天然气的物理化学参数的测量方法

专利名称：天然气的物理化学参数的测量方法
技术领域：
本发明涉及天然气的测量技术检测、测量天然气的流量、量和热值 的流量计和测量单元。特别是可用于测量具有不同物理化学组成的天然 气的标准密度、二氧化碳含量、氮含量及热值。
背景技术：
由具有不同功能的测量工具和测量系统实施的天然气流量和量的测
量涉及天然气的物理化学参数(组分组成和标准密度)的测定，其是确 定天然气的压縮系数所需的。在此，广泛使用的天然气压縮系数的计算
方法例如是方法NX19 Mod和状态方程GERG-91 Mod。在天然气的全部 组分组成未知的情况下，可以采用标准化条件下的密度^、 二氧化碳含 量x,和氮含量xa的测量值以根据这些方法进行计算[1-4]。
此外，天然气的价格取决于其热值，作为其待测的参数主要采用最 高和最低的比燃烧热。也基于天然气组成的物理化学测量而测定最高和 最低的比燃烧热。在[5]中特别是确定最高和最低的比燃烧热的计算方法， 其在天然气的全部组分组成未知的情况下，基于已知的物理化学参数 0c。、 a)加以使用，其中a、 x。是在天然气中二氧化碳和氮的摩尔分数。
在气体的组分组成未知的情况下，允许根据式(1)确定最高比燃烧 热Vc.b.和最低比燃烧热//C.H.:
//C.B. = 92.819(0.51447/ c + 0.05603 - 0.65689jc。 - jc》
l = 85.453(0.52190/ c + 0.04242 - 0.65197x。 - ;c》 (1)
目前通常采用诸如色谱(液相色谱和实验室色谱)的测量手段进行 标准化条件下的密度^、 二氧化碳含量^和氮含量x。的物理化学测量。色谱属于昂贵的测量手段，需要注意对于天然气的地点和取样方法的严 格要求。此外，对于实验室色谱，还需要特殊的实验室条件。所以通常 仅对于天然气检测的足够大的气体测量对象，借助于昂贵的液相色谱直 接测量A、 &、 A。这导致气体测量对象关于/ 。 X。、 ^的额外的测量误 差，在此无法借助/v x。、 ^进行测量，因为天然气的物理化学特性随时
间改变。
已知一种用于确定天然气物理特性的特征值的方法(第2269113号 俄联邦专利，申请号为2004118739/28， 2004年6月21日)。在实施该 专利时，利用节流改变天然气参数，在节流之前、之后和期间测量压力 和温度，并借助计算装置进行计算而根据所述参数的测量值获得天然气 的物理特性的特征值。
该方法的缺点在于，需要安装涡流和层叠的节流，无法测量天然气 的化学参数(二氧化碳含量和氮含量)，以及由于需要严格遵守气体输入 运行方式而导致大的额外的方法错误。
SU 702267公开了通过对环境压力或标准压力进行节流以及加热到 15至2(TC通过在产生标准条件之前和之后测量总压和温度从而确定天 然气的物理化学参数，特别是也称为超压縮系数的压縮系数。
US 4,584,868公开了在运行条件下通过采用温度、压力和体积流量 的测量值在运行条件及在对应于标准条件的压力下确定也称为超压縮系 数的天然气压縮系数，其中超压縮系数是已知的。
EP 0 608 736 A2公开了通过测量在管线的运行条件下的体积流量， 及通过确定体积修正系数，从而在标准条件下测定管线气流的体积流量。 通过测量在由气体流分流的比较气流的比较体积流量，测量比较气流的 能量流量，测量比较气流的热值，以及测量在标准条件下的密度，从而 确定体积修正系数。基于体积修正系数而匹配由管线体积流量测量装置 测量的管线气体流量，从而测定在标准条件下的密度。在此，在测量比 较体积流量时，比较气流的温度必须对应于管线气流的温度。《日月酵
从现有技术出发，本发明的目的在于，提供在天然气的组分组成未 知的情况下基于不同的组分而测定所需的物理化学参数的可能性。此外， 采用可容易地测量的宏观数值，特别是天然气的压力和温度。
本发明所实现的目的是通过采用天然气的绝对压力和温度的测量值 确定天然气的不完全组分组成(在标准化条件下的密度、二氧化碳含量 和氮含量)的可能性。
在利用本发明时实现的技术结果是天然气的标准密度、二氮化碳含 量和氮含量的测量方法的简单化及复杂性的降低。
所述技术结果是通过如下方式实现的
a) 首先测量天然气的压力和温度；
