浅谈压缩因子及其在燃气计量中的影(论文)

浅谈压缩因子及其在燃气计量中的影响作者：易达春文章来源：转贴点击数：1319更新时间：2005-8-2515:00:19广东佛山南海燃气总公司，广东佛山528200)摘要：本文通过对压缩因子的介绍，浅要分析了其在燃气计算中的影响。关键词：临界温度；临界压力；势能；动能；压缩因子；燃气计量1前言随着燃气业的不断发展，工商业燃气用户也越来越多，特别是将来天然气在广东珠三角的推广将使珠三角燃气行业得到更迅猛的发展。由于燃气公司与供应商，燃气公司与用户之间，都是存在经济的利益关系，因而在燃气计量上必然存在着或多或少的矛盾。特别是大型工业用户与燃气公司的计量问题的更容易发生矛盾。为了减少此类矛盾的激化，燃气公司在自身利益不受损害的情况下，都将会尽量减少计量上的误差，使两者的矛盾得到缓和。因而燃气公司在计量上就应了解许多注意事项，其中压缩因子就是众多影响计量准确度的潜在因素之一。2压缩因子的产生及在计量上的影响2．1提出问题假如有这么一道题问您：一个温度为20℃盛满甲烷的10m3容器，压力为1．OMPa，试问标准状况下的体积是大于、等于还是小于l0m3，如果你回答等于10m3，那您就回答错了;如果再问您这一道问题：两个温度同为20℃、体积10m3、压力同为1．0MPa容器，一个盛满甲烷，另一个盛满液化气，试问标准状况下的体积两种气体体积是否相同，如果您回答相同，那您又回答错了。2．2问题产生原因也许此时你或许会纳闷了，为什么会出现这种现象呢?其实这主要由于您在回答时只考虑到理想标准状况下的气态方程oVo=nRTo,而实际上在理想状态方程中有个关键的参数却没考虑，那就是压缩因子z。因为在理想状态下，压缩因子z在任何温度及压力下均恒为l。但在实际的气体计算中，压缩因子却是不可忽略的，而且对计量会产生较大的影响，特别是在中高压气体的计量上。对比压力Pr图l气体的压缩因子z与对比温度Tr、对比压力Pr的关系(当P＜1，Tr=0.6～1.0)对比压力Pr图2气体的压缩因子z与对比温度Tr、对比压力Pr的关系(当P＜5.6，Tr—O.6～2.O)在实际的气体计量的过程中，气体状态方程：Z=PV／RT，压缩因子z在计算中引入了临界温度Tc和临界压力Pc两种参数，其中压缩因子Z=f(Pc，Tc)是随温度及压力而变化的(关系图l，2)，其中：临界温度指的是气体加压液化所允许的最高温度，一般分子间的引力越大对应的临界温度越高；如甲烷临界温度Tc为191．05K，丙烷临界温度Tc为368．85K；临界压力指的是气体在临界温度时发生液化所需要的最小压力；如甲烷临界压力Pc为4．6407MPa，丙烷临界压力Pc为4.3975MPa；在实际计算中，还要引入对比压力Pr和对比温度Tr，所谓的对比压力就是实际工作压力和临界压力Pc的比值，对比温度同理亦是实际工作温度和临界温度Tc的比值。压缩因子的数值在不同温度压力下的也不是完全沿一个趋势变化的，如天然气是先随压力增大而变小，到达一定程度后又逐渐随压力增大而变大。那为什么会出现这种情况呢?从微观上讲，这主要是由于分子间的作用力造成的。一定温度下的气体在压力较小时，分子间的距离较大，分子间一般表现为引力，造成实际气体比理想气体更易于被压缩，但随着压力增加气体分子逐渐靠近，分子间的作用力表现为排斥力造成气体难于被压缩，进而形成压缩因子的数值上的变化，并且该数值随气体种类不同而不同。2．3问题的深化根据气体压缩因子与对比温度及对比压力的曲线图可发现：在一般的计量工况下(温度小于50℃，压力小于10MPa)，天然气的压缩因子均大于液化石油气的压缩因子，亦是说气态液化石油气在该条件下体积受压缩因子的影响大于对气态天然气的体积的影响。根据计算公式，Vo=VPTo／(PoTZ)，液化石油气和天然气在同等工况下修正系数可通过计算得出：例一：已知混合气体的容积成分为yC3H6=50％，yC4H10=50％，压力为1．0MPa，温度为25℃的压缩因子。解：(1)标准状况下混合气体的密度：ρo=1／100∑yiρi=0．01*(50*2．0102+50*2．703)=2．36kg／nm3(2)混合气体的平均临界温度和临界压力：丙烷：Tc=368．85K；Pc=4．3975MPa正丁烷：Tc=425．95K；Pc=3．6173MPa混合气体的平均临界温度和平均临界压力：Tm·C=1／100*(50*368．85+50*425．95)=397．2KPm·C=1／100*(50*4．3975+50*3．6173)=4．0074MPa(3)对比压力和对比温度：Pr=P／Pm·c=(1+0．101325)／4．0074=0．28Tr=T／Tm·C=(25+273．15)／397．2=0．7506(4)通过图1—3可解得压缩因子：Z=0．67例二：已知CH4，压力为1．0MPa，温度为25℃的压缩因子。解：(1)CH4气体的临界温度和临界压力：Tc=191．05K；Pc=4．6407MPa(2)对比压力和对比温度：Pr=P／Pc=(1+0．101325)／4．6407=0．237Tr=T／Tc=(25+273．15)／191．05=1．5606(3)压缩因子：Z=0．98通过初步计算在一定温度及压力范围内(如25℃，1．0MPa压力以下)，进一步的可得出液化石油气压缩因子相对小于天然气：表1温度（℃）0.070.10.20.30.40.81.0压力（MPa）252525252525251压缩因子（LNG）0.9990.9980.9960.9940.9920.9840.98压缩因子（LPG）0.9980.990.930.900.880.770.672．4压缩因子在实际计量的应用在实际计量中，如在0．1～0.3MPa，0～30℃的条件下压缩因子一般取0．998(在国内液化气槽船上的气体计量一般参照该数)，数值偏差相对较小，但也不可忽视，比如一年销售液化气为100000t，槽船运走气相估计约为2000t，压缩因子按0．998来计算，影响的偏差可达4吨，以3000元/t计，如不考虑压缩因子的影响，偏差将达12000元之巨。但通过本文以上计算不难发现，压缩因子取0．998其实只是个估算值，只有当燃气气体压力、温度到一定值时才能符合该数值要求。在中高压的计量中为了考虑压缩因子、温度以及压力的影响，通常在中高压计量中引进了一种修正设备—体积温压修正仪。该设备有如下几个功能：温度补偿，压力补偿，压缩因子的计算，记忆存储等。具体计算原理为：先预先设置气体组成，然后通过温压信号、气体成分计算出压缩因子，最后通过气体状态方程计算出流量值，并直接显示计算结果进而达到商业计量的需要。但这直接受生产单位的制造水平的影响(如信号输出及接收的准确率、频率，气体成分的设置，软件制造水平等等)。在实际计量中影响因素还很多，如温度的大小，气体的各组份比例，气体压力的大小，煤气表的精度。通常计量时最有争议的就是煤气表的精度问题。3结论燃气计量关系到每个公司、个人的经济利益关系，为了更准确的计量，压缩因子是一项不可忽视的参数，这也是一般技术人员不大注意的一个参数，因而这需要每个燃气公司在计量中把握好技术关，了解影响燃气计量的综合因素，尽量做到客户满意，自己放心。