EP2108123A2 - Method for measuring the physical-chemical parameters of natural gas - Google Patents

Method for measuring the physical-chemical parameters of natural gas

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EP2108123A2
EP2108123A2 EP07858912A EP07858912A EP2108123A2 EP 2108123 A2 EP2108123 A2 EP 2108123A2 EP 07858912 A EP07858912 A EP 07858912A EP 07858912 A EP07858912 A EP 07858912A EP 2108123 A2 EP2108123 A2 EP 2108123A2
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EP
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natural gas
density
physical
determined
calculated
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Withdrawn
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EP07858912A
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Sergey Ermishin
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Althaven Technology Corp
Original Assignee
Althaven Technology Corp
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/22—Fuels; Explosives
    • G01N33/225—Gaseous fuels, e.g. natural gas

Definitions

  • the disadvantage of this method is the need to install turbulent and laminar restrictors, the inability to measure chemical parameters of the natural gas (the carbon dioxide and nitrogen content), and large additional errors in the process due to the need to strictly adhere to the gas supply regime.
  • the value of the carbon dioxide mole fraction x ° v corresponding to the minimum of the expression (34) is the searched quantity of carbon dioxide content in the natural gas obtained from the equation for calculating the compressibility factor by supplying the equation for giving up the statistical equilibrium.

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Abstract

The invention relates to a method for measuring physical-chemical parameters of natural gas. The pressure and the temperature of the natural gas are measured. The value of a control parameter is determined when said control parameter is used. The physical-chemical parameters corresponding to the parameters of the natural gas are selected. The data on the physical-chemical parameters of the natural gas is transmitted to a data output device.

Description

ERMISHIN, Sergey ul. Sharapovskaya 6-1-64 ERMISHIN, Sergey ul. Sharapovskaya 6-1-64
Mytishi 14102 Moscow Reg ion RUSSLANDMytishi 14102 Moscow Reg ion RUSSIA
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Messverfahren für die physikalisch-chemischen Parameter von ErdgasMeasurement method for the physico-chemical parameters of natural gas
Die Erfindung betrifft messtechnische Erfassung des Erdgases, Durchflusszähler und Messbaueinheiten, die Durchfluss, Menge und Heizwert des Erdgases messen. Sie kann insbesondere für Messungen der Standarddichte, des Kohlendioxid- und Stickstoffgehaltes sowie Heizkraft des Erdgases unterschiedlicher physikalischchemischer Zusammensetzung verwendet werden.The invention relates to metrological detection of natural gas, flow meters and Meßbaueinheiten that measure flow, amount and calorific value of natural gas. It can be used in particular for measurements of the standard density, the carbon dioxide and nitrogen content as well as the heating power of the natural gas of different physicochemical composition.
Die Messungen des Durchflusses und der Menge des Erdgases, die von den Messmitteln und Meßsystemen verschiedener Wirkungsweise erfüllt werden, sind mit der Bestimmung der physikalisch-chemischen Parameter des Erdgases (der Komponentenzusammensetzung und der Standarddichte) verbunden, die für die Ermittlung des Kompressibilitätskoeffizienten des Erdgases benötigt werden. Dabei werden solche Rechnungsmethoden des Kompressibilitätskoeffizienten des Erdgases wie die Methode NX19 Mod. und die Zustandsgieichung GERG-91 Mod. breit eingesetzt werden. Für die Berechnung nach diesen Methoden können die Messwerte der Dichte unter standardisierten Bedingungen pc, des Kohlendioxidgehaltes xy und des Stick- stoffgehaltes xa bei der unbekannten vollständigen Komponentenzusammensetzung des Erdgases [1-4] verwendet werden.The measurements of the flow rate and the amount of natural gas, which are performed by the measuring means and measuring systems of different modes of action, are connected with the determination of the physico-chemical parameters of the natural gas (the component composition and the standard density), which is required for the determination of the compressibility coefficient of the natural gas become. There are such Calculation methods of the compressibility coefficient of the natural gas such as the method NX19 Mod. And the state equation GERG-91 Mod. Be widely used. For the calculation according to these methods, the measured values of the density under standardized conditions p c , the carbon dioxide content x y and the nitrogen content x a at the unknown complete component composition of the natural gas [1-4] can be used.
Außerdem hängt der Preis des Erdgases von seinem Heizkraftwert ab, als dessen zu messende Parameter die höchste und unterste spezifische Verbrennungswärme hauptsächlich verwendet wird. Die Bestimmung der höchsten und der untersten spezifischen Verbrennungswärme wird auch aufgrund der physikalisch-chemischen Messungen der Erdgaszusammensetzung durchgeführt. Insbesondere sind in [5] die Rechnungsmethoden der höchsten und untersten spezifischen Verbrennungswärme bestimmt, die bei der unbekannten vollständigen Komponentenzusammensetzung des Erdgases aufgrund bekannter physikalisch-chemischen Parameter (xa, xy) mit xy, xa Molbrüche des Kohlendioxides und Stickstoffes im Erdgas verwendet werden können.In addition, the price of natural gas depends on its calorific value, as its parameters to be measured are mainly used the highest and lowest specific heat of combustion. The determination of the highest and the lowest specific heat of combustion is also carried out on the basis of the physical-chemical measurements of the natural gas composition. In particular, in [5] the calculation methods of the highest and lowest specific heat of combustion are determined for the unknown complete component composition of the natural gas based on known physicochemical parameters (x a , x y ) with x y , x a molecular breaks of the carbon dioxide and nitrogen in the natural gas can be used.