b) 随后从通过所提供的天然气的品质和检测单元和/或气体管道的 特征值而确定或给出或已知的所寻找的物理化学参数的范围选择起始 值；
c) 基于在步骤b)中确定的物理化学参数的起始值以及在步骤a) 中所测的压力和温度而计算至少一个第一物理化学参数的值，其中
d) 通过满足至少一个第一最小的标准或最小标准而确定至少第一物 理化学参数的值。
换而言之，首先在运行条件下测量气体管道中天然气的绝对压力和 温度。随后，例如通过抽样方式的实验室检测或者通过天然气所来自的 气田，经由气体管道输送的天然气大致已知的品质的认识的基础上，确 定天然气在标准化条件下的密度值的变化范围、在天然气中二氧化碳含 量值的变化范围、在天然气中氮含量值的变化范围、天然气在运行条件 下的密度值的变化范围。该值的数据区段或变化范围可以存储在数据储 存器中。在数据存储器中以最小的步骤在天然气于运行条件下的密度变 化范围内形成天然气在运行条件下的密度值的数据区段。在数据存储器 中同样以最小的步骤在天然气于标准化条件下的密度值变化范围内形成天然气在标准化条件下的给定密度值的数据区段。此外，在数据存储装 置中以最小的步骤在天然气中二氧化碳含量值的变化范围内形成天然气 中二氧化碳含量值的数据区段。在数据存储装置中以最小的步骤在天然
气中氮含量值的变化范围内形成天然气中氮含量值的数据区段。然后对 于来自在标准化条件下的密度值的数据区段的各个数据、天然气的二氧 化碳含量和氮含量以及对于绝对压力和温度的测量值，在天然气的全部 组分含量未知的情况下利用计算方法计算压縮系数的值的数据区段。随 后，基于如上所述确定或限定的物理化学参数的起始值，以及基于所测 的在运行条件下的压力和温度，计算至少一个第一物理化学参数的值。 为了满足至少一个第一最小的标准或最小标准，对于来自压縮系数《值 的数据区段的各个数据，对于来自在运行条件下气体密度值p的数据区 段的各个数据，对于来自在标准化条件下气体密度值A的数据区段的各
个数据，对于气体的绝对压力; 和温度r的测量值，计算出也称作对照
参数的所寻找的第一物理化学参数的计算值。随后比较对照参数的计算 值和来自预先给定的数据的对照参数的值，及从天然气在标准化条件下 的密度值的数据区段、天然气的二氧化碳含量和氮含量的数据区段选择 数据，其对应于在对照参数的计算值与来自预先给定的数据的对照参数
值之间的最小差值。如此获得的数据形式的物理化学参数可以传送至信 息输出装置，其包括从天然气在标准化条件下的密度值的数据区段、天 然气的二氧化碳含量和氮含量的数据区段选择的数据，及包括在对照参 数的计算值与对照参数值之间的最小差值。然后，可以在天然气的全部 组分含量未知的情况下依照用于计算压縮系数的方法计算天然气的压縮 系数，及在需要时传送至信息输出装置。
此外，在本发明实施方案的一个特殊情况下该方法的特征在于，至 少一次新选择所寻找的第一物理化学参数，并重复用于确定至少一个所 寻找的天然气物理化学参数的选择方法。此外，在本发明实施方案的一个特殊情况下该方法的特征还在于， 所寻找的第一物理化学参数是标准化条件下的气体密度。
此外，在本发明实施方案的一个特殊情况下该方法的特征还在于， 所寻找的第一物理化学参数是在运行条件下的气体密度。
此外，在本发明实施方案的一个特殊情况下该方法的特征还在于， 第一最小标准是在第一物理化学参数的计算值与其起始值之间的最小差 值。
此外，在本发明实施方案的一个特殊情况下该方法的特征还在于， 所寻找的物理化学参数同时是计算的第一物理化学参数。
此外，在本发明实施方案的一个特殊情况下该方法的特征还在于， 第一最小标准是在第一物理化学参数的计算值与其测量值之间的最小差 值。
此外，在本发明实施方案的一个特殊情况下该方法的特征还在于，
相继地实施步骤a)至d)以寻找所寻找的物理化学参数的未知位值。
此外，在本发明实施方案的一个特殊情况下该方法的特征还在于， 在重复测量天然气的温度和压力时在考虑由以前的测量所确定的所寻找 的物理化学参数的情况下修正在步骤b)中所确定的起始值。
此外，在本发明实施方案的一个特殊情况下该方法的特征还在于，
实施下列步骤
a) 通过测量压力和温度而确定天然气的运行条件；
b) 确定基于所提供的天然气的品质的相关数据的范围以及检测单元 和/或气体管道的特征值，所提供的天然气所涉及的如下物理化学参数在 其中
