CN1155810C - 一种压缩天然气充装计量方法及其充装计量装置 - Google Patents

Abstract

一种压缩天然气充装计量方法及其充装计量装置，采用静态pVT法进行计量。将压缩天然气引入已知容积的标准工作容器中，再向被充装容器充装，根据充装前后标准工作容器内天然气压力与温度的变化，求出并显示外充天然气计量值。具有计量可靠，准确度高，使用维修方便，维修费用低等特点。

Description

一种压缩天然气充装计量方法及其充装计量装置

技术领域：

本发明涉及天然气计量方法及其计量装置，特别涉及一种压缩天然气充装计量方法及其充装计量装置，用于压缩天然气的充装计量。本发明所涉及的压缩天然气是指经压缩后压强可达20～25兆帕的高压天然气。

技术背景：

目前用于压缩天然气的充装计量方法及其充装计量装置主要有两种：一种是基于科氏力原理的U形或T形管质量流量法及其计量装置(市面称售气机)；另一种是基于间接流速测量原理的节流差压式文丘利管及其计量装置。前者在实际使用时必须按我国法定计量单位转换为标准状态下的立方体积，俗称“标方”；后者要求气源的压力、温度等指标必须很稳定条件下工作。并且上述两种方法在计量检定时，必须作“实流标定”，这就给计量监督，尤其是贸易结算环节的监督带来很大不便。

发明内容：

本发明的目的是提供一种使用方便，有较高计量精度的压缩天然气充装计量方法及其充装计量装置。

技术方案：

本发明的目的是这样实现：根据目前压缩天然气充装的现状，采用静态pVT法进行计量。其所涉及的方法是：首先将压缩天然气引入已知容积的标准工作容器中，测得充入天然气的压力与温度，求出标准工作容器内压缩天然气在标准条件下的体积数。利用标准工作容器内天然气压力高于被充装容器压力，向被充装容器充装压缩天然气。结束充气后再根据标准工作容器内剩余天然气的压力和温度计算出标准工作容器向外充装前与充装后的天然气体积的差值，即为外充天然气计量值。

按本发明方法所涉及的充装计量装置是：设置已知容积并符合有关压力容器相关规定的标准工作容器，在标准工作容器内设置有压力传感器和温度传感器，在标准工作容器上设置有天然气进气通道和天然气出气通道，在天然气进气通道和天然气出气通道上分别设置有进气电动阀和出气电动阀，通过进气电动阀将标准工作容器与场站储气库连通，通过出气电动阀将标准工作容器与被充装容器连通；压力传感器和温度传感器的信号输出线以及进气电动阀和出气电动阀的控制线分别通过通用接口电路联系于工控机，工控机上设置有数据显示器。

为了提高本发明的工作效率，按同样发明构思设计，设置两个标准工作容器，在标准工作容器内设置有压力传感器和温度传感器；标准工作容器各通过一个三通电动阀联系于进气电动阀和手控三通出气阀；进气电动阀通过天然气进气通道联系于场站储气库，手控三通出气阀的其余两个通道分别联系于受充容器和充气管路排空回路。压力传感器和温度传感器的信号输出线以及进气电动阀和三通电动阀的控制线分别通过通用接口电路联系于工控机，工控机上设置有数据显示器。

本发明的工作过程是：在向受充装容器充气前，工控机控制进气电动阀，开启场站储气库与标准工作容器进气通道，向标准工作容器引入压缩天然气。达到设定压力后，关闭进气电动阀。工控机通过安装在标准工作容器内的压力传感器和温度传感器测得引入压缩天然气的压力与温度。然后按照美国煤气协会输送计量委员会(即AGA，以下称AGA)8号报告提供的特定算法求出天然气实时压缩因子，再按照AGA 3号报告提供的算法求出标准工作容器内压缩天然气折算到标准条件下的体积数；向受充装容器充气时，工控机开启标准工作容器与受充装容器之间的出气电动阀，向受充装容器进行充装，同时对出气电动阀前后压力进行监测，充气完毕后关闭出气电动阀，再次测定标准工作容器内压缩天然气的压力和温度，并计算出标准工作容器内剩余天然气折算到标准条件下的体积数。标准工作容器内天然气向外充装之前与之后折算到标准条件下的体积差即为充装计量值。

