关于天然气声速计算方法标准化的建议.pdf

第2 9 卷第5 期 2 0 0 8年 1 1月 计 量 学 报 ACT A M ET ROL0GI CA S I NI CA Vo I I 2 9。N o 5 No v e mb e r ，2 0 0 8 关于天然气声速计算方法标准化的建议 张福元 ， 邱 惠 ， 王俊 国家石 油天然气大流量计量 站南京分站 ，江苏 南京2 1 0 0 5 8 摘 要 介绍 了天然气声速计 算方法的发展过程 和标准化进展情况 。通过 比较研究 A G A N o ．1 0和 I S O 2 o 7 6 5 1 这两个天 然气声速和其它热力学物性参 数计算标准 ， 提 出我 国天 然气 声速和其它热 力学物性 参数计 算 国家标准 以 A G A N o ．1 0报告 为基础进 行制定的建议 。 关键 词 计量学 ；天然气 ；声速 ； 热 力学方法 ；不确定度 中图分类号 T B 9 3 7 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 0 1 1 5 8 2 0 0 8 0 5 0 4 7 5 一 o 4 A P r o p o s a l a b o u t t h e S t a n d a r d i z a t i o n t o Ca lc u l a t e t h e So u n d Ve l o c it y o f Na t u r a l Ga s Z H A N G F u y u a n ， Q I U H u i ， WA N G J u n N a n j i n g B r a n c h o f N a t i o n a l P e t r o l e u m L a r g e F l o w Me a s u r e m e n t S t a t i o n ，N a n j i n g ， J i a n g s u 2 1 0 0 5 8 ，C h i n a Ab s t r a c t A b rie f o f t h e d e v e l o p me n t hi s t o r y a n d s t a n d a r di z a t i o n s it u a t i o n o f t h e s o u nd v e l o c i t y o f na t u r a l g a s i s i n t r o d u c e d． Af t e r s t u d y i n g t h e AGA No． 1 0 a n d I SO 2 0 7 6 5 1， wh i c h s u p p l y t h e s t a nd a r d me t h o d t o c a l c u l a t e s p e e d o f s o u n d a n d o t he r t he r mo d y n a mi c p r o p e r t i e s f o r t h e n a t u r a l g a s ，t h e r e c o mme n d a t i o n t o p r e p a r e t h e n a t i o n a l s t a n d a r d t o c a l c u l a t e a bo v eme n t i o n e d i t e ms f o r t h e n a t u r a l g a s ba s e d o n AGA No．1 0 i s g i v e n． Ke y wo r ds Me t r o l o g y；Na t u r a l g a s ；S o un d v e l o c i t y；Th e rm o d y n a mi c me t h o d；Un c e rta i n t y 1 天然 气声速 计算方法开发背景 2 天然 气声速 计算方法 的标准化 1 9 7 0年 ， J o h n s o n用 B WR状 态 方 程 以下 简 称 方 程 建立 了临 界流 系数 计 算方 法 ， 1 9 7 2年 用 更 准确 的 2 4个参数 的 V e n n i x K o b a y a s h i ⋯方 程 代替 B WR方 程 以提高临界流系数计算的准确度 。美 国西南研究院 S wR I 气 体研究所 G R I 的 J ． L ． S a v i d g e 和雪弗 龙油 田研究公 司 C h e v r o n O i l F i e l d R e s e a r c h C o m p a n y 的 J ． J ． S ． S h e n在 1 9 8 9年讨论 了用美 国气体协会 A G A N o ． 8 1 9 8 5 方 程计算 天然气声速 。 2 0 0 0年 以来 ， 笔 者 对 上 述 文献 中 的计 算 方 法 进 行 了研 究 ， 并用 A G A N o ． 8 1 9 9 2详 细组 成 数据 方程 计算天然气声速 、 临界流函数 、 等压热容 、 等容热容 等物性参数b 。 随着气体超声流量计在天然气流量计量中的应 用 ， 要求对超声流量计工作状态 进行监控 。超声流 量 计监 控 方法 因 厂 家 而 异 ， 通 用 的方 法 是 监 控 各声 道测量 的声速与计算值的差异。