Bei unbekannter Komponentenzusammensetzung des Gases ist es zugelassen, die höchste HC.B. und die unterste H0 H. spezifische Verbrennungswärme nach den Formeln (1) zu bestimmen:If the component composition of the gas is unknown, it is allowed to have the highest H C. B. and the lowest H 0 H. to determine specific heat of combustion according to formulas (1):
HC B = 92,819(0,51447/?c + 0,05603 -0,65689xa -xy) HC H ^ 85,453(0,5219Op, + 0,04242 - 0,65197*, -*,) (1)H CB = 92.819 (0.51447 /? C + 0.05603 -0.65689x a -x y ) H CH ^ 85.453 (0.5219Op, + 0.04242 - 0.65197 *, - *,) (1)
Zurzeit werden die physikalisch - chemischen Messungen der Dichte unter standardisierten Bedingungen pc, des Kohlendioxidgehaltes xy und des Stickstoffgehaltes xa in der Regel mit solchen Messmitten wie Chromatographen (Flüssig- und Laborchromatographen) durchgeführt. Die Chromatographen gehören zu den teueren Messmitteln, für die die Beachtung strengen Anforderungen an den Ort und die Probenahmeverfahren des Erdgases notwendig ist. Für Laborchromatographen werden außerdem spezielle Laborbedingungen gefordert. Gerade deshalb werden die unmittelbaren Messungen pc, xa, Xy in der Regel nur bei den genügend großen Gasmess- Objekten der Erdgaserfassung mit Hilfe teuerer Flüssigchromatographen durchgeführt. Dies verursacht einen zusätzlichen Ermittlungsfehler von ρc, xa, Xy für Gasmessobjekte, wo die Messungen mit Hilfe von pc, xa, xy nicht durchgeführt werden, durch Änderungen in der Zeit der physikalisch-chemischen Eigenschaften des Erdgases.At present, the physico-chemical measurements of the density under standardized conditions p c , the carbon dioxide content x y and the nitrogen content x a are generally carried out with such measuring centers as chromatographs (liquid and laboratory chromatographs). The chromatographs are among the expensive ones Measuring equipment requiring compliance with strict requirements for the location and methods of sampling of the natural gas. Laboratory chromatographs also require special laboratory conditions. For this very reason, the direct measurements p c , x a , X y are usually carried out only with the sufficiently large gas measurement objects of the natural gas detection with the aid of expensive liquid chromatographs. This causes an additional detection error of ρ c , x a , Xy for gas measuring objects where the measurements are not performed by means of p c , x a , x y , by changes in the time of the physicochemical properties of the natural gas.
Bekannt ist das Verfahren zur Bestimmung der Kennwerte der physischen Erdgaseigenschaften (das Patent Russischer Föderation Nr. 2269113, Anmeldung Nr. 2004118739/28 vom 2004.06.21). Bei der Ausführung dieses Patentes werden die Erdgasparameter mittels Drosselung geändert, der Druck und die Temperatur wer- den vor, nach und während der Drosselung gemessen und nach den gemessenen Werten der genannten Parameter werden die Kennwerte der physischen Eigenschaften des Erdgases durchgeführt, indem die Berechnungen mit Hilfe einer Recheneinrichtung erfolgen.The method for determining the characteristics of physical natural gas properties is known (Russian Federation Patent No. 2269113, Application No. 2004118739/28 of 2004.06.21). In the implementation of this patent, the natural gas parameters are changed by throttling, the pressure and the temperature are measured before, after and during the throttling, and according to the measured values of said parameters, the physical properties of the natural gas are determined by carrying out the calculations Help a computing device done.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Notwendigkeit, turbulente und laminare Drosseln zu installieren, in fehlender Möglichkeit, chemische Parameter des Erdgases (der Kohlendioxid- und Stickstoffgehalt) zu messen, und große zusätzliche Fehler des Verfahrens durch die Notwendigkeit, Gaszufuhrbetriebsweise streng einzuhalten.The disadvantage of this method is the need to install turbulent and laminar restrictors, the inability to measure chemical parameters of the natural gas (the carbon dioxide and nitrogen content), and large additional errors in the process due to the need to strictly adhere to the gas supply regime.
Durch SU 702267 ist bekannt, physikalisch-chemische Parameter, insbesondere einen auch als Superkompressibilitätsfaktor bezeichneten Kompressibilitätskoeffizienten des Erdgases durch Messung von Totaldruck und Temperatur vor und nach einer Herstellung von Standardbedingungen durch Drosselung auf Umgebungs- bzw. Normaldruck sowie Aufwärmen auf 15 bis 20° C zu bestimmen.By SU 702267 is known, physicochemical parameters, in particular a compressibility coefficient of the natural gas also referred to as supercompatibility factor by measuring the total pressure and temperature before and after a production of standard conditions by throttling to ambient or Normal pressure and warming to 15 to 20 ° C to determine.
Durch US 4,584,868 ist bekannt, einen auch als Superkompressibilitätsfaktor bezeichneten Kompressibilitätskoeffizienten von Erdgas unter Betriebsbedingungen durch Verwendung von Messwerten für Temperatur, Druck und Volumenstrom sowohl bei Betriebsbedingungen, als auch bei einem Standardbedingungen entsprechenden Druck, bei dem der Superkompressibilitätsfaktor bekannt ist, zu bestimmen.It is known from US 4,584,868 to determine a compressibility coefficient of natural gas, also referred to as supercompressibility factor, under operating conditions by using temperature, pressure and volumetric flow measurements under both operating conditions and standard pressure conditions at which the supercompressibility factor is known.
Durch EP 0608 736 A2 ist bekannt, einen Volumenstrom eines Pipeline-Gasstromes unter Standardbedingungen zu bestimmen, indem ein Volumenstrom unter Betriebsbedingungen der Pipeline gemessen wird, und indem ein volumetrischer Korrekturfaktor bestimmt wird. Der volumetrische Korrekturfaktor wird bestimmt durch Messung eines Vergleichsvolumenstroms in einem von der Gasströmung abgezweigten Vergleichsgasstromes, Messung eines Energieflusses des Vergleichsgasstromes, Messung eines Heizwerts des Vergleichsgasstromes, sowie Messung einer Dichte bei Standardbedingungen. Die Dichte bei Standardbedingungen wird bestimmt durch eine Anpassung des von einem Pipeline-Volumenstrommessgeräts gemessenen Pipeline-Gasstromes anhand des volumetrischen Korrekturfaktors. Dabei muss während der Messung des Vergleichsvolumenstromes die Temperatur des Vergleichs- Gasstromes der Temperatur des Pipeline-Gasstromes entsprechen.EP 0 608 736 A2 discloses determining a volume flow of a pipeline gas stream under standard conditions by measuring a volume flow under pipeline operating conditions and determining a volumetric correction factor. The volumetric correction factor is determined by measuring a reference volumetric flow in a reference gas flow diverted from the gas flow, measuring an energy flow of the reference gas flow, measuring a calorific value of the reference gas flow, and measuring a density at standard conditions. Density at standard conditions is determined by adjusting the pipeline gas flow measured by a pipeline volumetric flow meter based on the volumetric correction factor. In this case, during the measurement of the comparison volume flow, the temperature of the comparison gas flow must correspond to the temperature of the pipeline gas flow.
Ausgehend aus dem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, Möglichkeiten zur Bestimmung benötigter physikalisch-chemischer Parameter bei unbekannter Komponentenzusammensetzung des Erdgases aufgrund verschiedener Komponenten zu schaffen. Dazu werden leicht messbare makroskopische Größen, insbesondere Druck und Temperatur des Erdgases, verwendet.Starting from the prior art, the invention is based on the object to provide opportunities for determining required physical-chemical parameters at unknown component composition of the natural gas due to various components. For this purpose, easily measurable macroscopic quantities, in particular pressure and temperature of the natural gas, are used.