根据AGA.3^#报告对理想气体有定律

$\frac{P_1{V}_1}{T_1}=\frac{P_2{V}_2}{T_2}...\left(1\right)$

P₁，P₂-不同状况下的压力          T₁，T₂-不同状况下的温度

V₁，V₂-不同状况下的体积

所有气体都与理想气体定律存在着某种程度的偏差，这种偏差的修正采用压缩因子Z，根据公式(1)有

$V_b=V_n\left(\frac{P_n}{P_b}\right)\left(\frac{Z_b}{Z_n}\right)\left(\frac{T_b}{T_n}\right)...\left(2\right)$

下标b指的是标准条件下的参数，下标n指的是工况条件下的参数

Z_b-标准条件下的压缩因子       Z_n-工况条件下的压缩因子

AGA.8^#报告提供了计算天然气和其他烃类气体的压缩因子的详细资料。

通过计算可以得到符合AGA.8^#报告规定的对压缩因子Z的不确定度极限的结果的详细内容，压缩因子可直接用于气体体积的计算。

压缩因子定义为

$Z=\frac{P}{\mathrm{dRT}}...\left(3\right)$

d-摩尔密度    R-气体常数    ρ-压力    T-温度

计算压缩因子的状态方程为

Z＝1+Bd+Cd²+Dd³+Ed⁵+A₁d²(1+A₂d²)exp(-A₂d²)    ……(4)

A，B，C，D，E，A₁，A₂-系数，它们都是温度和组分的函数。

为了求得公式(4)中的d，将公式(3)代入(4)得到压力状态方程。

P＝RTd+BRTd²+CRTd³+DRTd⁴+A₁RTd³(1+A₂d²)exp(-A₂d²)  ……(5)

当温度，压力和气体的组分已知时，公式(5)中的未知量只有摩尔密度d，因为公式(5)是d的非线性函数，求d必须用数值法不用分析法。AGA.8^#报告给出了用数值求解d值的公式及计算机程序。在进行d的计算之前，必须用气体的温度和组分计算公式(5)中的系数B，C，D，E，A₁，A₂。在AGA.8^#报告中给出了计算这些系数的经验公式。

本发明专利就是按上述标准资料，先计算出对充装计量装置内标准容器中的天然气体积Vb₁，然后计算出充装计量装置向受充容器充放后剩余天然气的体积Vb₂，最后计算出充装计量装置在向受充容器充放前后体积之差V_s＝Vb₁-Vb₂就是外充天然气计量值。

下面通过实施例，结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明一种实施例原理示意图；

图2是本发明的另一种实施例结构示意图。

图中，1为标准工作容器，2为进气电动阀，3为出气电动阀，4为天然气进气通道，5为天然气出气通道，6为场站储气库，7为受充装容器，8为温度传感器，9为压力传感器，10为工控机，11为数据显示器。标准工作容器1为已知容积的耐压容器，如场站用标准贮气瓶，耐压值高于25兆帕。在标准工作容器1内设置有压力传感器9和温度传感器8，压力传感器9可以是0～28兆帕的标准压力变送器，温度传感器8可以是-30～+80摄氏度的标准温度变送器。在标准工作容器1上设置有天然气进气通道4和天然气出气通道5，在天然气进气通道4和天然气出气通道5上分别设置有进气电动阀2和出气电动阀3，通过进气电动阀2将标准工作容器1与场站储气库6连通，通过出气电动阀3将标准工作容器1与被充装容器7连通；压力传感器9和温度传感器8的信号输出线以及进气电动阀2和出气电动阀3的控制线分别通过通用接口电路联系于工控机10，工控机10上设置有显示器1。其中，工控机10可以是80486DX计算机，数据显示器11为标准显示器；压力传感器9和温度传感器8的信号输出线与工控机10之间的通用接口电路可以是PCL816A/D转换板，进气电动阀2和出气电动阀3的控制线与工控机10之间的通用接口电路可以是PCL-730I/O板。实施例的工作过程是：在向受充装容器7充气前，工控机10控制进气电动阀2，开启场站储气库6与标准工作容器1进气通道4，向标准工作容器1引入压缩天然气。达到设定压力后，关闭进气电动阀2。工控机10通过安装在标准工作容器1内的压力传感器9和温度传感器8测得引入压缩天然气的压力与温度。然后按照前述AGA.8号报告提供的特定算法求出天然气实时压缩因子，再按照前述AGA.3号报告提供的算法求出标准工作容器1内压缩天然气折算到标准条件下的体积数；向受充装容器7充气时，工控机10开启标准工作容器1与受充装容器7之间的出气电动阀3，向受充装容器7进行充装，同时对出气电动阀3前后压力进行监测，充气完毕后关闭出气电动阀，再次测定标准工作容器1内压缩天然气的压力和温度，并计算出标准工作容器1内剩余天然气在标准条件下的体积。标准工作容器1内天然气向外充装之前与之后的体积差即为充装计量值，计量数据均可以在数据显示器11上显示。

