓摩爾熱容可以由下式計算：

C_P=C_P+C_P （3）

式中 C_P ――真實氣體比定壓摩爾熱容 kJ/mol*k

C_P ――由開氏規則計算的理想氣體比定壓摩爾熱容 k J/mol*K

C_P ―― C_P的壓力修正量 KJ/mol*K

C_P值可由Prry-Chilton 1973版本查出，為計算方便，筆者

用Z小二乘法將其擬合為以下的方程（0.02《 P_t《2 》

C_P＝APr+B （4）

式中 A, B ----系數，詳見表3

P―――天然氣的假對比壓力

天然氣的真實氣體比定壓摩爾熱容C_V可由C_V=C_P-（C_P-C_V）求得 C_P-C_V

按下式計算：

式中： T_r------天然氣的假對比溫度

R------氣體普適常數 8.314510 kj/mol *K

表2 各種氣體的溫度系數

表3 天然氣假對比溫度及系數

天然氣的k值并不嚴格等于，還應對比值進行真實氣體修正，但對于計算膨脹系數而言，可以不再修正，按下式計算：

5 天然氣的壓縮系數和超壓縮系數計算

超壓縮系數的計算偏差對流量計算影響較大。SYL04-83以附表的形式給出了壓縮系數和超壓縮系數，使用時需要內插，認為誤差較大；AGA 8 被認為是可行的計算方法，但計算工作量較大，不易實現。本文介紹了幾種計算工作量小的壓縮系數計算方法，供使用SYL04-83時參考。

1. 太平洋能源協會方程

太平洋能源協會方程是一種由相對密度計算壓縮系數的方法，這與AGA 3（1985年版）推薦的壓縮系數在形式上是一致的。它的特點是計量工作量小，對非交接計量一般認為是可以接收的，其方程為：

式中 Z―――天然氣壓縮系數

P_a―――天然氣的壓力 MP_a

G―――天然氣的相對密度

K₁ ， K₂―――系數，詳見表4。

表4 天然氣相對密度及系數

2. 霍一雅方程

霍一雅方程適用于T_r 》1.05 ，P_r 較大時對比狀態，此時霍一雅方程有+-0.3％準確度。其方程為：

3. 雷特利奇――孔方程

對于甲烷含量較高的天然氣p_t<0.6時，可用以下方程求得Z值：

對方程求導后，用牛頓迭代可求得Z值。

SYL04－83定義為超壓縮系數，AGA 3定義為超壓縮系數，并定義Z_f/Z_b為可壓縮性，這兩個標準對超壓縮系數的定義是不一致的。天然氣的具有代表性混合物的Z值為0.9900～0.9999，并不等于1。 SYL04-83推薦的壓縮系數和超壓縮系數若是在考慮Z_b后得出。兩個標準就無太大差異，若沒有考慮Z_b，兩者是有差異的，計算超壓縮系數時應按AGA 3的方法計算，以便減少由Z_b帶來。

由于粘度對流量系數的影響不大，粘度的計算不討論了，但應強調指出計算雷諾數時應盡量地計算粘度。

二 流量系數的計算和流量公式

AGA 3 SYL04-83給了相互一致的流量系數公式，AGA 3（1990 年版）給出了流出系數和速度接近系數的定義，并以其乘積代替了流量系數。有些數據應用了新近研究的結果，在SYL04-83沒修訂前應允許交接（特別是涉外交接）雙方協議的使用AGA 3（1990版）中流出系數和速度系數接近系數公式。

AGA 3和SYL04-83分別給出了流量公式，由于超壓縮系數的定義不一致，采用理想氣體相對密度計量流量的公式中Z_b這個因素，使用時注意這一點。SYL04-83在推薦導常數因子項時，使用了空氣的密度1.2046，并且由此得出常數因子A_b＝0.0003619（靜壓以MPa為單位時為0.3619），推導常數因此，空氣的標準狀態理想氣體密度應為1.204004，此時A_h＝0.00036202（0.36202）。使用SYL04-83時注意這一問題。

使用孔板流量計測量天然氣流量時，應地計算天然氣物性參數，盡量使用數據，提高天然氣流量測量準確度

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