二氧化碳含量， 氮含量，
在运行条件下的密度，
标准密度；
11C)选择如下物理化学参数的起始值 二氧化碳含量， 氮含量，
在运行条件下的密度 标准密度。
在此，起始值在步骤b)中所确定的范围内；
d) 根据所测的压力和温度以及根据物理化学参数的起始值计算天然
气的压縮系数；
e) 根据在运行条件下的密度的起始值、所测的压力和温度以及根据所计算的压縮系数而计算天然气的标准密度；
f) 优选通过重复步骤c)、 d)和e)而确定在第五步中计算的标准密度与在第三步骤中确定的标准密度起始值之间的最小差值。具有最小差值的标准密度在此作为所提供的天然气的标准密度；
g) 确定二氧化碳含量和氮含量，其对应于标准密度的最小差值。
此外，在本发明实施方案的一个特殊情况下该方法的特征还在于，相继地实施步骤a)至f)，以找到标准密度值的未知的位值。
此外，在本发明实施方案的一个特殊情况下该方法的特征在于，在通过满足至少一个最小标准而确定至少一个所寻找的物理化学参数之后，通过满足下一个最小标准而确定至少下一个所寻找的天然气物理化学参数的值。
此外，在本发明实施方案的一个特殊情况下该方法的特征在于，选择天然气的压縮系数作为所寻找的第一天然气物理化学参数。
此外，在本发明实施方案的一个特殊情况下该方法的特征在于，a)在第一步骤中基于通过所提供的气体的温度和压力测量而确定的运行条件以及对于以下物理化学参数所确定的范围而确定天然气的标准密度，该范围是由关于所提供的天然气的品质和关于检测单元的特征值的信息确定的，
12 二氧化碳含量， 氮含量，
在运行条件下的密度 标准密度。
此外，在第一步骤中还可测定二氧化碳含量和氮含量。
b) 根据处于所确定的范围内的物理化学参数的起始值，首先计算压
縮系数；
c) 然后由运行条件下的密度的起始值和计算的压縮系数确定计算的 标准密度；
d) 以满足第一最小标准而结束第一步骤；
e) 将在计算的标准密度与标准密度起始值之间的最小差值作为最小 标准；
f) 在第二步骤中测定所提供的天然气的二氧化碳含量。此外也可在 第一步骤中测定天然气的氮含量。
g) 在此根据在所提供的天然气中的二氧化碳含量和氮含量的物理化 学参数在所确定的范围内的起始值，对于在第一步骤中所确定的标准密 度计算在标准化条件下的第一压縮系数；
h) 然后对于在第一步骤中所确定的标准密度，包括在满足第一最小 标准时的差值，计算在标准化条件下的第二压縮系数；
i) 以满足第二最小标准而结束第二步骤；
j)在该过程中在第一与第三压縮系数之间的差值是最小的；
k)在第三步骤中测定所提供的天然气的氮含量；
1)在此根据所测的温度和压力以及标准密度测量值和在运行条件下 的密度，首先计算第二压縮系数；
m)根据在所提供的天然气中的氮含量、所确定的标准密度、在运 行条件下的密度及二氧化碳含量的最后物理化学参数的起始值，计算第 三压縮系数。在此，起始值处于所确定的氮含量的范围之内；n)以满足第三最小标准而结束第三步骤，对于该标准在第四与第五压縮系数之间的差值是最小的。


图1所示为特殊的映射程序的计算表，其用于映射基于质量流量计的检测单元。
图2所示为对于运行密度的选择步骤在标准化条件下的理论密度之间的绝对差值的计算结果。
图3所示为对于在标准化条件下的气体密度^的预定数据区段的数据在标准化条件下的压縮系数之差的绝对值、在运行条件下的气体密度/>、天然气的二氧化碳含量和氮含量以及在标准化条件下的压缩系数的计算结果。
图4所示为对于运行密度的选择间隔0.01 kg/n^在标准化条件下的密度的预定值与计算值之差的最小值的位置。图5所示为本发明方法的实施例的连接图。
具体实施例方式
在选择天然气的流量和量的测量工具时，实际上采用关于天然气的
物理化学参数所期望的变化范围(天然气的标准密度A/"'"和y0/^， 二氧
化碳含量V"'"、 <^和氮含量^""'"、 ；c/"的变化范围)和在检测单元处
的压力；^'"、 /""和温度r"'"、 r"所期望的变化范围的信息。该信息通
常足以确定在检测单元处天然气在运行条件下的密度所期望的变化范围
z 願=/ c腿rc / & :r'" r") (2)其中，/r^和f"为在检测单元处天然气压縮系数的最大值和最小值。此外，在映射不同工作方式的天然气检测单元时，采用用于映射的 特殊的复合程序(例如对于基于标准化压縮装置的检测单元，在俄联邦