图2所示的另一种实施例是为了在实际使用中提高本发明的工作效率，按同样发明构思设计，设置两个标准工作容器1，标准工作容器1各通过一个三通电动阀14联系于进气电动阀2和手控三通出气阀12。手控三通出气阀12的其余两个通道分别联系于受充容器7和充气管路排空回路13。本实施例的工作过程是：在向受充装容器7充气前，工控机10通过安装在标准工作容器1内的压力传感器9和温度传感器8测得引入压缩天然气的压力与温度。然后按照AGA.8号报告提供的特定算法求出天然气实时压缩因子，再按照AGA.3号报告提供的算法求出标准工作容器1内压缩天然气折算到标准条件下的体积数。在向受充装容器7充气时，将手控三通出气阀12与受充容器7连接，开启手控三通出气阀12使受充容器与三通电动阀14连通。工控机10通过三通电动阀14控制其中一个标准工作容器1向受充容器充气的同时，使场站储气库6向另一个标准工作容器1进行充气，达到设定压力后，关闭进气电动阀2。工控机10通过安装在标准工作容器1内的压力传感器9和温度传感器8测得引入压缩天然气的压力与温度。然后按照AGA.8号报告提供的特定算法求出天然气实时压缩因子，再按照AGA.3号报告提供的算法求出标准工作容器1内压缩天然气折算到标准条件下的体积数。在充气过程中，通过工控机10可以控制两个标准工作容器1交替向受充容器7充气。当受充容器7充装完毕后，关闭受充容器7进气口，通过手控三通出气阀12关闭受充容器7与三通电动阀14之间的通道并使充气管路排空。工控机10再次测定标准工作容器1内剩余压缩天然气的压力和温度，并计算出标准工作容器1内剩余天然气在标准条件下的体积。标准工作容器1内天然气向外充装之前与之后的体积差即为充装计量值，计量数据均可以在数据显示器11上显示。

有益效果：

本发明作为计量装置其计量检定只须标定标准工作容器的体积，检测压力和温度传感器准确度，即可进行计量准确度评估，不必进行“实流标定”，便于计量监督，特别是贸易结算环节的计量监督。同时，有本发明还具计量可靠，准确度高，使用维修方便，维修费用低等特点。

Claims (4)

1、一种压缩天然气充装计量方法，其特征在于：首先将压缩天然气引入已知容积的标准工作容器中，测得充入天然气的压力与温度，求出标准工作容器内压缩天然气在标准条件下的体积数；利用标准工作容器内天然气压力高于被充装容器压力，向被充装容器充装压缩天然气；结束充气后再根据标准工作容器内剩余天然气的压力和温度计算出标准工作容器向外充装前与充装后的天然气体积差，即为外充天然气计量值。

2、如权利要求1所述的压缩天然气充装计量方法，其特征在于：按照美国煤气协会输送计量委员会8号报告特定算法求出向被充装容器充装压缩天然气前后的天然气实时压缩因子；根据美国煤气协会输送计量委员会3号报告提供的算法求出向被充装容器充装压缩天然气前后的标准容器内剩余压缩天然气换算到标准条件下的体积，并计算出标准工作容器向外充装与充装后的天然气体积差，即为外充天然气计量值。

3、一种压缩天然气充装计量装置，其特征在于：设置已知容积并符合有关压力容器相关规定的标准工作容器，在标准工作容器内设置有压力传感器和温度传感器，在标准工作容器上设置有天然气进气通道和天然气出气通道，在天然气进气通道和天然气出气通道上分别设置有进气电动阀和出气电动阀，通过进气电动阀将标准工作容器与场站储气库连通，通过出气电动阀将标准工作容器与被充装容器连通；压力传感器和温度传感器的信号输出线以及进气电动阀和出气电动阀的控制线分别通过通用接口电路联系于工控机，工控机上设置有数据显示器。

4、如权利要求3所述的压缩天然气充装计量装置，其特征在于：该充装计量装置设置了两个标准工作容器，在所述的两个标准工作容器内均设置有压力传感器和温度传感器；所述两个标准工作容器各通过一个三通电动阀联系于进气电动阀和手控三通出气阀；手控三通出气阀的其余两个通道分别联系于受充容器和充气管路排空回路。

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