Das Ziel, auf dessen Lösung die vorliegende Erfindung gerichtet ist, ist die Möglichkeit, unvollständige Komponentenzusammensetzung des Erdgases (Dichte unter standardisierten Bedingungen, Kohlendioxid- und Stickstoffgehalt) zu bestimmen, indem Messwerte absoluten Drucks und Temperatur des Erdgases verwendet werden.The object to which the present invention is directed is the possibility of incomplete component composition of the natural gas (density under standardized conditions, carbon dioxide and nitrogen content) by using measurements of absolute pressure and temperature of the natural gas.
Das technische Ergebnis, das bei der Nutzung der Erfindung erreicht wird, ist die Vereinfachung und die Senkung des Aufwands für das Messverfahren der Standarddichte, des Kohlendioxid- und Stickstoffgehaltes des Erdgases.The technical result achieved with the use of the invention is the simplification and the reduction of the effort for the measurement of the standard density, the carbon dioxide and nitrogen content of the natural gas.
Das genannte technische Ergebnis wird dadurch erreicht, dass a) erst der Druck und die Temperatur des Erdgases gemessen werden; b) anschließend Startwerte ausgewählt werden, und zwar aus den Bereichen der gesuchten physikalisch-chemischen Parameter, die durch die Qualität des gelieferten Erdgases und die Kennwerte der erfassenden Einheit und/oder der Gasleitung festgelegt werden bzw. gegeben oder bekannt sind; c) der Wert mindestens eines ersten physikalisch-chemischen Parameters aufgrund der Startwerte der physikalisch-chemischen Parameter, die im Schritt b) bestimmt worden sind, und der im Schritt a) gemessenen Druck und Temperatur berechnet wird, wobei d) der Wert mindestens des ersten physikalisch-chemischen Parameters durch Erfüllung mindestens eines ersten minimalen Kriteriums bzw. Minimalkriteriums bestimmt wird.The technical result mentioned is achieved by a) first measuring the pressure and the temperature of the natural gas; b) subsequently selecting starting values from the ranges of the sought physicochemical parameters determined by the quality of the natural gas supplied and the characteristics of the sensing unit and / or the gas line; c) the value of at least one first physical-chemical parameter based on the starting values of the physico-chemical parameters determined in step b) and the pressure and temperature measured in step a), where d) is the value of at least the first Physicochemical parameter is determined by fulfilling at least a first minimum criterion or minimal criterion.
Anders ausgedrückt misst man zunächst den absoluten Druck und die Temperatur des Erdgases in der Gasleitung bei Betriebsbedingungen. Anschließend werden anhand der Kenntnis der Qualität des durch die Gasleitung transportierten Erdgases, welche beispielsweise durch stichprobenartige, Laboruntersuchungen, oder durch das Gasfeld, von dem das Erdgas stammt in etwa bekannt ist, der Änderungsbereich der Werte der Dichte bei den standardisierten Bedingungen des Erdgases, derÄnde- rungsbereich der Werte des Gehaltes des Kohlendioxides im Erdgas, der Änderungsbereich der Werte des Gehaltes des Stickstoffes im Erdgas, der Umfang der Änderung der Werte der Dichte bei den Betriebsbedingungen des Erdgases bestimmt. Datenfelder dieser Werte bzw. Änderungsbereiche können in einem Daten- Speicher abgelegt werden. Im Datenspeicher werden die Datenfelder der Werte der Dichte bei den Betriebsbedingungen des Erdgases mit dem minimalen Schritt im Bereich der Änderung der Dichte bei den Betriebsbedingungen des Erdgases gebildet. Man bildet ebenfalls im Datenspeicher die Datenfelder der gegebenen Werte der Dichte bei den standardisierten Bedingungen des -Erdgases mit dem minimalen Schritt im Umfang der Veränderung der Werte der Dichte bei den standardisierten Bedingungen des Erdgases. Man formiert zudem in der Einrichtung der Datenspeicherung die Datenfelder der Werte des Gehaltes des Kohlendioxides im Erdgas mit dem minimalen Schritt im Bereich der Änderung der Werte des Gehaltes des Kohlendioxides im Erdgas. Man bildet auch in der Einrichtung der Datenspeicherung die Datenfelder der Werte des Gehaltes des Stickstoffes im Erdgas mit dem minimalen Schritt im Umfang der Veränderung der Werte des Gehaltes des Stickstoffes im Erdgas. Man rechnet dann für jede Angabe aus den Datenfeldern der Werte der Dichte bei den standardisierten Bedingungen, die Gehalte des Kohlendioxides und des Stickstoffes des Erdgases und für die gemessenen Werte des absoluten Drucks und der Temperatur das Datenfeld der Werte des Kompressibilitätsfaktors mit der Nutzung der Methode der Berechnung bei dem unbekannten vollständigen Komponentenbestand des Erdgases aus. Anschließend wird der Wert mindestens eines ersten physikalisch-chemischen Parameters aufgrund der Startwerte der physikalischchemischen Parameter, die wie oben beschrieben bestimmt bzw. eingegrenzt wor- den sind, und des gemessenen Drucks der und Temperatur in Betriebsbedingungen berechnet. Zur Erfüllung mindestens eines ersten minimalen Kriteriums bzw. Minimalkriteriums errechnet man den Rechenwert des auch als Steuerparameter bezeichneten ersten gesuchten physikalisch-chemischen Parameters für jede Angabe aus den Datenfeldern der Werte des Kompressibilitätsfaktors K , für jede Angabe aus den Datenfeldern der Werte der Dichte des Gases bei den Betriebsbedingungen p , für jede Angabe aus den Datenfeldern der Werte der Dichte des Gases bei den standardisierten Bedingungen pc , für die gemessenen Werte des absoluten Drucks p und der Temperatur T des Gases. Man vergleicht anschließend den Rechenwert des Steuerparameters und den Wert des Steuerparameters aus den vorgegebenen Angaben und wählt die Angaben aus den Datenfeldern der Werte der Dichte bei den standardisierten Bedingungen des Erdgases, des Gehaltes des Kohlendioxides und des Gehaltes des Stickstoffes des Erdgases, die der minimalen Differenz zwischen dem "Rechenwert des Steuerparameters und dem Wert des Steuerparameters aus den vorgegebenen Angaben entsprechen. Die so gewonnenen physikalischchemischen Parameter in Form von Daten, die die gewählten Angaben aus den Datenfeldern der Werte der Dichte bei den standardisierten Bedingungen des Erdgases, des Gehaltes des Kohlendioxides und des Gehaltes des Stickstoffes des Erdgases, die der minimalen Differenz zwischen dem Rechenwert des Steuerparameters und dem Wert des Steuerparameters umfassen, können auf die Einrichtung der Informationsausgabe übertragen werden. Dann kann man den Kompressibilitätsfaktor des Erdgases anhand einer Methode zur Berechnung des Kompressibilitätsfaktors bei unbekanntem vollständigem Komponentenbestand des Erdgases berechnen und, falls notwendig, auf die Einrichtung der Informationsausgabe übertragen.In other words, one first measures the absolute pressure and the temperature of the natural gas in the gas line under operating conditions. Then, based on the knowledge of the quality of the natural gas transported through the gas line, which is approximately known for example by