为了提供准确 的声 速计 算 标 准 方 法 ， A G A于 2 0 0 3年 发 布 了 A G A N o ． 1 0 ， 国际标准化组织 I S O 也于 2 0 0 5年发布 了 I S O 2 O 7 6 5 1 标 准 ， 以规 范 天然气 声 速计 算 方法 。 在 A G A 起 草 A G A N o ． 1 0 和 I S O 起 草 I S O 2 0 7 6 5 一 l 标 准 期 间 ， 中 国石 油天 然 气 股 份 有 限公 司 西 南油 气 田分公 司一直 跟 踪研 究它 们 的进展 。石油 工业标准化技术委员会油气计量及分析方法专业标 准化 技 术委 员 会 油 气 计 量 分 技 术 委 员 会 于 2 0 0 6年 收 稿 日期 2 0 0 8 ． 0 1 ． 2 2 作者简介 1 9 6 0 一 ， 男 ， 福建樟洲人 ， 国家石油天然气大流量计量 站南京分站高级工程师 ， 主要从 事天然气流量计量研 究。x q d s z f y p e t r o c h i n a ． c o in． c a 4 7 6 计 量 学 报 2 0 0 8年 1 1 月 成立工作组开展 G B ／ T 1 8 6 0 42 0 0 1 用超声流量计 测量天然气流量 标准的修订， 以及天然气声速计算 标准 化研 究 。2 0 0 7年 单 独 成 立 工 作 组 开 展 声 速 计 算的标 准化 研 究 。超 声 流 量 计 国 家计 量 检 定 规 程 J J G 1 0 3 0 --2 0 0 7附录 c使用 中检验选择之一是使用 A G A N o ．1 0进行 声 速检验 。 3 两种标准 的比较 3 ． 1 A G A N o ． 1 0简 介 A G A N o ．1 0 2 0 0 3是 在 A G A N o ． 8 1 9 9 2 ⋯ 的基 础上 ， 使用热力学方法推导出天然气声速等热力学 物 性参 数 的计算 方法 ， 除 声速 外 ， 还可 以计 算等 压 比 热容 、 等 容 比热 容 、 等 熵 指 数 、 焓 、 熵 、 临 界 流 函数 和 临 界流 系数 。 3 ． 2 I S O 2 0 7 6 5 一 l 简介 ／ S O 2 0 7 6 51 i 2 0 0 5是 在 I S O 1 2 2 1 3 1 9 9 7 的基 础上 ， 使用热力学方法推导 出天然气声 速等热力学 物性参数的计算方法 ， 除声速外 ， 还可以计算等压比 热 容 、 等容 比热 容 、 等熵 指 数 、 焓 、 熵 、 内能 和焦 耳 ． 汤 姆 森 系数 。 3 ． 3 A G A N o ． 1 0与 I S O 2 0 7 6 5 1比较 A G A N o ． 1 0和 I S O 2 0 7 6 5 1 之 间 的相 同与 差异 列 于表 1 。 表 1 A G A N o ． 1 0和 I S O 2 0 7 6 5 1 之间的相 同与差异 3 ． 4 I S O 2 0 7 6 5 1 计 算方 法验 证 为 了验证 A G A N o ． 1 0与 I S O 2 O 7 6 5 1 标 准方 法 的计算 结果 的一 致性 ， 使用 按 A G A N o ． 1 0方法 编 写 ， 并通过 A G A N o ． 1 0提供 的校 验数据 校验 的软 件 ， 计算 I S O 2 O 7 6 5 1 用于校验的附录 G中 6个组 成数据对应的温度和压力点的声速、 等压比热容 、 等 容 比热容 、 等熵指数 、 焓和熵 6个参数进行验证 ， 方 法 如 下 。 1 声速、 等压 比热容、 等容 比热容 和等熵指数 以 I S O 2 0 7 6 5 1附录 G中校验值 为基础 ， 计算使用 A G A N o ． 1 0方法 的计算与 I S O 2 0 7 6 5 一l 校验值之间 的相 对偏 差 。 2 由于 A G A N o ． 1 0与 I S O 2 0 7 6 5 1 两 个 标 准 的零焓值和零熵值 的状态不 同， 不 能直接 比较焓和 熵 的偏差 ， 先计算校验值和计算值各 自温度 和压力 点与 5 M P a 和 2 5 0 K点的差值， 再以 I S O 2 0 7 6 5 1的 差值为基础 ， 计算使用 A G A N o ． 1 0方法计算的差值 与 I S O 2 0 7 6 5 1 校验 值 的差值 之 间 的偏 差 。 每个 样 品有 2 1 0个 数 据 ， 6个 样 品 共 1 2 6 0个 数 据 ， 限于篇幅 ， 仅 列出了声速计 算 的偏差 图 见 图 1 ～ 6 ， 其余参数只列 出偏差范围 见表 2 。 第 2 9卷第 5 期 张福元 等 关于天然气声 速计算方法标准 化的建议4 7 7 堡 靛 靛 图 1 1 号样 品声速计算偏差 图 2 2号样品声速计算 偏差 从表 2和图 1 ～ 6可见 ， 6 个样品共 1 2 6 0个数据 的验证 结果 为 1 声 速 、 等压 比热 容 、 等 容 比热 容 和 等熵 指 数 的相对偏差都 在 0． 1 ％内， 完全符合 A G A N o ． 1 0计 算 方法 不 确定 度 为 0 ． 1 ％的 要 求 ， 验 证 了使 用 A G A N o ． 