认证的程序流量计ST)，其在映射过程中计算天然气的运行密度。图1 所示为特殊的映射程序的计算表，其用于映射基于质量流量计的检测单 元。由该表可以看出，在检测单元处天然气的计算的运行密度特征值。
因此，对于天然气的检测单元，可以预先给定基本参数的变化范围， 其在考虑根据不完全的组分组成计算的压縮系数的情况下确定天然气的 状态方程式。
本发明方法的主要思想在于，用于天然气检测单元中的现代计算机 能够允许-
1、 由所提供的天然气的已知品质获知标准密度、二氧化碳含量和氮 含量的所寻找的物理化学参数的变化范围。因此，这些范围可以从数据 库等引用或获得，所寻找的物理化学参数处于这些范围内。通过测量温 度和压力的运行条件可以预先给定在运行条件下的密度的变化范围。从 而可以确定下一个范围，第四所寻找的物理化学参数处于该范围内。其 中仅有两个参数通过测量精确得知的六个物理化学参数确定天然气的状 态方程。
2、 借助于现代计算机可以通过基于物理化学参数处于其中的确定的 范围仅测量压力和温度而计算其余四个参数。这是通过由已知但必需的 物理化学参数灵活地选择所谓的对照参数而进行的。根据最小标准仅通 过测量温度和压力可以利用分级或者在第一步骤中确定第一对照参数及 在需要时额外的对照参数。这是通过诸如在标准化条件下的标准密度、 压縮系数的对照参数的计算值和预定值的收敛性/可重复性而实现的。在 此，最小标准的位置与诸如标准密度的对照参数的选择步骤无关(参见 图2、 4)。然后基于此可以确定天然气的标准密度值、在运行条件下的 密度值以及二氧化碳含量和氮含量值。此外，在根据所测的天然气的物理化学参数的压力值和温度值进行寻找期间，可以采用之前通过灵活地 选择对照参数而形成的数据库。
3、通过利用本发明方法和任意的化学分析方法(例如pynkometrische 分析)对例如标准密度的测量结果的比较分析可以容易地现实对起始值 的相应范围的第一关联。另一方面，现代计算机的性能可以确保利用本 发明方法在标准密度所要求的范围内随时间缓慢改变的标准密度的相继 测量结果的收敛性/可重复性。
因为对于对照参数的计算值与理论值之差存在极端功能，所以确定 对照参数的选择(所谓的静态平衡的目的)。在此情况下，解决方案的特 性与目的的大小无关，若不测量一系列的目的参数(特别是在运行条件 下的密度)，则可以仅实现关于确定在标准化条件下的密度、二氧化碳含 量和氮含量的解决方案。该对照参数例如是在标准化条件下的密度。在 此最小值的位置与由确定的起始值范围、物理化学参数范围以及由温度 和压力的测量范围选择的具体值无关。所以标准密度值，与提供关于气 体状态方程的所有参数(在运行条件下的未知密度及二氧化碳含量和氮 含量)的信息无关地，作为与起始大小无关的静态平衡目的的解决方案。 在图2中，对于运行密度的选择步骤在标准化条件下的理论密度之间的 绝对差值的计算结果是O.l kg/m3。该密度是利用天然气的状态方程计算 的
yOc-y9,a'r.〖/(/7'7;) (3)
其中，
a和7;为在标准化条件下的绝对压力和温度；
a为在标准化条件下的理论密度；
为在运行条件下的理论密度； 尺为气体的压縮系数，其是根据不完全的组分组成计算的(根据预先给
定的二氧化碳含量和氮含量以及在标准化条件下的密度)；p为所测的绝对压力；
r为所测的气体温度。
如图2所示，在此存在对照参数(在标准化条件下的密度)的计算 值和理论值之间明显的最小差值，换而言之，借助在标准化条件下的密 度的状态方程的寻找目的是静态平衡的目的。在此最小值位置的特征与 预先给定选择参数无关，并且与提供关于气体状态方程的所有参数(包 括在运行条件下的未知密度和二氧化碳含量和氮含量)的信息无关地确 定天然气在标准化条件下的密度值。
为了寻找天然气的状态方程的未知参数，可以提供不同于在标准化 条件下的密度的其他类型的对照参数(例如压縮系数)，对此对于对照参 数的计算值与理论值之差还满足存在极端功能的要求，换而言之，在此 将寻找天然气的状态方程的未知参数的目的并入静态平衡的目的。对照 参数必须满足的唯一标准是存在极端功能。这是必要的，以满足对照参 数的计算值与理论值之差的最小标准。该对照参数对应于在确定或寻找 天然气的状态方程的未知物理化学参数时的静态平衡目的。