random, laboratory investigations, or by the gas field from which the natural gas comes, the range of change of the values of the density at the standardized conditions of the natural gas, the countries - range of values of content of carbon dioxide in natural gas, range of change of values of content of nitrogen in natural gas, the volume of change of values of density at operating conditions of natural gas. Data fields of these values or change ranges can be stored in a data memory. In the data memory, the data fields of the values of the density at the operating conditions of the natural gas are formed with the minimum step in the range of the change of the density at the operating conditions of the natural gas. Also in the data memory data fields of given values of density at standardized conditions of natural gas with the minimum step in volume of change of values of density at standard conditions of natural gas are made. In addition, in the device of data storage the data fields of values of content of carbon dioxide in natural gas are formed with the minimum step in the field of change of values of content of carbon dioxide in natural gas. Also in the device of data storage the data fields of values of nitrogen content in natural gas with the minimum step in volume of change of values of content of nitrogen in natural gas are formed. Then for each indication from data fields of values of density at standardized conditions, contents of carbon dioxide and nitrogen of natural gas and for the measured values of absolute pressure and temperature the data field of values of compressibility factor with the use of a method of calculation Calculation for the unknown complete component inventory of natural gas. Subsequently, the value of at least one first physical-chemical parameter is calculated on the basis of the starting values of the physico-chemical parameters which have been determined or limited as described above, and of the measured pressure and temperature in operating conditions. In order to fulfill at least a first minimum criterion or minimum criterion, the calculated value of the first sought-after physicochemical parameter, also referred to as the control parameter, is calculated for each item from the data fields of the values of the compressibility factor K, for each item from the data fields of the values of the density of the gas at the operating conditions p, for each indication from the data fields of the values of the density of the gas at the standardized conditions p c , for the measured values of the absolute pressure p and the temperature T of the gas. It then compares the calculated value of the control parameter and the value of the control parameter from the given data and selects the data from the data fields of the values of the density at the standardized conditions of the natural gas, the content of the carbon dioxide and the content of the nitrogen of the natural gas, the minimum difference between the " calculated value of the control parameter and the value of the control parameter from the given data." The physicochemical parameters obtained in the form of data representing the selected data from the data fields of the density values under the standardized conditions of natural gas, the content of carbon dioxide and the content of the nitrogen of the natural gas, which comprise the minimum difference between the calculated value of the control parameter and the value of the control parameter, can be transmitted to the device of the information output calculate the method of calculating the compressibility factor for an unknown complete component inventory of the natural gas and, if necessary, transfer it to the information output device.
Außerdem kennzeichnet sich das Verfahren in einem speziellen Fall der Erfindungsausführung dadurch, dass der erste gesuchte physikalisch-chemische Parameter wenigstens einmal neu ausgewählt wird und das Wahlverfahren zur Bestimmung mindestens eines gesuchten physikalisch-chemischen Parameters des Erdgases wiederholt wird.In addition, the method is characterized in a special case of the invention embodiment in that the first searched physicochemical parameter is at least once again selected and the election process for determining at least one sought physicochemical parameter of the natural gas is repeated.
Darüber hinaus wird das Verfahren in einem speziellen Fall der Erfindungsausführung auch dadurch charakterisiert, dass der erste gesuchte physikalisch-chemische Parameter Gasdichte unter standardisierten Bedingungen ist. Außerdem wird das Verfahren in einem speziellen Fall der Erfindungsausführung auch dadurch charakterisiert, dass der erste gesuchte physikalisch-chemische Parameter Gasdichte unter Betriebsbedingungen ist.Moreover, in a specific case of the invention, the method is also characterized in that the first physico-chemical parameter sought is gas density under standardized conditions. Moreover, in a particular case of the invention, the method is also characterized in that the first physical-chemical parameter sought is gas density under operating conditions.
Ferner wird das Verfahren in einem speziellen Fall der Erfindungsausführung auch dadurch charakterisiert, dass das erste minimale Kriterium die Minimaldifferenz zwischen dem errechneten Wert des ersten physikalisch-chemischen Parameters und seinem Startwert ist.Furthermore, in a specific case of the invention, the method is also characterized in that the first minimum criterion is the minimum difference between the calculated value of the first physicochemical parameter and its starting value.
Außerdem wird das Verfahren in einem speziellen Fall der Erfindungsausführung auch dadurch charakterisiert, dass der gesuchte physikalisch-chemische Parameter gleichzeitig der erste gerechnete physikalisch-chemische Parameter ist.Moreover, in a specific case of the invention, the method is also characterized in that the physical-chemical parameter sought is at the same time the first physico-chemical parameter calculated.
Darüber hinaus wird das Verfahren in einem speziellen Fall der Erfindungsausführung auch dadurch charakterisiert, dass das erste minimale Kriterium die Minimaldifferenz zwischen dem errechneten Wert des ersten physikalisch-chemischen Parameters und seinem gemessenen Wert ist.Moreover, in a specific case of the invention, the method is also characterized in that the first minimum criterion is the minimum difference between the calculated value of the first physico-chemical parameter and its measured value.
Ferner wird das Verfahren in einem speziellen Fall der Erfindungsausführung auch dadurch charakterisiert, dass die Schritte a) bis d) zur Suche der unbekannten Stellenwerte des gesuchten physikalisch-chemischen Parameters hintereinander durchgeführt werden.Furthermore, in a special case of the embodiment of the invention, the method is also characterized in that the steps a) to d) are carried out one behind the other to search for the unknown values of the sought physicochemical parameter.
