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高酸性天然气流量计量的体积校正系数推导
点击次数:695 发布时间:2015-01-06

 根据真实气体状态方程(pV=ZnRT,式中n为气体的摩尔数),采用Bumett关系式计算天然气压缩因子,则校正前与校正后的体积关系为:

其中,令j=Z校正Z未校正,则j 即为高酸性天然气流量计量的体积校正系数。
1.实例1(管输天然气)
  某管输天然气中CH4摩尔分数为99.73%,CO2摩尔分数为0.27%,操作压力为8.2 MPa(压力),温度为40℃,试求天然气压缩因子。
1.1 计算平均临界压力(p′c)及平均临界温度(T′c)  平均临界压力(p′c)及平均临界温度(T′c)计算结果见表1。

1.2 计算平均对比压力(p′r)及平均对比温度(T′r)

1.3 计算天然气压缩因子(Z)
  采用标准图表法,查表得Z=0.9;采用AGA8—92DC方法计算,得到Z=0.896 39;采用Bumett关系式计算,得到Z=0.895 375。
  标准图表法与AGA8—92DC法计算结果的误差(δ1)为:δ1=(0.9-0.896 39)100/0.896 39=0.402 7%
  Bumett法与AGA8—92DC法计算结果的误差(δ2)为:δ2=(0.895 375-0.896 39)100/0.896 39=-0.113 2%
  通过计算实例1可知,在管输天然气的条件下,Bumett法与AGA8—92DC法计算的天然气压缩因子吻合度非常好。因此,可以用Bumett 法替代AGA8—92DC法计算天然气压缩因子,2种方法计算的天然气压缩因子结果误差小于0.3%;而标准图表法的准确度较Bumett法低。
2.实例2(高酸性天然气)
  某高酸性气田天然气中CH4的摩尔分数为78.250%,C2H6的摩尔分数为0.030%,He的摩尔分数为0.010%,N2的摩尔分数为0.520%,CO2的摩尔分数为8.860%,H2S的摩尔分数为12.330%,操作压力为8.2MPa(压力),温度为40℃,试求天然气压缩因子及天然气流量计量的体积校正系数。3.2.1 计算平均临界压力(p′c)及平均临界温度(T′c)
  平均临界压力p′c及平均临界温度(T′c)的计算结果见表2。

2.2 计算平均对比压力(p′r)及平均对比温度(T′r)

2.3 计算未修正时的天然气压缩因子(Z)
  采用标准图表法,查表得Z=0.81;采用AGA8—92DC方法计算,得到Z=0.848 50;采用Bumett关系式计算,得到Z=0.833 17。
  标准图表法与AGA8—92DC法计算结果的误差(δ1)为:δ1=(0.81-0.848 50)100/0.848 50=-4.537%
  Bumett法与AGA8—92DC 法计算结果的误差(δ2)为:
δ2=(0.833 17-0.848 50)100/0.848 50=-1.806 7%
  通过实例2计算可知:①标准图表法准确度低,计算不方便;②AGA8—92DC计算方法采用的是迭代算法,虽然准确度高,但计算复杂;③Bumett关系式虽然准确度较AGA8—92DC低,但较标准图表法要高,计算复杂程度也比较适中,便于实现电算化;④实例2的计算结果误差较实例1要大,但这与Bumett法与AGA8—9 2DC法计算的天然气压缩因子误差小于0.3%的结论并不矛盾,这是因为,不论是标准图表法,还是AGA8—92DC法及Bumett法,由于H2S的含量较高(摩尔分数为12.33%),都超出了其适用范围,使得不确定度相应增加了。这也从另一方面说明:用常规方法计算高酸性天然气压缩因子时,必须加以校正。
2.4 采用Wichest-Aziz法计算校正后的天然气压缩因子(Z)
  由式(17)得ε=24.94,查Wichest-Aziz天然气平均临界温度校正系数图得ε=25。

采用标准图表法查Standing-Katz图得Z=0.85;采用Bumett关系式计算得知Z=0.860 85。
2.5 求高酸性天然气流量计量的体积校正系数  按标准图表法计算得知j=0.85/0.81=1.04938;按Bumett关系式计算得知j=0.860 85/0.833 17=1.033 22
  由此可知,对于高酸性天然气,校正天然气压缩因子、修正天然气流量的体积测量值是必需的。如果不进行天然气压缩因子的校正,常规天然气流量计量的体积量会偏低,体积偏低量可超过3%。
  1)对于高酸性天然气,在使用常规的天然气计量仪表测量其体积流量时,必须对流量测量结果进行修正,否则将导致天然气流量计量值偏低超过3%。
  2)Wichest-Aziz校正方法结合Bumett关系式计算酸性天然气的天然气压缩因子,在其适用条件范围内[温度为-12.2~93.3℃,压力为0~13.789 6MPa,酸性组分(H2S+CO2)的摩尔分数不大于80%],计算得到的天然气压缩因子准确度较高,适于工程应用,也便于实现电算化。
  3)针对高酸性天然气,采用Wichest-Aziz校正方法结合Bumett关系式计算的酸性天然气压缩因子与直接采用Bumett关系式计算的天然气压缩因子(替代常规天然气流量计量仪表内部计算的天然气压缩因子)之比,可有效地求得天然气流量计量仪表的修正系数,从而提高酸性天然气流量计量的准确度。
  4)Wichest-Aziz校正方法结合标准图表法计算酸性天然气的压缩因子,虽然比较简单,但计算的酸性天然气压缩因子准确度较低,且不方便,不利于天然气压
缩因子电算化的实现。

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