CN86101086A

CN86101086A - 流动气体超压缩系数的检测装置

Info

Publication number: CN86101086A
Application number: CN198686101086A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·S·雅各布森; 乔治·W·施奈德
Original assignee: American Meter Co Inc
Current assignee: Elster American Meter Co LLC
Priority date: 1985-05-16
Filing date: 1986-01-30
Publication date: 1986-11-12
Also published as: DE208046T1; US4584868A; KR860009299A; AU5242986A; AU573945B2; DK54386A; JPS61265548A; DK54386D0; EP0208046A1; BR8602418A

Abstract

一种检测高压状态下的流动气体超压缩系数的检测装置，它包括一个测量高压流动气体体积的仪表；一个与此仪表输出端相联的节流阀，节流阀的作用是使气体的压力减少到其超压缩系数已知的值上；另一个测量低压流动气体体积的仪表。利用高压和低压状态下流动气体的温度、压力和体积值，计算机就可以计算出高压状态下的超压缩系数。

Description

本发明是关于流动气体的测量，或者更确切地说是根据体积的测量，来检测流动气体的超压缩系数。

七十年代以来，天然气价格的迅速增长，导致了人们对测量仪表精确度的看法发生了深刻的变化，对于那些高压气体就更是如此。通过管路对流动气体的体积进行精确的测量越来越引起重视。由于气体是可压缩的，且其体积变化是温度和压力的函数，所以尽管体积测量仪都是测量实际的体积，但还是必须进行多种计算将已测出的流动气体的体积值转换成在预先统一确定的温度和压力下的体积值。

美国专利4，390，956上公开了一种进行修正运算的装置，其计算的主要部分涉及到了流动气体超压缩系数的确定。这个装置的工作是根据测量的温度和压力值，以及根据某一特殊的气体组成而输入到装置中的一组定值而进行的。因此，如果气体的组成变化了，就需要在装置中输入另一组定值。

本发明的目的，就是提供一种用于流动气体超压缩系数的检测装置。

本发明更进一步的目的是提供一种能够自动适应气体组分变化的流动气体超压缩系数的检测装置。

上面提到的、以及本发明的其它目的可以按照本发明提供的原理，这样来实现：提供一个能够连续测量气体在高压（P₁）下的超压缩系数（Z₁）的装置;将气体压力减少到一个低压值（P₂）的装置，对应于这个压力（P₂）的超压缩系数（Z₂）是已知的;测量在高压下的气体体积（V₁），温度（T₁）和压力（P₁）的装置;测量在低压下的气体体积（V₂），温度（T₂）和压力（P₂）的装置;和一个根据公式：

Z₁= (V1)/(V2) × (P1)/(P2) × (T2)/(T1) ×Z₂

来计算高压下的超压缩系数的装置。

阅读下面的说明，并结合本发明的附图可以更容易了解上述内容。附图是根据本发明的原理，说明装置结构的示意图。

到目前为止，有三种检测气体超压缩系数的一般方法。第一种方法是在三十年代发展起来的，使用北恩-伯内特（Bean-Burnett）测量装置或类似的装置。第二种方法是对气体进行分析，找出其所有的组份，然后利用状态方程进行理论计算，求出超压缩系数。第三种方法是在天然气工业中最常采用的，即利用《天然气超压缩系数测量手册》（PAR研究计划NX-q）上列出的表格和公式。这本书是由美国天然气学会出版的。对于同一种气体，分别用这三种方法得到的答案是不一样的，彼此虽很接近，但没有一个是百分之百准确的。因此，要进行理论计算，算出的值必然要依赖于它所使用的状态方程，而使用气体分析仪，如气体色层谱仪时的缺点，就是要花一定量的时间，并还需要大量的维修、保养工作。

按照本发明，根据波义耳-（查尔斯）马略特定律，在两种压力和温度条件下，一种给定气体的状态方程是：

(V₁P₁)/(T₁Z₁) = (V₂P₂)/(T₂Z₂)

其中：

P₁是第一个状态的压力;

V₁是第一个状态的气体体积;

T₁是第一个状态的气体温度;

Z₁是第一个状态的超压缩系数;

P₂是第二个状态的压力;

V₂是第二个状态的气体体积;

T₂是第二个状态的气体温度;