Außerdem wird das Verfahren in einem speziellen Fall der Erfindungsausführung auch dadurch charakterisiert, dass die im Schritt b) bestimmten Startwerte bei wiederholten Temperatur- und Druckmessungen des Erdgases unter Berücksichtigung der aus den früheren Messungen bestimmten, gesuchten physikalisch-chemischen Parameter korrigiert werden. Darüber hinaus wird das Verfahren in einem speziellen Fall der Erfindungsausführung auch dadurch charakterisiert, dass folgende Schritte durchgeführt werden: a) Bestimmung der Betriebsbedingungen des Erdgases durch Druck- und Temperaturmessung; b) Festlegung der Bereiche auf Grund der Daten über die Qualität des gelieferten Erdgases und der Kennwerte der erfassenden Einheit und/oder der Gasleitung, innerhalb deren die betreffenden physikalisch-chemischen Parameter des gelieferten Erdgases liegen • Kohlendioxidgehalt,Moreover, in a specific case of the invention, the method is also characterized in that the starting values determined in step b) are corrected for repeated temperature and pressure measurements of the natural gas taking into account the sought-after physical-chemical parameters determined from the earlier measurements. In addition, in a specific case of the invention, the method is also characterized in that the following steps are carried out: a) determination of the operating conditions of the natural gas by pressure and temperature measurement; b) definition of the areas based on the data on the quality of the natural gas supplied and the characteristics of the capturing unit and / or the gas pipeline within which the physicochemical parameters of the natural gas supplied are located • carbon dioxide content;
• Stickstoffgehalt,Nitrogen content,
• Dichte unter Betriebsbedingungen• Density under operating conditions
• Standarddichte; c) Auswahl der Startwerte für physikalisch-chemische Parameter: • Kohlendioxidgehalt,• standard density; c) Selection of starting values for physico-chemical parameters: • Carbon dioxide content,
• Stickstoffgehalt,Nitrogen content,
• Dichte in Betriebsbedingungen• Density in operating conditions
• Standarddichte.• Standard density.
Die Startwerte liegen dabei innerhalb der im Schritt b) festgelegten Bereiche; d) Berechnung des Kompressibilitätskoeffizienten des Erdgases anhand der gemessenen Druck und Temperatur sowie anhand der Startwerte der physikalisch-chemischen Parameter; e) Berechnung der Standarddichte des Erdgases anhand des Startwertes der Dichte unter Betriebsbedingungen, der gemessenen Druck und Temperatur sowie anhand des berechneten Kompressibilitätskoeffizienten; f) Bestimmung der minimalen Differenz zwischen der im fünften Schritt errechneten Standarddichte und dem im dritten Schritt bestimmten Startwert der Standarddichte vorzugsweise durch Wiederholen der Schritte c), d) und e). Die Standarddichte, die eine Minimaldifferenz hat, gilt dabei als Standarddichte des gelieferten Erdgases; g) Bestimmung des Kohlendioxid- und Stickstoffgehaltes, der der Minimaldifferenz der Standarddichte entspricht.The starting values lie within the ranges defined in step b); d) calculation of the compressibility coefficient of the natural gas based on the measured pressure and temperature as well as on the starting values of the physical-chemical parameters; e) calculation of the standard density of the natural gas based on the starting value of the density under operating conditions, the measured pressure and temperature and the calculated compressibility coefficient; f) determining the minimum difference between the standard density calculated in the fifth step and the standard density starting value determined in the third step, preferably by repeating the Steps c), d) and e). The standard density, which has a minimum difference, is considered the standard density of the supplied natural gas; g) Determination of the carbon dioxide and nitrogen content corresponding to the minimum difference of the standard density.
Ferner wird das Verfahren in einem speziellen Fall der Erfindungsausführung auch dadurch charakterisiert, dass die Schritte a) bis f) hintereinander durchgeführt werden, um die unbekannten Stellenwerte des Wertes für die Standarddichte zu finden.Furthermore, in a specific case of the invention, the method is also characterized in that steps a) to f) are carried out in succession in order to find the unknown values of the value for the standard density.
Außerdem wird das Verfahren in einem speziellen Fall der Erfindungsausführung dadurch charakterisiert, dass nach der Bestimmung mindestens eines gesuchten physikalisch-chemischen Parameters durch Erfüllung mindestens eines Minimalkriteriums der Wert mindestens des nächsten gesuchten physikalisch-chemischen Parameters des Erdgases durch Erfüllung des nächsten Minimalkriteriums bestimmt wird.Moreover, in a specific case of the invention, the method is characterized in that, after the determination of at least one physicochemical parameter has been performed, by satisfying at least one minimal criterion, the value of at least the next sought physicochemical parameter of the natural gas is determined by satisfying the next minimum criterion.
Darüber hinaus wird das Verfahren in einem speziellen Fall der Erfindungsausführung dadurch charakterisiert, dass als der erste gesuchte physikalisch-chemische Parameter des Erdgases der Kompressibilitätskoeffizient des Erdgases ausgewählt wird.Moreover, in a specific case of the invention, the method is characterized in that the compressibility coefficient of the natural gas is selected as the first physical-chemical parameter of the natural gas sought.
Ferner wird das Verfahren in einem speziellen Fall der Erfindungsausführung dadurch charakterisiert, dass a) auf Grund der durch Temperatur- und Druckmessungen des gelieferten Gases bestimmten Betriebsbedingungen sowie der für die physikalisch-chemischen Parameter festgelegten Bereiche, die aus Informationen über die Qualität des gelieferten Erdgases und über die Kennwerte der erfassenden Einheit, und zwarFurthermore, in a specific case of the invention, the method is characterized in that a) on the basis of the operating conditions determined by temperature and pressure measurements of the supplied gas as well as the areas defined for the physicochemical parameters, the information on the quality of the supplied natural gas and about the characteristics of the capturing unit, namely
• Kohlendioxidgehalt,• carbon dioxide content,
• Stickstoffgehalt, • Dichte in BetriebsbedingungenNitrogen content, • Density in operating conditions