此外，在寻找天然气的状态方程的未知参数时，可以结合采用不同 类型的对照参数，即并入额外的对照参数，其允许将其他未知参数的寻 找并入静态平衡目的，例如在天然气中的二氧化碳含量和氮含量。 一个
额外的对照参数可以是在标准化条件下的压縮系数Ze
zc = 1 - (0.074l/ c - 0.006 - 0.063xo - 0.0575x》2 (4)
其中x。和x,为天然气中氮和二氧化碳的摩尔分数。
图3所示为对于在标准化条件下的气体密度A的预定数据区段的数 据在标准化条件下的压縮系数之差的绝对值、在运行条件下的气体密度
/9、天然气的二氧化碳含量和氮含量以及在标准化条件下的压縮系数的计
算结果，其是根据在标准化条件下的气体密度的计算值计算的。在图3 中，于标准化条件下的压縮系数的额外的对照参数的计算值与理论值之
17差存在极限值，从而能够在存在天然气的状态方程的未知参数的情况下 确定天然气中的二氧化碳含量(将寻找二氧化碳含量的目的并入静态平 衡的目的)。
天然气状态方程的剩余的未知参数即氮含量是通过寻找由根据下式 的天然气状态方程计算的压縮系数之间的最小偏差而确定的
a:=/ c'p :rc/(/ c " (5)
考虑关于绝对压力和温度的测量信息和借助在标准化条件和运行条件下 的气体密度的对照参数的寻找结果，和借助用于计算压缩系数的方法， 在天然气的组分组成完全未知时，考虑关于计算和测量的参数的上述信 息，和借助气体中的二氧化碳含量的对照参数而确定。
在天然气的组分组成完全未知时压縮系数的计算方法例如是状态方
程GERG-91法[l-3〗。
r= 1 CwpM2 (6)
其中，
^和Cm是系数yC; Pm是摩尔密度kmol/m3。
状态方程的系数由下式确定
5m -jc^+x^^CS^) - 1.73jc3JC乂5刷05+jc。252+2;c一23+jc/53 (7) 3WC*(C1C22)1/3+6.6x3jcax/C1C2C3)1/3+2.76jc3;c/(C1C32)1/3+
义a C2+3xa ^C223+3XflX少C3 (8) 其中，x3为等价烃的摩尔分数
x3 =1 - x。 _ & (9)A = - 0.425468+2.865'10-3r- 4.62073,1(T675
十(8.77118箭4 - 5.56281.10_6r+8.815H0V)i/ +(-8.24747舊7+4.31436-1 (T9r- 6.08319.10") x # (10)
52= -0.1446+7.4091'l(T4r-9,1195.10-V (11)
&3 = — 0.339693+1.61176.1(T3T - 2.04429.10-6T2 (12)
万3 = - 0.86834+4.0376.1(T3r- 5.1657'1(T675 (13)
C=-0.302488+1.95861.10-3r- 3.16302.10V
+(6.46422-10"4 - 4,22876'l(T6r+6.88157.10國97^)//
+(-3.32805.10-7+2.2316-l(T9r- 3.67713.10-1275) x (14)
C2 = 7.8498,10-3 - 3.9895-l(T5r+6.1187'l(TV (15)
C3 =2,0513.l(T3+3.4888.1(r5r- 8.3703'1(TV (16)
C223 = 5.52066'1(T3 - 1.68609.10-57+1.57169'10_87^ (17)
C233 = 3.58783'10-3+8.06674-l(T6r- 3.25798.1CT875 (18)
5* =0.72+1.875'1(T5(320 — 7)2 (19)
C* =0.92+0.0013(r- 270) (20)
式(10)、 (14)中的7/根据下式计算
//= 128.64+47.479M3 (21)
其中，^3为等价烃的摩尔质量，其值由下式求得
Af3 = (24.05525 zc/ c - 28.0135^ - 44.01x》/x3 (22)在式(22)中等价烃的摩尔分数"3)是利用式(9)和根据式(4)的 在标准化条件下的压縮系数(ze)计算的。
在求得状态方程(6)的系数Sm之后，在预定的压力(p， MPa)和 预定的温度(r)下根据下式计算压縮系数
