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天然气流量计实流标定及绝热节流的温降计算

发布时间:2014-06-25  浏览:1445次  字号:  

1.1中压天然气流量计实流标定
国内现有的天然气实流标定装置有南京龙潭国家石油天然气大流量计量站等,南京国家站标定压力为4.5~9.6MPa,主要解决“西气东输”主管道高压管线上天然气流量计的标定,不负责解决一般城市管网所用中低压等级流量计的标定。各地区门站下方中压天然气流量计涉及贸易结算,属于强制检定范畴,需要保证流量计长期的准确、可靠及有效性。建立中压天然气流量计实流标定装置时,一方面要考虑标定时进口气源的要求,需要选择高压、大流量的气源;另一方面要考虑检定后气体排放的问题,需要天然气能及时排放,不会引起积压现象。因此,中压天然气流量计实流标定装置适合建在地区门站处。例如,在上海建立建立(0.8~1.6)MPa的中压天然气流量计实流标定装置,就可以选择在上海各门站处,入口压力多为(3.0~6.4)MPa。

然而,由于门站天然气压力较高,例如上海门站入I:1压力为(3.0~6.4)MPa,建立(0.8~1.6)MPa的中压天然气流量计实流标定装置,需要进行调压。高压天然气经过调压器时,由于绝热节流膨胀导致的焦耳一汤姆逊效应,天然气会产生温降,调压器出口处天然气温度可能会降到0℃以下。当温度低天然气露点时,会产生结露甚至结霜现象。温度降低过大,会引起天然气含水量的变化,天然气含水量对流量计量精度有较大影响。而《涡轮流量计》(JJG1037-2008)、《超声流量计》(JJG1030-2007)等检定规程中要求:计量检定用天然气组分要相对稳定;无游离水或油等杂质;在每个流量点的每一次检定过程中,检定用天然气的温度变化应不能超过±0.5℃。
1.2实流标定中的绝热节流的温降计算
天然气绝热节流的温降计算中,就需要计算焦耳一汤姆逊系数,其计算式为:

式中:μj为焦耳一汤姆逊系数,K/Pa
T为气体的热力学温度,K
P为气体的压力,Pa
h为气体比焓,I/kg
v为气体比体积,m0/ks
Cp为气体的比定压热容,I/(Icg-l。
实际气体状态方程常用的计算方法包括:改进VDw、RK算法等。通常采用范得瓦尔方程(VDW)对其进行描述,即:

式中:Rcon为气体常量,对于甲烷Rcon:5171l/(kg.K),a、b为气体常量,=228.5×10Pa.m2/kmol,a=228.5×10。Pa·m2/kmol。
根据上面两式可得:

范德瓦尔方程虽是描述实际气体的状态方程,但是大量的实践证明其在定量上还不够准确,因此,根据已知的T、P来求得后再代入(3)式计算。
压缩因子z的计算采用Dranchuk-Purvis-Robinson关联式来确定,即:

Tr气体的对比温度,K
ρr为气体的对比密度,kg/m2
ρr为气体的对比压力,Pa
Tc为临界温度,K,对于甲烷,=191.05K
Pc为临界压力,Pa,对于甲烷,临界压力P。=4640700。
μJ的求解也可由VDw方程的修正式推出。VDw方程的修正式主要有RK(Redlich—Kwong)方程、SRK(Soave-Redlich-Kwong)方程、PR(Peng-Robinson)方程、SBWR(Shoave-Bendict-WebbRubin)方程等。这些方程的计算精度都比较高,如RK方程:

在工程上,通常将真实气体的比热容表示为温度的3次多项式,如比定压热容:

为了计算方便,可直接利用文献介绍的甲烷的比定压热容计算式:

通过以上计算,得到绝热节流系数,就可以根据公式(9)计算确定天然气经调压后的温降。

2、计算结果与实际运行数据的对比
按着以上计算方法,对杭州市北门站运行数据进行了计算,结果如表l所示。
由于实际运行过程并非完全绝热节流过程,与理论计算数据不可能完全相同。但表格数据表明天然气经高一中压调压器后,天然气由于节流效应而形成低温,理论计算结果和实际运行数据是基本一致。
3、温度调节控制
在高压天然气经过相应的调压,将会引起焦耳一汤姆逊效应,但是为了满足检定规程中的一些要求,并且防止水化物的产生,同时还要保持住天然气的温度与实际工作温度一致,就要减少工作中的温度测量中所引起的测量误差。故而,就要建立相应的温度调节控制方案,并采用相应的加热装置对调压器前部分管路或者调压后部分管路进行加热,同时可以很好的控制住天然气的温度下降,并有效的防止工作中所产生的冷凝液。
加热系统控制的要准确的计算天然气所需要的热量,过低的热量则达不到防止天然气水化物的形成。在确定天然气绝热节流温度降后,可根据检定温度的要求和天然气流量,计算所需加热功率,控制一定量天然气进行加热。
以下是对调压器前、后管道加热两种情况,根据检定温度的要求和天然气流量,分别计算所需加热功率。

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