• Standarddichte, im ersten Schritt die Standarddichte des Erdgases bestimmt wird. Außerdem kann im ersten Schritt auch der Kohlendioxid- und Stickstoffgehalt bestimmt wer- den. b) anhand der innerhalb der festgelegten Bereiche liegenden Startwerte für physikalisch-chemische Parameter erst der Kompressibilitätskoeffizient errechnet wird; c) danach die errechnete Standarddichte aus den Startwerten der Dichte unter Betriebsbedingungen und des errechneten Kompressibilitätskoeffizienten bestimmt wird; d) der erste Schritt mit der Erfüllung des ersten Minimalkriteriums beendet wird; e) als Minimalkriterium die Minimaldifferenz zwischen der errechneten Standarddichte und dem Startwert der Standarddichte ist; f) im zweiten Schritt der Kohlendioxidgehalt des gelieferten Erdgases bestimmt wird. Außerdem kann im ersten Schritt der Stickstoffgehalt des Erdgases bestimmt werden. g) dabei anhand der innerhalb der festgelegten Bereiche liegenden Startwerte für die physikalisch-chemischen Parameter des Kohlenstoff- und Stickstoffgehal- tes im gelieferten Erdgas der erste Kompressibilitätsfaktor unter standardisierten Bedingungen für die im ersten Schritt ermittelte Standarddichte errechnet wird; h) dann der zweite Kompressibilitätsfaktor unter standardisierten Bedingungen für die im ersten Schritt ermittelte Standarddichte, incl. der Differenz bei der Erfüllung des ersten Minimalkriteriums, errechnet wird; i) der zweite Schritt mit der Erfüllung des zweiten Minimalkriteriums beendet wird; j) in diesem Vorgang die Differenz zwischen dem ersten und dritten Kompressibilitätskoeffizienten minimal ist; k) im dritten Schritt der Stickstoffgehalt des gelieferten Erdgases bestimmt wird;• Standard density, in the first step the standard density of the natural gas is determined. In addition, the carbon dioxide and nitrogen content can also be determined in the first step. b) the compressibility coefficient is first calculated from the starting values for physico-chemical parameters within the specified ranges; c) then the calculated standard density is determined from the starting values of the density under operating conditions and the calculated compressibility coefficient; d) the first step is ended with the fulfillment of the first minimal criterion; e) the minimal criterion is the minimum difference between the calculated standard density and the starting value of the standard density; f) in the second step, the carbon dioxide content of the natural gas supplied is determined. In addition, the nitrogen content of the natural gas can be determined in the first step. (g) the first compressibility factor is calculated under standardized conditions for the standard density determined in the first step, using the starting values for the physico-chemical parameters of carbon and nitrogen contained in the specified natural gas within the specified ranges; h) then the second compressibility factor is calculated under standardized conditions for the standard density determined in the first step, incl. the difference in the fulfillment of the first minimal criterion; i) the second step is ended with the fulfillment of the second minimal criterion; j) in this process, the difference between the first and third compressibility coefficients is minimal; k) in the third step, the nitrogen content of the natural gas supplied is determined;
I) dabei erst der zweite Kompressibilitätskoeffizient anhand der gemessenen Temperatur und Drucks sowie der ermittelten Werte für Standarddichte und Dichte unter Betriebsbedingungen errechnet wird; m) anhand des Startwertes für den letzten physikalisch-chemischen Parameter des Stickstoffgehaltes im gelieferten Erdgas, der ermittelten Standarddichte, Dichte unter Betriebsbedingungen und des Kohlendioxidgehaltes der dritte Kompressibilitätskoeffizient errechnet wird. Der Startwert liegt dabei innerhalb des festgelegten Bereiches für den Stickstoffgehalt. n) der dritte Schritt mit der Erfüllung des dritten Minimalkriteriums, für das die Differenz zwischen dem vierten und fünften Kompressibilitätskoeffizienten minimal ist, beendet wird.I) first the second compressibility coefficient is calculated on the basis of the measured temperature and pressure as well as the determined values for standard density and density under operating conditions; (m) the third coefficient of compressibility is calculated from the starting value for the last physical-chemical parameter of the nitrogen content in the natural gas supplied, the standard density determined, the density under operating conditions and the carbon dioxide content. The starting value lies within the specified range for the nitrogen content. n) the third step is ended with the fulfillment of the third minimum criterion, for which the difference between the fourth and fifth compressibility coefficients is minimal.
Bei der Auswahl der Messmittel für den Durchfluss und die Menge des Erdgases wird in der Praxis die Information über den zu erwartenden Änderungsbereich der physikalisch-chemischen Parameter des Erdgases (Standarddichte des ErdgasesIn the selection of the measuring means for the flow rate and the amount of natural gas is in practice the information about the expected range of change of the physico-chemical parameters of the natural gas (standard density of natural gas
P™a und p^ , Änderungsbereich des Kohlendioxid- *;'" , x™ und StickstoffgehaltsP ™ a and p ^, range of change of carbon dioxide *, x ™ and nitrogen content
*a m > λ'"m ) und den zu erwartenden Änderungsbereich des Drucks pmn , pm3K und der Temperatur Tmm , Tmm an der Erfassungseinheit verwendet. Diese Information ist in der Regel ausreichend, um den zu erwartenden Änderungsbereich der Erdgasdichte unter Betriebsbedingungen an der Erfassungseinheit zu ermitteln* a m > λ '" m ) and the expected range of change of the pressure p mn , p m3K and the temperature T mm , T mm at the detection unit This information is usually sufficient to reduce the expected range of change in natural gas density Determine operating conditions at the detection unit
mit Km!Α und Kmn der maximale und minimale Wert des Kompressibilitätskoeffizien- ten des Erdgases an der Erfassungseinheit Außerdem werden bei der Projektierung der Erfassungseinheiten des Erdgases mit verschiedener Arbeitsweise die speziellen Programmkomplexe für die Projektierung (zum Beispiel für die Erfassungseinheiten auf der Basis der standardisierten Kompressionseinrichtungen das in der Russischen Föderation zertifizierte Programm Durchflusszähler-ST) verwendet, die im Laufe der Projektierung die Arbeitsdichte des Erdgases berechnen. In Fig. 1 ist ein Rechenblatt des speziellen Projektierungsprogramms dargestellt, das für die Projektierung der Erfassungseinheiten aufgrund der Massendurchflusszähler verwendet wird. Aus diesem Blatt sind die berechneten Kennziffern der Arbeitsdichte des Erdgases an der Erfassungseinheit ersichtlich sind. with K m! Α and K mn the maximum and minimum value of the compressibility coefficient of the natural gas at the detection unit Besides, at designing of detection units of natural gas with various mode of operation special program complexes for designing (for example for detection units on the basis of the standardized compression units the program certified in the Russian Federation Flow counter-ST) which in the course of designing work density are used of the natural gas. In Fig. 1, a calculation sheet of the special project planning program is shown, which is used for the configuration of the detection units due to the mass flow meters. From this sheet, the calculated indices of the working density of the natural gas at the detection unit can be seen.
Somit kann man für eine Erfassungseinheit des Erdgases einen Änderungsbereich der Grundparameter, die die Zustandsgieichung des Erdgases bestimmen, unter Berücksichtigung des Kompressibilitätskoeffizienten, der nach der unvollständigen Komponentenzusammensetzung errechnet wird, vorgeben.Thus, for a detection unit of the natural gas, a range of change of the basic parameters that determine the state equation of the natural gas may be given taking into account the compressibility coefficient calculated after the incomplete component composition.