<formula>formula see original document page 20</formula>
其中，<formula>formula see original document page 20</formula>根据式(30)计算天然气的压縮系数
<formula>formula see original document page 20</formula>
下面提供的方法在实施例中加以考虑，其中选择在标准化条件下的 密度A作为对照参数。
为了降低计算成本，可以不以最小间隔而是阶段式地在密度一的预 定的参数变化范围内进行选择(扫描)首先根据单位(以1 kg/mS的精 度寻找最佳解决方案)，然后根据十分之一 (以O.l kg/r^的精度寻找最 佳解决方案)，然后根据百分之一等。最小值的位置的特征与选择间隔无 关，选择间隔在此情况下仅确定寻找所得参数(在标准条件下的密度)的精度。图4所示为对于运行密度的选择间隔0.01 kg/mS在标准化条件 下的密度的预定值与计算值之差的最小值的位置。图2与图4的比较证 明了由静态平衡的目的的特性确定的选择间隔的最小值位置的无关性。 图5所示为本发明方法的实施例的连接图。
在该方法实施方案的第一阶段，在天然气的检测单元处测量压力p 和温度T的值。此外基于检测单元的映射信息，确定在标准化条件下的
密度aT'"、A皿、天然气中的二氧化碳含量V""、 和氮含量x/"'"、 V" 和在运行条件下的密度//"'"、 /t"的变化范围。
通过记录在天然气的检测单元处的压力； 和温度r的测量值，在运 行条件下的密度/A在标准化条件下的密度y^、 二氧化碳含量^和氮含 量x」的预定的参数变化范围内进行全面选择。
对于压力p和温度r的测量值以及在运行条件下的密度/A在标准 化条件下的密度A/、 二氧化碳含量x/和氮含量;c。'的参数的各个选择值， 在天然气的组分组成完全未知的情况下采用压縮系数&jld的计算方法， 例如状态方程GERG-91 (式(6、 4、 30))而计算压縮系数。在下一个 阶段中，计算的在标准化条件下的密度y5,1是采用天然气的状态方程(式 (3))对于压縮系数&jkl的各个值和参数的选择值用压力p和温度r的 测量值而计算的。然后寻找参数的最小值(图2、 4)
Apcijkl = kijkl-Al">min (31)
在该步骤中预定的标准密度是通过式(31)的最小值/^而求得的， 是所寻找的天然气在标准化条件下的密度，其是由状态方程通过将方程 引入静态平衡目的而求得的。
在下一阶段中，确定天然气中的二氧化碳含量。在此选择氮含量x」 和二氧化碳含量^的参数值。在考虑与此相关的偏差的情况下，对于求 得的天然气标准密度及对于计算的天然气标准密度而计算在标准化 条件下的压縮系数(4) zc，
21zc(/9c0)ij = 1 — (0.0741/3C0 - 0.006 - 0.063x。i - 0.0575jc力2 (32) zc0oco+A/ )ij = 1 - (0,074lG9c。+A/ ) — 0.006 - 0.063;^ - 0.0575x力2 (33)
其中x。和A是天然气中氮和二氮化碳的摩尔分数。
在该算法的下一阶段中，寻找差值的最小值(图3)。
Azij = |;(/)c。)ij - ;(pc。+A/^1今min (34)
对应于式(34)的最小值的二氧化碳摩尔分数:c/的值是所寻找的天 然气中二氧化碳含量的大小，其是由用于计算压縮系数的方程通过将方 程引入静态平衡目的而求得的。
在下一阶段中，测定天然气中的氮含量。此外，在开始时对于所寻 找的天然气标准密度/^根据式(5)计算压縮系数。
^"cO.p'rd" (35)
选择(扫描)氮含量^的参数值及在天然气的组分组成完全未知的 情况下计算压縮系数X1，例如采用状态方程GERG-91 (式6、 4、 30)利 用之前求得的天然气中二氧化碳摩尔分数x/和标准密度/^的值。寻找 差值的最小值允许求得氮的摩尔分数;c。n的值，其是所寻找的天然气中氮 含量的大小。
A^叫尺-^l-min (36)
将在计算过程中求得的在标准化条件下的密度p,、 二氧化碳摩尔分 数;c/和氮的摩尔分数x。Q的值输送至数据输出装置。
基于所给出的物理化学参数，在需要时计算根据式(35)的压缩系 数和在运行条件下的密度。
