天然气组分变化对超声波流量计的影响

2014年5月天然气组分变化对超声波流量计的影响汪春胜（中石化天然气榆济管道分公司山东济南250000）摘要：通过对超声波流量计工作原理进行分析，根据天然气体积计量的运算公式，结合中石化天然气榆济管道分公司天然气气质组分的现状，通过理论计算，数据对比等方法，研究天然气气质组分的变化对超声波流量计计量结果的影响，得出组分不同的气体，甲烷含量越低，气体相对密度越大，换算成标准状态下的流量也就越大的结论。关键词：天然气计量；天然气气质组分；气体相对密度前言中石化天然气榆济管道分公司主要从事榆林——济南天然气长输管道的运营管理，担负着向陕西、山西、河南、山东、河北等五省的供气任务。作为天然气长输管道运营管理企业，天然气计量交接尤为重要。为确保计量准确，在榆济管道沿线各输气站采用了超声波流量计进行计量交接。榆济管道的气源来自鄂尔多斯大牛地气田，气质较为复杂，为更好的确保超声波流量计计量的准确性，结合生成工作实际，我们对不同的气体组分进行了分析，探讨了组分变化对计量结果的影响，以实现经济效益的最大化。一、超声波流量计工作原理超声波流量计是一个独立测量设备，由多个位于管线内壁的超声传感器组成。传感器是由紧固机械装置插入管道中的，超声脉冲被两个传感器交替发射和接收。Elster-Instromet的Q.sonic系列超声波流量计还可以配置成双向计量模式，精度不变。Q.sonicIV.a还使用反射通道，反射通道通过超声信号在管道壁之上的反射，来测量气体流量[1-2]。由上述两式推导出流体流速和流量的计算公式如下：q=v∙A式中：q——流体在管道中的工况流量；A——管道横截面积标准状况下瞬时流量为：式中：qn为标准状况下瞬时流量m3/h;qf为工作状况下瞬时流量m3/h;pn为标准状况下绝对压力，其值为0.101325Mpapf为标准状况下绝对压力，MpaTn为标准状况下热力学温度，其值为293.15KTf为工作条件下热力学温度，K；Zn为标准条件下压缩系数；Zf为工作条件下压缩系数二、气体组分变化对超声波流量计计量影响分析（一）理论分析现有两种组分含量不同的气体，在相同的工况条件下其均用同台超声波流量计计量，即工况压力Pf1=Pf2,工况温度Tf1=Tf2，工况瞬时流量qf1=qf2，则两种气体在标准状态下的瞬时流量之比为由此式可以看出，标准状况下的瞬时流量与Zn/Zf成正比，即不同气质组分的气体在相同的工况条件下，Zn/Zf值越大的气体，计量结果越大。（二）数据分析为了探索不同的气体组分对超声波流量计计量结果的影响，我们采用了不同时期的9份天然气组分分析报告，计算其Zn/Zf值，并进行数据对比。为直观区分9种不同组分的天然气，现以甲烷的不同含量来代表不同组分的天然气。标况下的压缩系数计算公式为Zn=1-(∑iyibi)2+0.0005(2yH-yH2)式中:yi为i的摩尔分数，bi为气体i组分的求和因子，yH为天然气中氢气的摩尔分数。工况下的压缩系数计算公式为式中：p为气体压力，MPa;T为气体温度，K；∇为气体相对密度。（1）天然气甲烷含量对计量的影响现采用中石化天然气榆济管道分公司某输气站的9份气质组分分析报告，该输气站工况压力为6.7Mpa,平均温度为11⑺，根据上述标况和工况下压缩系数计算公式得出Zn、Zf，并对Zn/Zf进行计算统计（表1），并作出Zn/Zf与不同甲烷含量的关系曲线图（图1）。表1不同组分气体数据对比表甲烷含量91.92592.411992.462392.5147相对密度0.61430.61090.60680.6067标况压缩系数Zn0.997760.997760.997810.99781工况压缩系数Zf0.838340.839370.842620.84285Zn/Zf1.1901621.1887011.1841761.183852(下转第9页)管理创新管理创新72014年5月92.525892.660892.696992.871493.29560.60650.60560.60470.60340.6010.997820.997830.997830.997840.997860.842990.843780.844090.84490.846731.1836681.1825711.1821371.1810161.178487图1Zn/Zf与不同甲烷含量的关系曲线图由图分析可知，天然气中甲烷含量降低，其Zn/Zf值将逐渐增大，超声波流量计输出的标准状况下的瞬时气体流量也随之增大。