Eine Hauptidee des anzumeldenden Verfahrens besteht darin, dass die Möglichkeiten der modernen Rechner, die in den Erfassungseinheiten des Erdgases verwendet werden, folgendes erlauben:A main idea of the method to be registered is that the possibilities of the modern computers used in the detection units of natural gas allow:
1. Aus der bekannten Qualität des gelieferten Erdegases ist der Änderungsbe- reich der gesuchten physikalisch-chemischen Parameter der Standarddichte, des Kohlendioxid- und Stickstoffgehalts bekannt. Somit können die Bereiche angegeben oder der Datenbank entnommen werden etc., innerhalb deren die gesuchten physikalisch-chemischen Parameter liegen. Durch Messung der Betriebsbedingungen der Temperatur und des Drucks kann der Änderungsbe- reich für die Dichte unter Betriebsbedingungen vorgegeben werden. Somit kann der nächste Bereich festgelegt werden, innerhalb dessen der vierte gesuchte physikalisch-chemische Parameter liegt. Sechs physikalischchemische Parameter, aus denen durch Messungen nur zwei Parameter genau bekannt sind, bestimmen die Zustandsgieichung des Erdgases. 2. Mit Hilfe moderner Rechner können die restlichen vier Parameter durch Messungen allein des Drucks und der Temperatur auf Grund der festgelegten Bereiche, innerhalb deren die physikalisch-chemischen Parameter liegen, errechnet werden. Dies erfolgt durch geschickte Auswahl des so genannten Steuerparameters aus den noch bekannten aber benötigten physikalischchemischen Parametern. Anhand des Minimalkriteriums kann allein durch Messungen der Temperatur und des Drucks der erste und bei Bedarf ein zusätzlicher Steuerparameter mittels Sortierung oder im Laufe des ersten Schrittes bestimmt werden. Dies wird durch die Konvergenz/Wiederholbarkeit des errechneten und des vorgegebenen Wertes des Steuerparameters, z. B.1. From the known quality of the supplied natural gas, the range of change of the sought physical-chemical parameters of the standard density, the carbon dioxide and nitrogen content is known. Thus, the areas can be specified or taken from the database, etc., within which are the sought physicochemical parameters. By measuring the operating conditions of the temperature and the pressure, the change range for the density can be specified under operating conditions. Thus, the next range within which the fourth physico-chemical parameter sought can be determined. Six physico-chemical parameters, from which only two parameters are precisely known by measurements, determine the equation of state of the natural gas. 2. With the help of modern calculators, the remaining four parameters can be calculated by measuring pressure and temperature alone based on the defined ranges within which the physico-chemical parameters are located. This is done by skillful selection of the so-called control parameter from the still known but required physico-chemical parameters. On the basis of the minimum criterion, the first and, if necessary, an additional control parameter can be determined by means of sorting or in the course of the first step solely by measuring the temperature and the pressure. This is achieved by the convergence / repeatability of the calculated and predetermined value of the control parameter, e.g. B.
Standarddichte, Kompressibilitätsfaktor unter standardisierten Bedingungen, erzielt. Dabei hängt die Lage des Minimalkriteriums von dem Schritt der Auslese des Steuerparameters, z. B. von der Standarddichte, nicht ab (s. Fig.2, 4). Auf dieser Basis können dann die Werte für die Standarddichte, Dichte un- ter Betriebsbedingungen sowie für den Kohlendioxid- und Stickstoffgehalt desStandard density, compressibility factor under standardized conditions. The location of the minimal criterion depends on the step of reading the control parameter, e.g. B. from the standard density, not from (see Fig.2, 4). On this basis, the values for the standard density, density under operating conditions as well as for the carbon dioxide and nitrogen content of the
Erdgases bestimmt werden. Außerdem kann man während der Suche anhand der gemessenen Druck- und Temperaturwerte der physikalisch-chemischen Parameter des Erdgases die vorher durch geschickte Auswahl des/der Steuerparameters gebildeten Datenbanken verwenden. 3. Die erste Anknüpfung an einen entsprechenden Bereich der Startwerte kann man durch eine Vergleichsanalyse der Ergebnisse der Ermittlung, z.B. der Standarddichte mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer beliebigen Methode chemischer Analyse (z.B. pynkometrische Analyse), leicht erzielt werden. Im weiteren ermöglicht die Leistung der moderner Rechner, die Kon- vergenz/Wiederholbarkeit der nacheinander folgenden Ergebnisse der Ermittlung der sich in der Zeit langsam ändernden Standarddichte mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb des geforderten Bereiches für die Standarddichte zu gewährleisten. Die Auswahl des Steuerparameters wird durch die Forderung der Existenz des Extremums der Funktion für die Differenz des errechneten und des Sollwertes eines Steuerparameters (die so genannte Aufgabe des statischen Gleichgewichtes) bestimmt. In diesem Fall hängen die Eigenschaften der Lösung von den Dimensionen der Aufgabe nicht ab und die Möglichkeit erscheint, die Lösung betreffs der Ermittlung der Dichte unter standardisierten Bedingungen, des Kohlendioxid- und Stickstoffgehaltes nur dann zu erhalten, wenn eine Reihe der Aufgabenparameter (insbesondere die Dichte unter Betriebsbedingungen) nicht gemessen wird. Ein solcher Steuerparameter ist zum Beispiel die Dichte unter standardisierten Bedingungen. Dabei hängt die Lage_des Minimalwertes von den konkreten Werten nicht ab, die aus dem festgelegten Bereich der Startwerte, der physikalisch-chemischen Parameter und aus dem Messbereich der Temperatur und des Drucks ausgewählt werden. So wird der Wert der Standarddichte, unabhängig von der Bereitstellung der Information über alle Parameter der Gaszustandsgleichung (bei der unbekannten Dichte unter Betriebsbedingungen und dem Kohlendioxid- und Stickstoffgehalt), als die Lösung der von der Ausgangsdimension unabhängigen Aufgabe des statischen Gleichgewichtes. In Fig. 2 ist das Rechenergebnis des absoluten Wertes der Differenz zwischen der Solldichte unter standardisierten Bedingungen für den Ausleseschritt der Arbeitsdichte 0,1 kg/ιr>3 dargestellt. Diese Dichte wird mittels Zustandsgieichung des Erdgases errechnet pc = p.Pc -T - Kl{p.Tc) {Z)Natural gas can be determined. In addition, one can use during the search on the basis of the measured pressure and temperature values of the physical-chemical parameters of the natural gas previously formed by skillful selection of the / the control parameter databases. 3. The first connection to a corresponding range of the starting values can be easily achieved by a comparative analysis of the results of the determination, eg the standard density by means of the method according to the invention and any method of chemical analysis (eg pycnometric analysis). In addition, the performance of the modern computer makes it possible to ensure the convergence / repeatability of the successive results of the determination of the standard density which slowly changes over time by means of the method according to the invention within the required range for the standard density. The selection of the control parameter is determined by the requirement of existence of the extremum of the function for the difference of the calculated and the setpoint of a control parameter (the so-called static equilibrium task). In this case, the properties of the solution do not depend on the dimensions of the task and the possibility of obtaining the solution concerning the determination of the density under standardized conditions of carbon dioxide and nitrogen content appears only if a number of the task parameters (in particular the density under operating conditions) is not measured. One such control parameter is, for example, the density under standardized conditions. The position of the minimum value does not depend on the specific values selected from the specified range of the starting values, the physicochemical parameter and the measuring range of the temperature and the pressure. Thus, the value of the standard density, regardless of providing the information about all parameters of the gas state equation (at the unknown density under operating conditions and the carbon dioxide and nitrogen content), becomes the solution of the static equilibrium task independent of the initial dimension. FIG. 2 shows the result of calculation of the absolute value of the difference between the nominal density under standardized conditions for the read-out step of the working density 0.1 kg / ιr> 3. This density is calculated by means of a state equation of the natural gas p c = p. Pc -T - Kl {pT c ) {Z)
mit pc und Tc absoluter Druck und Temperatur der standardisierten Bedingungen); ρc Solldichte unter standardisierten Bedingungen; p Solldichte unter Betriebsbedingungen;with p c and T c absolute pressure and temperature of the standardized conditions); ρ c target density under standardized conditions; p target density under operating conditions;
K Kompressibilitätskoeffizient des Gases, errechnet nach der unvollständigen Komponentenzusammensetzung (nach dem vorgegebenen Kohlendioxid- und Stickstoffgehalt und der Dichte unter standardisierten Bedingungen); p der gemessene absolute Druck;K Compressibility coefficient of the gas, calculated according to the incomplete component composition (according to the given carbon dioxide and nitrogen content and the density under standardized conditions); p is the measured absolute pressure;
T die gemessene Temperatur des Gases.T is the measured temperature of the gas.