7;/(pc'r,/i0 (37)根据用于确定天然气的特别是标准密度、在运行条件下的密度、二 氧化碳含量和氮含量的物理化学特性的本发明方法的一个优选的实施方 案由通过测量天然气的压力和温度确定的运行条件以及由基于关于所 提供的天然气的品质的信息所确定的以下物理化学参数的范围
二氧化碳含量，
氮含量，
运行条件下的密度， 标准密度，
在第一步骤中以运行密度(例如lkg/m3)和标准密度(例如0.1kg/m3) 的最初更大的选择间隔确定天然气在标准化条件下的密度。在第一步骤 中，首先选择处于所确定的范围内的物理化学参数起始值。然后由这些 参数计算压缩系数。在天然气的组分组成不完全的情况下对于压縮系数 例如基于已知的计算方法GERG-91进行计算。此外，获得计算的标准密 度。基于在运行条件下的密度的起始值和基于计算的压縮系数采用天然 气的状态方程(3)计算标准密度。
以满足第一最小标准而结束第一步骤。作为第一最小标准可以是在 计算的标准密度与标准密度的起始值之间的最小差值。在此，以确定的 精度寻找的所提供的天然气的标准密度是满足第一最小标准的标准密 度，其中考虑确定计算精度的目前的选择间隔。然后减小运行密度(例 如最高至O.l kg/m3)和标准密度(例如最高至O.Ol kg/m3)的最初选择 间隔，并重新重复计算直至满足最小标准。然后再次减小运行密度(最 高至O.Ol kg/m3)和标准密度(例如最高至0.001 kg/m3)的最初选择间 隔，并第三次重复计算直至满足最小标准。相继减小运行密度的选择间 隔用于使所寻找的物理化学参数更精确。实际上，在标准化条件下的起 始密度的预定的确定的范围的最小标准的位置是明确的。除了密度，还 可以在标准化条件下在该步骤中得出对应于标准密度最小差值的二氧化 碳含量和氮含量的值。在此，物理化学参数的范围的起始值可以在重复第一和随后的步骤的计算时借助其他由后续测量获得的天然气的压力和 温度值通过换算在第一步骤的最初计算中确定的标准密度值和二氧化碳 含量和氮含量的值而加以修正。
参考文献
1. GOST 30319.2-9 Erdgas. Die Methoden der Berechnung der physischen Eigenschaften. Die Ermittlung des KompressibilitStskoeffizienten.
2. Jaeschke M., Humphreys A.E.: Standard GERG Virial Equation for Field Use. Simplification of the Input Data Requirements for the GERG Virial Equation - an Alternative Means of Compressibility Factor Calculation for Natural Gases and Similar Mixtures. GERG TM5 1991. - GERG Technical Monograph 1991， S. 173.
3. ICO/TC 193 SCI 1 63. Natural gas - calculation of compression factor. Part 3: Calculation using measured physical properties.
4. VDI/VDE 2040， part 2, 1987. Calculation principles for measurement of fluid flow using orifice plates, nozzles and venturi tubes. Equations and formulas,
5. GOST 30319.1-96 Erdgas. Die Methoden der Berechnung der physischen Eigenschaften. Die Bestimmung der physischen Eigenschaften des Erdgases, seiner Komponenten und der Produkte seiner Verarbeitung.