Z₂是第二个状态的超压缩系数。

所以，第一个状态的超压缩系数可表示为：

Z₁= (V₁)/(V₂) × (P₁)/(P₂) × (T₂)/(T₁) ×Z₂

这样，如果在两个状态下的体积、压力和温度可以测出来，且第二个状态的超压缩系数（Z₂）是已知的，那么计算未知的超压缩系数（Z₁）就很容易了。

实际上，检测超压缩系数仅对于高压流动气体来说才是需要的，它是上式中角标1所代表的状态。上式中角标2所代表的状态，其流动气体的超压缩系数是已知的，而且其它变量是易于直接测量的。对于天然气来说，它在大气压力下、温度为60°F时的超压缩系数几乎等于1。如果高压气体可以膨胀到大气压力，且高压和大气压下的条件是可测量的，那么高压下的超压缩系数就可以得到。本发明的附图说明了一个按照本发明检测超压缩系数的装置。

因此，按照本发明，通过一根细一些的管道12（例如管道直径为 1/4 英吋）从主管道中取出系统中的一部分高压气体。在实际应用中，比较典型的情况是管道12的表压力在约五十个大气压左右。由于管道12只取出了相对较小体积的气体，因此测量这一部分气体体积的表容量就可以小一些。尽管如此，小容量的仪表一般也不能承受高压，所以管道12联在一个压力容器14上，并在压力容器14中又放入了一个仪表16。由于仪表16是在压力容器14中的，仪表内外的压力相等，那么既使是薄铝膜的仪表也能完全满足以上提到的要求。仪表16的进气口18在压力容器14中是打开的，出口20则通到管22上。在管22内气体的压力还是很高的。为了使气体压力下降，装一个节流阀24。节流阀24的输出端接到热交换器26上，而热交换器又与仪表28的输入端相联。在仪表28的输出端，气体压力接近于大气压力，并由此排入大气。节流阀24可以是任何类型的节流孔，包括节流孔板或音速喷孔（sonic nozzle）。通过节流阀24，气体压力从大约五十个大气压力下降到大约一个大气压力，同时体积增加、温度下降。使用热交换器26的目的是使膨胀气体的温度升高到其环境温度，即仪表28的温度。仪表28必须是一个高容量的仪表，例如旋转式仪表，因为低压状态的气体通过仪表28时的体积是高压状态的气体通过仪表16时的50倍左右。

为了进行必要的计算，需要有一个计算机50，将实际的测量值输入计算机中进行计算。在压力容器14中装有压力传感器52和温度传感器54，它们分别通过连线53、55联接到计算机上，仪表16产生的气体体积脉冲信号通过连线56也传到计算机上。这样，连线53、55和56所载的信号就分别代表了P₁、T₁和V₁的值。同样在仪表28的输入端装有压力传感器62、温度传感器64，它们分别通过连线63、65联到计算机50上，仪表28产生的气体体积脉冲信号则是通过连线66输入到计算机50中的，这样，连线63、65和66上所载的信号就分别代表了P₂、T₂和V₂的值。然后计算机50利用公式：

Z₁= (V₁)/(V₂) × (P₁)/(P₂) × (T₂)/(T₁) ×Z₂

来计算高压气体的超压缩系数Z₁。由于气体的第二个状态是处于大气压和环境温度下的，它的超压缩系数接近于1，所以可以认为Z₂等于1。这样在上式中Z₂就可以划掉，或者进行一些修正，修正量一般小于0.2%。

计算的结果可以用来修正高压流动气体测量出的体积。例如将计算出的超压缩系数传送到一个如前述专利中所提到的装置中。本发明所公开的这种装置的独到之处就在于：超压缩系数是用一种比较便宜的仪器，在测量的那个时刻就可以得到的，不需要气体分析仪器。

因此，本发明所公开的是一种用来测量气体在高压状态下超压缩系数的装置，上面描述的实施例仅仅是对本发明原理应用的一种说明，任何其它没有脱离本发明范围和发明思想的工艺设计，均属于本发明的从属权利要求。

Claims

1、一种能够连续检测处于高压(P₁)下的气体超压缩系数(Z₁)的装置，其特征包括：

将这种气体的压力减少到低压(P₂)的装置。对应于这个压力(P₂)的超压缩系数(Z₂)是已知的；

测量这种气体在高压下的气体体积(V₁)的装置；

测量这种气体在高压下的气体温度(T₁)的装置；

测量这种气体在高压下的压力值(P₁)的装置；

测量这种气体在低压下的气体体积(V₂)的装置；

测量这种气体在低压下的气体温度(T₂)的装置；

测量这种气体在低压下的压力值(P₂)的装置；

和利用公式：Z₁= (V₁)/(V2) × (P₁)/(P2) × (T₂)/(T₁) ×Z₂

计算这种气体在高压下的超压缩系数的装置。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征包括一个节流阀，以减少所说的气体压力。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征包括一个能将低压状态下气体的温度升高，使其达到环境温度的装置。

4、根据权利要求3所述的装置，使其温度升高的装置包括一个有散热片的热交换器。