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聯系我們 天然氣是一種礦產物質, 從地下開采出來時, 都處于水飽和狀態。雖然在成為商品天然氣前都要進行脫水處理, 但由于脫水方法和工藝及經濟性的限制, 商品天然氣或多或少都含有水。天然氣中的水分不但會影響到天然氣的輸送、增壓和使用中的安全, 同時也會影響天然氣的質量和計量準確度。
在早期天然氣開發利用中, 由于技術或經濟原因, 天然氣輸送管道上沒有安裝在線水含量測定儀器, 用于計量的天然氣物性參數計算方法的輸入參數也沒有考慮水含量。隨著技術和經濟的發展,在線水含量測定儀器已經成為天然氣輸送管道中常規配置的在線測定儀器之一, 水含量也成為物性參數計算方法的輸入參數之一。在國外, 天然氣計量只有在標準參比條件下的高位發熱量計算方法中考慮水含量的影響, 并且只有干氣或飽和水兩種狀況。目前某些廠家在其在線色譜儀產品數據處理軟件中, 已經把實際水含量納入物性參數計算
的輸入參數。
隨著我國天然氣的開發和利用力度的加大, 其貿易量也隨之增加。為了解決國內資源不足, 已經開展液化天然氣(LNG)的引進項目, 管道天然氣的引進也提上議事日程。我國天然氣的計量方式也將從單純的體積計量方式向以能量計量為主, 體積計量為輔的慣例轉換。而水含量對流量計量結果的影響將涉及到能量價格的制定。
本文使用現在的標準方法, 探討了水含量對天然氣計量結果的影響。
1、流量計算公式
天然氣計量方式有體積計量和能量計量兩種,能量計量建立在體積計量的基礎上。在能量計量方式中, 能量流量計算公式如下:
E=qHs
式中:E 為天然氣標準參比條件下的能量流量(MJ/s 或kWh/s);q 為天然氣標準參比條件下的體積流量或質量流量(m3/s 或kg/s);HS 為天然氣標準參比條件下的高位發熱量(MJ/m3 、kWh/m3 或MJ/kg 、kWh/kg)。不管是體積計量方式還是能量計量方式, 都涉及到流量計量。
1.1差壓式流量計
孔板、噴嘴、文丘利等以測量差壓、壓力和溫度參數計算流量的流量計稱作差壓式流量計, 此類流量計直接計量結果為質量流量。為了方便體積計量, 某些標準中也提供標準參比條件下體積流量的計算公式。
1.2體積式流量計
為方便起見, 把超聲、渦輪和容積式等直接測量工作條件下的體積流量的流量計歸類為體積式流量計。此類流量計要求把工作條件下的體積流量換算成標準參比條件下的體積流量。
1.3質量式流量計
質量式流量計是直接測量質量流量的流量計, 在體積計量方式中, 要求把質量流量換算為成標準參比條件下的體積流量。
1.4臨界流流量計
臨界流流量計通常只作為標準流量計,計量結果也是質量流量。
2、水含量對流量計算結果影響分析
2.1影響因素分析
天然氣中的水是天然氣的組成部分, 對天然氣流量計量的影響是通過流量計量使用的物性參數傳遞的。與流量計算有關的物性參數有標準參比條件下的壓縮因子、密度、相對密度和高位發熱量, 工作條件下的壓縮因子、密度和臨界流函數以及摩爾質量和超壓縮因子。根據習慣, 可在密度或壓縮因子和摩爾質量或超壓縮因子和相對密度三組參數中選擇其一, 本文選擇了密度。
2.1.1標準參比條件下的密度和高位發熱量
標準參比條件下的密度和高位發熱量計算方法有ISO6976、ASTM D3588和GB/T11062,GB/T 11062 是參照ISO 6976 制定的。水含量對密度和高位發熱量計算結果的影響是通過組成摩爾分數的改變使理想氣體密度和高位發熱量和壓縮因子計算結果發生改變, 從而改變密度和高位發熱量的計算結果。
2.1.2工作條件下的密度
工作條件下的密度計算方法有ISO 12213、AGA NX -19、AGA No 8和GB/T 17747,GB/T 17747 是參照ISO 12213 制定的。水含量對密度計算結果的影響是由組成摩爾分數的改變或計
