CN103335682B - 一种天然气的气体流量计量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于气体流量计量技术领域，尤其涉及一种天然气的气体流量计量方法。一种天然气的气体流量计量方法，包括：利用气相色谱仪测量实际天然气的组份；上位机读取所述实际天然气的组份并利用AGA8-92DC算法或SGERG-88算法计算出第一压缩因子；根据所述第一压缩因子的二维数组值，对所述第一压缩因子进行曲线拟合，记录拟合曲线的参数并将所述拟合曲线的参数传送给计量装置；选取与实际压力值最接近的两条所述拟合曲线，分别计算出在实时温度下的第二压缩因子，再对所述第二压缩因子进行线性插值，得到在当前温度和压力下的第三压缩因子,得到精确的气体流量，结果能符合国标GB/T 18603-2001表A.1准确度为A、B级的要求。

Description

一种天然气的气体流量计量方法
技术领域
本发明属于气体流量计量技术领域，尤其涉及一种天然气的气体流量计量方法。
背景技术
在天然气的气体流量计量中，目前采用的是体积计量，由于气体的体积流量与气体的温度、压力都有很大的关系，同样的气体在不同的温度、压力下的流量计量相差有时较大，造成了采用传统的天然气气体流量计量方法误差较大，现在的流量计量都会把气体的体积流量转换到一个标准条件（在中国为一个标准大气压和20摄氏度）下的气体流量，称为标况下的气体体积流量，而把当地温度和压力下测得的体积流量叫工况下气体体积流量，然后再根据当地的温度和压力，经过一定的公式算法得到标况下的气体体积流量，而这个公式算法的核心就是计算气体的压缩因子。
目前，计算气体的压缩因子的算法主要有三种方法：AGA NX-19（目前的流量积算仪基本都采用该算法）,该计算方法对天然气的组分有特殊的要求，计算精度有限，按照国标GB/T 18603-2001表A.1准确度为C级要求时，非贸易计量系统和贸易计量系统允许按该算法计算。但当天然气计量系统符合国标GB/T 18603-2001表A.1准确度为A、B级要求时,应按照GB/T 17747（所有部分）计算压缩因子的值，而该标准包含两种压缩因子的计算方法（也叫做AGA8-92DC算法和SGERG-88算法），这两种计算方法涉及到指数运算，计算量相当大，即使在现在的桌面计算机上运算也需要相当长的时间，而在流量计（一般配流量积算仪等电子部件）等天然气计量系统上，流量积算仪一般采用低功耗的MCU(单片机)。在流量积算仪直接计算这两种压缩因子算法是不可能的（因为MCU的内存资源、计算能力、功耗、计算时长都不允许），因此采用其它方法势在必行。
在现有的天然气的气体流量计量方法中，对气体压缩因子的使用，目前通常采用AGA NX-19算法,该算法只能满足国标GB/T 18603-2001表A.1准确度为C级的要求。当天然气计量系统要符合国标GB/T 18603-2001表A.1准确度为A、B级要求时,应按照GB/T 17747（AGA8-92DC算法或SGERG-88算法）计算压缩因子的值，在流量积算仪等嵌入式计量装置中直接用这两种算法计算压缩因子是不可能的，因此必须采用一种高精度的天然气的气体流量计量方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种天然气的气体流量计量方法。通过该方法得出的天然气气体流量结果在精度上符合国标GB/T 18603-2001表A.1准确度为A、B级要求，为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
    一种天然气的气体流量计量方法，包括以下步骤：
    第一步：利用气体色谱仪测量得到实际天然气的组份；利用计量装置测量得到实际天然气的压力值和温度值；
    第二步：上位机读取所述实际天然气的组份并利用AGA8-92DC算法或SGERG-88算法计算出第一压缩因子；
第三步：根据所述第一压缩因子的二维数组值，以压力为基准，选取所述第一压缩因子中的两个压力值，对所述第一压缩因子进行曲线拟合，记录拟合曲线的参数并将所述拟合曲线的参数传送给计量装置；
第四步：所述计量装置根据实时测得的天然气温度和压力，选取与实际压力值最接近的至少两条所述拟合曲线，分别计算出在实时温度下的第二压缩因子，再对所述实时温度下的第二压缩因子进行线性插值，得到在当前温度和压力下的第三压缩因子Zt。