（2）相对密度对计量的影响天然气组分中，在不同的组分中不仅甲烷在变化，其余组分含量也存在差异，其差异值也体现在气体的相对密度上[3-4]。通过对不同气体组分的相对密度进行数据对比，寻找其与Zn/Zf的关系，探讨其对计量结果的影响。由Zn/Zf与不同组分气体相对密度的关系曲线图（图2）分析得知，随着不同气体组分的相对密度的增大，其Zn/Zf值将逐渐增大，超声波流量计输出的标准状况下的瞬时气体流量也随之增大。综合上述数据对比分析可知：对于组分含量不同的气体，甲烷含量越低，气体相对密度越大，换算成标准状况下的流量也就越大。图2Zn/Zf与不同甲烷含量的关系曲线图三、结论及意义本文通过对不同气质组分的气体进行研究，运用数据分析对比的方法，探讨甲烷含量以及相对密度的变化对超声波流量计计量结果的影响，得出甲烷含量越低，气体相对密度越大，换算成标准状况下的流量也越大。由此可以看出，天然气气质组分的变化直接影响着贸易计量的准确性，关系着企业的经济效益。在日常生产过程中，应加强对天然气气质的分析，及时更新流量计中的气质组分，在不影响用户安全用气和气质达标的前提下，可以通过提高天然气相对密度，来实现精确计量和经济效益的最大化。参考文献：[1]潘呸武，张明.天然气计量技术基础.北京：石油工业出版社，2013.[2]李长俊.天然气管道输送.北京：石油工业出版社，2000.[3]蒋大旭，郑开银.天然气自动计量教程.北京：中国计量出版社，2004.[4]张良鹤.天然气集输工程.北京：石油工业出版社，2001.作者简介：汪春胜(1986-)，男，汉族，天津人，毕业于西南石油大学油气储运工程专业，助理工程师，现主要从事长输管道运行管理工作。(上接第7页)重要路径，第三步是细化后各模块管理的主要内容，因此对其第一步、第二步、第三步的管理投入量（人力、物力等）按5：3：2法则计划投入，使管理高效率、高收益，即为其实施的5:3:2金字塔理论，最终实现整个管理过程和目标。其实施的5:3:2金字塔理论如图2所示。图2“伞”式管理法实施的5:3:2金字塔理论图示结论本文探究出了“伞”式管理法，此方法可以实现管理系统化，体现了其高效性、前瞻性、全面性的管理优点，相信在该管理法指导下管理工作将会很大提升，可为管理工作提供有益借鉴和参考。参考文献：[1]陶海洋.《东方杂志》研究（1904-1948）[D].南京大学,2013:97-101.[2]陈如钧.社会主义社会管理矛盾研究[D].中共中央党校,2013:123-126.[3]李家龙.对自我管理要素体系及其实现的研究[D].武汉大学,2009.[4]陈红艳.5W2H创新备课技法[J].山东省农业管理干部学院学报,2011,04:187-188.[5]SarahSchnbrodt,PatrickSaumer,ThorstenBehrens,Chris⁃tophSeeber,ThomasScholten.AssessingtheUSLECropandManage⁃mentFactorCforSoilErosionModelinginaLargeMountainousWa⁃tershedinCentralChina[J].JournalofEarthScience,2010,06:835-845.专业：安全工程专业11级本科生研究方向：安全与环境管理、安全理论等已有成果：主持1次校级“博文杯”项目，参与2次校级“博文杯”项目，均顺利结项并有1次获得奖项；在研全国大学生创新计划项目国家级立项项目1项，已产生2项结果，荣获第三届“工程十大学子”实践之星称号。管理创新管理创新9