1 0或 I S O 2 0 7 6 5 ～ 1 这 两 种 方法 中 的任 一 种 计算 蓑 垩 曼 靛 罂 2 4 0 2 6 0 2 8 0 3 0 0 3 2 0 3 4 0 3 6 0 温度 ／ K 图 3 3号样品声速计算偏差 2 4 0 2 6 0 2 8 0 3 0 0 3 2 0 3 4 0 3 6 0 温度／ K 图 4 4号样 品声 速计 算偏差 这 些 物性参 数 的结 果是 一 致 的 ； 2 焓和熵 的偏差都在 I S O 2 0 7 6 5 1校验值 的 有 效位 数上 ， 验 证 了使 用 A G A N o ． 1 0或 I S O 2 O 7 6 5 一 I 这两种方法 中的任一种计算焓变和熵变差值的结 果 是 一致 的 。 嘶 Ⅲ 啪 m n 嘶 嘶 啪 吨 吨 4 7 8 计 量 学 报 2 0 0 8年 1 1 月 嘉 蒌 翼 - - l ‘ 一 ． 1 ’ 一 。 ‘ 图 5 5 号样 品声 速计算偏 差 - l f ● 一 I i ’ 一 。 ‘ ‘ 图 6 6号样品声速计算偏差 4 结束语 从 以上的比较可以确定使用 A G A N o ． 1 0或 I S O 2 0 7 6 5 1 方法计算 同一物性参数 的结果是一致的 ， 两种方法各有特色 1 A G A N o ． 1 0是由流量专家编写的， 除 6个共 有物性参数外 ， 还提供 用于临界流文丘利喷嘴流量 计算 的临界 流 函数 和 临界 流 系 数 ， 目前 超声 流量 计 厂家 的流 量计 算机 的声 速核 查功 能 如果 有 的话 ， 都是使用该方法 ； 2 I S O 2 o 7 6 5 1 是由天然气分析专家编写 的， 除 6个共有物性参数外 ， 还提供 了用于化工计算 的 内能和焦耳． 汤姆森系数 。 基 于国内天然气 流量专业 的使用需求 ， 建议声 速国家标准参照 A G A N o ． 1 0编写。 【 参考文献 】 [ 1 ] J o h n s o n R C． T a b l e s o f C ri t i c a l F l o w F u n c t i o n s a n d Th e r mo d y n a mi c Pr o p e r t i e s f o r Me t h a n e a n d Co mpu t a t i o n P r o c e d u r e s for B o t h M e t h ane a n d N a t u r a l G a s [ R] ．N A S A Re p o rt S P o 3 07 4，1 9 7 2． [ 2 ] S a v i d g e J L ，S h e n J J S ．E v a l u a t i o n o f C r i t i c a l F l o w F a c t o r and S p e e d o f S o u n d M e t h ods for G a s M e asu r e m e n t [ A] ． I n t e r n a t i o n al G a s R e s e a r c h C o n f e r e n c e [ C ] ， T o k y o 1 9 8 9 ． [ 3 ] 张福元 ， 赖 忠泽 ， 何 衍 ． 用 于天然气 流 量计算 的物 性参 数计算 方 法 及 软 件 [ A] ． 中 国油 气 计 量 技 术 论 文 集 [ C ] ，成都 2 0 0 1 ． [ 4 ] 张福元 ， 何衍 ． 天然气 临界 流 系数计 算 方法 [ J ] ．计量 技术 ， 2 0 0 1 ， 2 3 5 3 9 ． [ 5 ] A G A T r a n s m i s s i o n M e asu re m e n t C o m m i t t e e R e por t N o ．1 0 ， S p e e d o f So u n d i n Na t ur a l Ga s a n d Ot h e r s Re l a t e d H y d ro c a r b o n G ase s [ s ] ． 2 0 0 3 ． [ 6 ] I S O 2 0 7 6 5 一 l 2 0 0 5 ， N a t u r al g asC al c u l at i o n o f t h e rm od y n a mi c p r o pe rti e s Pa r t 1Ga s ph ase p rope rti e s f o r t r a n s m i s s i o n a n d d i s t r i b u t i o n a p p U c a t i o n s [ S ] ． [ 7 ] A G A T r ans m i s s i o n M e a s u re m e n t C o m m i t t e e R e por t N o ．8 ， Co mp r e s s i b i l i ty F a c t o r s o f Natu r al Gas a n d Othe r s Re l a t e d H y d roc a r b o n G ase s [ s ] ． 1 9 9 2 ． [ 8 ] I S O 1 2 2 1 3 1 9 9 7 ，N a t u r al G a s C al c u l a t i o n of C o m p res s i o n F a c t o r [ S ] ． 1 餍 罩茛霉