    第五步：根据标况下天然气的温度（20摄氏度）和压力（1个标准大气压，101.325kPa），采用与第四步一样的计算方法（选取与一个标准大气压力值最接近的两条所述拟合曲线，分别计算出在20摄氏度下的第二压缩因子，再对所述标况温度下的第二压缩因子进行线性插值），计算得到在标况下的第四压缩因子Zn，该压缩因子也可以由上位机计算后（因为天然气的组分、温度和压力已知，利用第二步的算法得到）并传送给计量装置来得到，根据所述第三压缩因子Zt和第四压缩因子Zn计算得到天然气在标况下的精确气体流量。
     在上述第五步中，计算天然气在标况下（1个标准大气压，20摄氏度）的压缩因子Zn，结合在实际天然气的温度和压力下的第三压缩因子Zt，根据如下公式计算天然气在标况下的精确气体流量：
Vn=Vt(Pt/101.325)(293.15/(Tt+273.15))(Zn/Zt),式中，Vt为流量计量装置测得的天然气实际温度和压力下的天然气流量；Pt为实际测得的天然气的压力（绝压，单位Kpa）；Tt为实际测得的天然气的温度（单位摄氏度）。
其中，所述第四压缩因子Zn的计算也可以由上位机计算获得，上位机根据标况下的天然气温度和压力计算出所述第四压缩因子Zn并传送给流量积算仪。
在上述的第一步中，该天然气的组份一般是不变的或者是变动很小的，如果变动很大，则需要重新测量天然气的组份，并重新执行第一步到第三步。
在上述的第二步中，上位机读取所述实际天然气的组份并利用AGA8-92DC算法或SGERG-88算法计算出第一压缩因子；上位机，例如PC计算机上安装有已开发的软件，PC计算机计算在实际场合下的压力和温度范围内的两种算法的压缩因子，上述的计算是按照实际标准进行的计算，通过PC计算机上安装的软件计算在AGA8-92DC算法和SGERG-88算法下的第一压缩因子，在现有技术中有标准的算法，属于本领域技术人员在付出创造性劳动的情况下能够获知的现有技术，在此不再赘述。
但是，虽然得到了所述第一压缩因子，所述第一压缩因子的数据精度可以符合国标GB/T 18603-2001表A.1准确度为A、B级要求，但是，第一压缩因子的数据量太大，流量积算仪等嵌入式计量装置中直接使用所述第一压缩因子是不可能的，所以，要对第一压缩因子进行进一步的处理使得在保证数据精度的条件下能够在流量积算仪等嵌入式计量装置中直接使用。
在上述的第三步中，根据得到的压缩因子二维数组值，以压力为基准，这里的压力是指管道内天然气的实际压力范围内选择的压力值（是管道内天然气的绝对压力），选取所述第一压缩因子中的两个压力值，例如0Mpa、1.75Mpa、3.50Mpa、5.25Mpa、7.0Mpa等，对压缩因子值进行曲线拟合，曲线拟合的阶数选取相当的重要，如果选取的阶数小，虽然流量积算仪等计量装置的计算要简单一些，但最终的误差较大；如果选取的阶数大，虽然误差小，但流量积算仪等计量装置的计算量很大，当阶数达到一定值时，再提高阶数，精度改善不明显，所以，阶数的选择显得尤为重要，根据仿真结果比较，选取阶数为三时，效果最佳。把每条拟合曲线的参数记录下来，通过485通信或其他通信方式传递给流量积算仪等计量装置。
在上述的第四步中，流量积算仪(有压力和温度传感器）等计量装置根据实时测得的天然气的温度和压力，找到与实际压力值最近的两条拟合曲线，其中，一个大于实际压力值，另一个小于实际压力值，实际压力值位于选取的两条拟合曲线的压力值之间，分别计算在该实际温度下的第二压缩因子值，计算所述第二压缩因子值属于本领域技术人员可以获知的现有技术，在此不再赘述。
之后再进行线性插值，最后得到在当前压力和温度环境下的第三压缩因子值。线性插值的结果就是在当前压力和温度环境下的满足精度要求的第三压缩因子。
根据以上步骤得到的第三压缩因子，完全满足国标GB/T 18603-2001表A.1准确度为A、B级的精度要求。
所述曲线拟合选取的阶数为三阶以上。
    所述计量装置为流量积算仪。
    在所述第三步中，记录拟合曲线的参数并将所述拟合曲线的参数通过485或其他通信方式传送给计量装置。
所述第四步具体为：所述计量装置根据实时测得的天然气温度和压力，选取与实际压力值接近的两条所述拟合曲线，其中，一条所述拟合曲线小于实测的天然气压力值，另一条所述拟合曲线大于实测的天然气压力值，分别计算出在实时温度下的第二压缩因子，再对所述第二压缩因子进行线性插值，得到在当前温度和压力下的第三压缩因子。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的有益效果在于：通过本发明公布的一种天然气的气体流量计量方法，使最终测得的天然气的气体流量结果符合国标GB/T 18603-2001表A.1准确度为A、B级要求。
附图说明：
图1是本发明的系统结构图。