权利要求
1、用于测定在运行条件下于气体管道内的天然气的至少一种物理化学参数的方法，其特征在于以下步骤a)测量天然气在运行条件下的压力和温度；b)由通过天然气的品质以及检测单元和/或气体管道的特征值而确定的范围选择物理化学参数的起始值；c)根据在步骤a)中所测的压力和温度以及在步骤b)中所选择的起始值而计算至少一个第一物理化学参数；d)满足第一所寻找的物理化学参数的第一最小标准。
2、 根据权利要求1的方法，其特征在于，至少一次重新选择所述第 一所寻找的物理化学参数，并重复选择方法以确定天然气的至少一个所 寻找的物理化学参数。
3、 根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述第一所寻找的物 理化学参数是天然气的标准密度。
4、 根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述第一所寻找的物 理化学参数是天然气在运行条件下的密度。
5、 根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，所述第一最小标 准是所述第一物理化学参数的计算值与其起始值之间的最小差值。
6、 根据权利要求5的方法，其特征在于，所述所寻找的物理化学参 数同时是第一所计算的物理化学参数。
7、 根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，所述第一最小标 准是所述第一物理化学参数的计算值与其测量值之间的最小差值。
8、 根据权利要求1至7之一的方法，其特征在于，相继地实施步骤 a)至d)以寻找所寻找的物理化学参数的未知位置值。
9、 根据权利要求1至8之一的方法，其特征在于，在考虑通过原始 测量确定的所寻找的物理化学参数的情况下在重复测量天然气的压力和 温度时修正在步骤b)中确定的起始值。
10、 根据权利要求1至3、 5至6、 8至9之一的方法，其特征在于 以下步骤a) 通过测量压力和温度而确定天然气的运行条件；b) 根据关于所提供的天然气的品质以及检测单元和/或气体管道的 特征值的信息确定范围，所提供的天然气的以下各个物理化学参数处于该范围内 二氧化碳含量， 氮含量， 在运行条件下的密度，及 标准密度；C)选择以下物理化学参数的起始值 二氧化碳含量， 氮含量， 在运行条件下的密度 标准密度，其中，所述起始值处于步骤b)中所确定的范围内；d) 根据所测的压力和温度以及基于天然气的物理化学参数的起始值 计算天然气的压缩系数；e) 根据在运行条件下的密度的起始值、所测的压力和温度以及所计 算的压縮系数而计算标准密度；f) 优选通过重复步骤c)、 d)和e)而确定在步骤e)中计算的标准 密度与在步骤c)中确定的标准密度的起始值之间的最小差值，其中具 有最小差值或者满足最小标准的标准密度适合作为所提供的天然气的标 准密度；g) 确定对应于标准密度的最小差值的二氧化碳含量和氮含量。
11、 根据权利要求10的方法，其特征在于，相继地实施步骤a)至 f)，以寻找所寻找的标准密度的未知位置值。
12、 根据权利要求1至11之一的方法，其特征在于，在确定至少一 个所寻找的物理化学参数之后，通过满足下一个最小标准而确定作为天 然气的至少一个下一个所寻找的物理化学参数的至少一个第二对照参 数。
13、 根据权利要求12的方法，其特征在于，选择在标准条件下的压 縮系数作为天然气的下一个所寻找的物理化学参数。
14、 根据权利要求1至9之一的方法，其特征在于，选择压縮系数 作为天然气的第一所寻找的物理化学参数。
15、 用于确定所提供的天然气的物理化学特性，特别是标准密度、 在运行条件下的密度、二氧化碳含量和氮含量的方法，其特征在于，a) 在第一步骤中由通过测量天然气的温度和压力而确定的运行条件 以及由以下物理化学参数的确定的范围而测定天然气在标准化条件下的密度或二氧化碳含量或氮含量 二氧化碳含量， 氮含量， 在运行条件下的密度 标准密度，该范围由关于所提供的天然气的品质和检测单元的特征值的信息得出；b) 随后由处于确定的范围内的物理化学参数的起始值确定压縮系数；c) 然后由在运行条件下的密度的起始值和所计算的压縮系数确定所 计算的标准密度；d) 以满足第一最小标准而结束第一步骤；e) 第一最小标准是所计算的标准密度与标准密度起始值之间的最小 差值；f) 在第二步骤中测定天然气的二氧化碳含量或氮含量；g) 在此由处在所确定的范围内的天然气的二氧化碳含量和氮含量的 物理化学参数的起始值，对于在第一步骤中所确定的标准密度首先计算 在标准化条件下的第一压缩系数；h) 然后对于在第二步骤中所确定的标准密度，包括在满足第一最小 标准时的差值，计算在标准化条件下的第二压縮系数；i) 以满足第二最小标准而结束第二步骤；j)其中在该过程中在第二与第三压縮系数之间的差值是最小的； k)在第三步骤中测定所提供的天然气的氮含量； 1)其中基于所测的压力和温度以及所确定的标准密度和在运行条件 下的密度首先计算第二压縮系数；m)由处于氮含量的确定的范围内的、在所提供的天然气中的氮含量的最后物理化学参数的起始值、所测的压力和温度、所确定的标准密度、在运行条件下的密度及二氧化碳含量计算第三压縮系数；n)以满足第三最小标准而结束第三步骤，对于该标准在第四与第五压縮系数之间的差值是最小的。
全文摘要
本发明涉及用于测定天然气的物理化学参数的方法。测量天然气的压力和温度。在其使用过程中确定对照参数的值。选择对应于天然气的参数的物理化学参数。将关于天然气的物质化学参数的数据输送至信息输出装置。
文档编号G01N33/22GK101680868SQ200780051991
公开日2010年3月24日 申请日期2007年11月29日 优先权日2007年1月10日
发明者S·叶尔米申 申请人:阿尔塔温技术公司