算方法不能處理水組分而引起的。
2.1.3工作條件下的臨界流函數
工作條件下的臨界流函數計算方法有JJG620 —1994和AGA 0。水含量對臨界流函數計算結果的影響是由組成摩爾分數的改變或計算方法不能處理水組分而引起的。
2.1.4摩爾質量
水含量對摩爾質量計算結果的影響是由組成摩爾分數的改變而引起的。
2.2相對偏差計算公式
為了方便, 下文提及的天然氣流量(q)和發熱量(Hs)均采用以體積為基礎的單位。相對偏差計算的參照值為不含水的計算值。
2.2.1差壓式流量計
以標準孔板為例, 由S Y/ T 6143 標準中的式(14)和GB/T 18603 中的式(B4)推導出差壓式流量計標準參比條件下體積流量相對偏差(ED)計算公式如下:
2.2.2體積式流量計
由GB/T 18603 中的B 式(B1)推導出體積式流量計標準參比條件下體積流量相對偏差(E V)計算公式如下:
2.2.3質量式流量計
由GB/T 18603 中的式(B4)推導出質量式流量計標準參比條件下體積流量相對偏差(Em)計算公式如下:
2.2.4臨界流流量計
由JJG620 —1994 檢定規程中的式(6)和GB/T18603 中的式(B4)推導出臨界流流量計標準參比條件下體積流量相對偏差(EC)計算公式如下:
2.2.5高位發熱量相對偏差計算公式標準參比條件下高位發熱量相對偏差(EH)計算公式如下:
式(2)～ 式(6)中:ρ為氣體密度(kg/m3);下標:n 為標準參比條件下的參數, 0 為不含水參數計算值, w 為含水參數計算值, 1 為操作條件下的參數;C＊為臨界流函數;M 為氣體摩爾質量(kg/kmol)。
3、水含量對流量計量影響實例
3.1基礎數據
1)典型的10 個天然氣組成數據列于表1 ;
2)標準參比條件為101 .325kPa , 20 ℃;
3)工作壓力從0 .5MPa ～ 10 .0MPa , 溫度為20 ℃, 對應的飽和水含量用ISO 18453規定的方法計算, 結果繪于圖1 ;
4)根據統計需要, 在干氣和飽和氣體之間, 分20 個水含量點結合表1 中的組成數據進行計算;
5)標準參比條件下的密度和高位發熱量用GB/T 11062 規定的方法計算;
6)工作條件下的密度用GB/T 17747 -2 規定的方法計算, 臨界流函數分別用JJG620 —1994 和AGA No10 規定的方法計算。
3.2水含量對流量計算的影響
把3.1 中的基礎數據與2 .2 中的公式結合計算相應項目的相對偏差。鑒于篇幅有限, 對每個項目的2600 個相對偏差數據(高位發熱量為200 個)進行統計。
3.2.1 差壓式流量計
相對偏差在-0 .028 %至0 .009 %之間, 與流量計的測量不確定度相比, 水含量的影響可以忽略。
3.2.2體積式流量計
相對偏差在-0 .003 %至0 .000 %之間, 與流量計的測量不確定度相比, 水含量的影響可以忽略。
3.2.3質量式流量計
相對偏差在-0 .049 %至0 .027 %之間, 與流量計的測量不確定度相比, 水含量的影響可以忽略。
3.2.4臨界流流量計流量
用JJG620 —1994 方法計算臨界流函數(干氣)與AGA No10 方法計算臨界流函數(濕氣)所引起的臨界流流量計標準參比條件下體積流量相對偏差在-0 .046 %至2 .134 %之間, 如此大的偏差不但源于JJG620 —1994 的方法不能處理含水天然氣, 也有JJG620 —1994 計算方法準確度低的原因。
只用AGA No10 方法計算臨界流函數所引起的臨界流流量計標準參比條件下體積流量相對偏差在-0 .030 %至0 .014 %之間。
3.2.5高位發熱量
相對偏差在-2 .160 %至0 .000 %之間, 實施能量計量時應考慮此因素的影響。