图2是本发明的一种气体压缩因子计算系统的实现方法的方法流程图。
图3a是采用AGA8-92DC算法得到的第一压缩因子值。
图3b 是采用SGERG-88算法得到的第一压缩因子值。
图4a 是采用AGA8-92DC算法得到的第一压缩因子的二次拟合曲线。
图4b 是采用SGERG-88算法得到的第一压缩因子的二次拟合曲线。
图5a 是采用AGA8-92DC算法得到的第一压缩因子二次拟合曲线的相对误差。
图5b 是采用SGERG-88算法得到的第一压缩因子二次拟合曲线的相对误差。
图6a 是采用AGA8-92DC算法得到的第一压缩因子的三次拟合曲线。
图6b 是采用SGERG-88算法得到的第一压缩因子的三次拟合曲线。
图7a 是采用AGA8-92DC算法得到的第一压缩因子三次拟合曲线的相对误差。
    图7b 是采用SGERG-88算法得到第一压缩因子的三次拟合曲线的相对误差。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
图1示出了本发明的一种气体压缩因子计算系统的系统结构图。在图1中，流量积算仪和PC计算机等上位机连接，它们之间通过485通信方式或者其他通信方式连接。
    如图2所示，一种天然气的气体流量计量方法，包括以下步骤：
    第一步：利用气体色谱仪测量得到实际天然气的组份；利用计量装置测量得到实际天然气的压力值和温度值；
    第二步：上位机读取所述实际天然气的组份并利用AGA8-92DC算法或SGERG-88算法计算出第一压缩因子；
第三步：根据所述第一压缩因子的二维数组值，以压力为基准，选取所述第一压缩因子中的两个压力值，对所述第一压缩因子进行曲线拟合，记录拟合曲线的参数并将所述拟合曲线的参数传送给计量装置；
第四步：所述计量装置根据实时测得的天然气温度和压力，选取与实际压力值最接近的至少两条所述拟合曲线，分别计算出在实时温度下的第二压缩因子，再对所述实时温度下的第二压缩因子进行线性插值，得到在当前温度和压力下的第三压缩因子Zt。
    第五步：根据标况下天然气的温度（20摄氏度）和压力（1个标准大气压，101.325kPa），采用与第四步一样的计算方法（选取与一个标准大气压力值最接近的两条所述拟合曲线，分别计算出在20摄氏度下的第二压缩因子，再对所述标况下的第二压缩因子进行线性插值），计算得到在标况下的第四压缩因子Zn，该压缩因子也可以由上位机计算后（因为天然气的组分、温度和压力已知，利用第二步的算法得到）并传送给计量装置来得到，根据所述第三压缩因子Zt和第四压缩因子Zn计算得到天然气在标况下的精确气体流量。
     在上述的第一步中，该天然气的组份一般是不变的或者是变动很小的，如果变动很大，则需要重新测量天然气的组份，并重新执行第一步到第三步。
如图3a和3b所示，在上述的第二步中，上位机读取所述实际天然气的组份并利用AGA8-92DC算法和SGERG-88算法计算出第一压缩因子；上位机，例如PC计算机上安装有已开发的软件，PC计算机计算在实际场合下的压力和温度范围内的两种算法的压缩因子，上述的计算是按照实际标准进行的计算，通过PC计算机上安装的软件计算在AGA8-92DC算法或SGERG-88算法下的压缩因子，属于本领域技术人员能够获知的现有技术，在此不再赘述。
在上述的第三步中，根据得到的压缩因子二维数组值，以压力为基准，选取几个典型值，例如0Mpa、1.75Mpa、3.50Mpa、5.25Mpa、7.0Mpa等，对压缩因子值进行曲线拟合，曲线拟合的阶数选取相当的重要，如果选取的阶数小，虽然流量积算仪等计量装置的计算要简单一些，但最终的误差较大；如果选取的阶数大，虽然误差小，但流量积算仪等计量装置的计算量很大，当阶数达到一定值时，再提高阶数，精度改善不明显，所以，阶数的选择显得尤为重要。
如图4a和4b所示，如图4a和4b所示为阶数是二阶时的拟合曲线情况，当选取的阶数为二阶时，图5a和5b为它们的相对误差，最大相对误差分别为绝对值0.1155%和绝对值0.1162%。
根据仿真结果比较，选取阶数为三时，效果最佳。如图6a和6b所示为阶数选取三阶时拟合曲线情况，图7a和7b为它们的相对误差，最大相对误差分别为绝对值0.0513%和绝对值0.0516%。
把每条拟合曲线的参数记录下来，即三阶拟合曲线和其对应的压力值。
通过485通信或其他通信方式传递给流量积算仪等计量装置。
在上述的第四步中，流量积算仪(有压力和温度传感器）等计量装置根据实时测得的天然气的温度和压力，找到与实际压力值最近的两条拟合曲线，其中，一个大于实际压力值，另一个小于实际压力值，实际压力值位于选取的两条拟合曲线的压力值之间，分别计算在该实际温度下的第二压缩因子值，例如，当实际压力值为2.5Mpa时，（设为P),则选择的拟合曲线为1.75Mpa（设为P1) 和3.5Mpa(设为P2)这两条拟合曲线，分别计算在该实际温度下的第二压缩因子值（设为Z1和Z2)。
计算所述第二压缩因子值属于本领域技术人员可以获知的现有技术，在此不再赘述。
之后再进行线性插值，最后得到在当前压力和温度环境下的第三压缩因子值。计算方法为：Z1+（Z2-Z1)/(P2-P1)*(P-P1)
根据以上步骤得到的第三压缩因子，完全满足国标GB/T 18603-2001表A.1准确度为A、B级的精度要求。
所述曲线拟合选取的阶数为三阶以上。
    所述计量装置为流量积算仪。
    在所述第三步中，记录拟合曲线的参数并将所述拟合曲线的参数通过485通信传送给计量装置。
所述第四步具体为：所述计量装置根据实时测得的天然气温度和压力，选取与实际压力值接近的两条所述拟合曲线，其中，一条所述拟合曲线小于实测的天然气压力值，另一条所述拟合曲线大于实测的天然气压力值，分别计算出在实时温度下的第二压缩因子，再对所述第二压缩因子进行线性插值，得到在当前温度和压力下的第三压缩因子。
    在上述第五步中，计算天然气在标况下（1个标准大气压，20摄氏度）的压缩因子Zn，结合在实际天然气的温度和压力下的第三压缩因子Zt，根据如下公式计算天然气在标况下的精确气体流量：
     Vn=Vt(Pt/101.325)(293.15/(Tt+273.15))(Zn/Zt),式中，Vt为流量计量装置测得的天然气实际温度和压力下的天然气流量；Pt为实际测得的天然气的压力（绝压，单位Kpa）；Tt为实际测得的天然气的温度（单位摄氏度）。

Claims (7)

1.一种天然气的气体流量计量方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：利用气体色谱仪测量得到实际天然气的组份；利用计量装置测量得到实际天然气的压力值和温度值；
第二步：上位机读取所述实际天然气的组份并利用AGA8-92DC算法或SGERG-88算法计算出第一压缩因子；
第三步：根据所述第一压缩因子的二维数组值，以天然气的实际压力范围内的压力值为基准，选取所述第一压缩因子中的两个压力值，对所述第一压缩因子进行曲线拟合，记录拟合曲线的参数并将所述拟合曲线的参数传送给计量装置；
第四步：所述计量装置根据实时测得的天然气温度和压力，选取与实际压力值最接近的两条所述拟合曲线，分别计算出在实时温度下的第二压缩因子，再对所述实时温度下的第二压缩因子进行线性插值，得到在当前温度和压力下的第三压缩因子Zt，具体为：所述计量装置根据实时测得的天然气温度和压力，选取与实际压力值接近的两条所述拟合曲线，其中，一条所述拟合曲线小于实测的天然气压力值，另一条所述拟合曲线大于实测的天然气压力值，分别计算出在实时温度下的第二压缩因子，再对所述第二压缩因子进行线性插值，得到在当前温度和压力下的第三压缩因子Zt；
第五步：根据标况下天然气的温度和压力，选取与一个标准大气压力值最接近的两条所述拟合曲线，分别计算出在标况温度下的第二压缩因子，再对所述标况温度下的第二压缩因子进行线性插值，得到在标况下的第四压缩因子Zn，根据所述第三压缩因子Zt和第四压缩因子Zn按如下公式计算得到天然气在标况下的精确气体流量：Vn＝Vt(Pt/101.325)(293.15/(Tt+273.15))(Zn/Zt),式中，Vt为流量计量装置测得的天然气实际温度和压力下的天然气流量；Pt为实际测得的天然气的压力,绝压，单位Kpa；Tt为实际测得的天然气的温度,单位摄氏度。
2.如权利要求1所述的天然气的气体流量计量方法，其特征在于，所述曲线拟合选取的阶数为三阶以上。
3.如权利要求1或2所述的天然气的气体流量计量方法，其特征在于，所述曲线拟合选取的阶数为三阶。
4.如权利要求1或2所述的天然气的气体流量计量方法，其特征在于，所述计量装置为流量积算仪。
5.如权利要求1或2所述的天然气的气体流量计量方法，其特征在于，在所述第三步中，记录拟合曲线的参数并将所述拟合曲线的参数通过485通信方式传送给计量装置。
6.如权利要求1所述的天然气的气体流量计量方法，其特征在于，所述第四压缩因子Zn由上位机计算得到，并发送给计量装置。
7.如权利要求1所述的天然气的气体流量计量方法，其特征在于，所述第四压缩因子Zn由计量装置计算得到。
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