Wie aus der Graphik in Fig. 2 ersichtlich, ist hier das ausgeprägte Differenzminimum des Rechen- und Sollwertes des Steuerparameters (der Dichte unter standardisierten Bedingungen) vorhanden, d.h. die Suchaufgabe aus der Zustandsgieichung der Dichte unter standardisierten Bedingungen ist die Aufgabe des statischen Gleichgewichtes. Dabei hängt der Charakter der Lage des Minimums von dem Vorgeben der Ausleseparameter nicht ab und bestimmt den Wert der Dichte unter standardisierten Bedingungen des Erdgases unabhängig von der Bereitstellung der Information über alle Parameter der Zustandsgieichung des Gases (mit unbekannter Dichte unter Betriebsbedingungen und dem Kohlendioxid- und Stickstoffgehalt).As can be seen from the graph in Fig. 2, here is the pronounced difference minimum of the computational and setpoint value of the control parameter (the density under standardized conditions), i. E. the task of finding the state equation of density under standardized conditions is the task of static equilibrium. The character of the position of the minimum does not depend on the specification of the readout parameters and determines the value of the density under standardized conditions of the natural gas independently of the provision of the information about all parameters of the state equation of the gas (with unknown density under operating conditions and the carbon dioxide and nitrogen content).
Für die Suche der unbekannten Parameter der Zustandsgieichung des Erdgases kann man die Steuerparameter anderer Art anbieten, unterschiedlich von der Dichte unter standardisierten Bedingungen (zum Beispiel der Kompressibilitätskoeffizient), für welche die Forderung der Existenz des Extremums der Funktion für die Differenz des Rechen- und Sollwertes des Steuerparameters auch erfüllt wird, d. h. bei denen die Aufgabe der Suche der unbekannten Parameter der Zustandsgieichung des Erd- gases zur Aufgabe des statischen Gleichgewichtes zugeführt wird. Das einzige Kriterium, das von den Steuerparametern erfüllt werden muss, ist die Existenz des Extremums derer Funktionen. Dies ist notwendig, um das Minimalkriterium für die Differenz des Rechen- und Sollwertes des Steuerparameters zu erfüllen. Diese Steuerparameter entsprechen der Aufgabe des statischen Gleichgewichtes bei Er- mittlung oder Suche unbekannter physikalisch-chemischer Parameter der Zustands- gleichung des Erdgases.For the search of unknown parameters of state equation of natural gas it is possible to offer control parameters of other kind, differently from density under standardized conditions (for example the compressibility coefficient) for which requirement of existence of extremum of function for difference of calculation and setpoint the control parameter is also met, d. H. where the task of searching the unknown parameters of the equation of state of natural gas is given to the task of static equilibrium. The only criterion that must be met by the control parameters is the existence of the extremum of their functions. This is necessary to meet the minimum criterion for the difference between the computational and setpoint values of the control parameter. These control parameters correspond to the task of static equilibrium in the determination or search of unknown physico-chemical parameters of the equation of state of the natural gas.
Außerdem kann man bei der Suche der unbekannten Parameter der Zustandsglei- chung des Erdgases die Verwendung der Steuerparameter verschiedener Art kombi- nieren, das heißt die zusätzlichen Steuerparameter einführen, die erlauben, die Suche der anderen unbekannten Parameter zur Aufgabe des statistischen Gleichgewichtes zuzuführen, zum Beispiel der Kohlendioxid und Stickstoffgehalt im Erdgas. Ein solcher zusätzlicher Steuerparameter kann der Kompressibilitätsfaktor unter standardisierten Bedingungen zc seinIn addition, in the search for the unknown parameters of the state equation of the natural gas, it is possible to combine the use of the control parameters of various types. that is, introduce the additional control parameters that allow the search of the other unknown parameters to be used to relieve statistical equilibrium, for example the carbon dioxide and nitrogen content in natural gas. Such an additional control parameter may be the compressibility factor under standardized conditions z c
∑c = l - (0,074 Ip0 - 0,006 - 0,063xa - 0,0575* y )z .Σ c = 1 - (0.074 lp 0 - 0.006 - 0.063x a - 0.0575 * y ) z .
(4) mit xa und xy die Molbrüche des Stickstoffes und Kohlendioxides im Erdgas.(4) with x a and x y the nitrogen and carbon dioxide molar fractions in natural gas.
In Fig. 3 ist dargestellt das Rechenergebnis des absoluten Wertes für die Differenz zwischen dem Kompressibilitätsfaktor unter standardisierten Bedingungen für Daten der vorgegebenen Datenfelder der Dichte des Gases unter standardisierten Bedingungen pc , der Dichte des Gases unter Betriebsbedingungen p , des Kohlendioxid- und Stickstoffgehaltes des Erdgases und dem Kompressibilitätsfaktor unter standardisierten Bedingungen, errechnet nach den Rechenwerten der Dichte des Gases unter standardisierten Bedingungen. Die Existenz des Extremums der Differenz des Rechen- und des Sollwertes des zusätzlichen Steuerparameters des Kompressibilitätsfaktors unter standardisierten Bedingungen in der Graphik Fig. 3 ermöglicht, den Kohlendioxidgehalt im Erdgas im Fall der Existenz der unbekannten Parameter der Zustandsgieichung des Erdgases zu ermitteln (die Aufgabe der Suche des Kohlendi- oxidgehaltes zur Aufgabe des statistischen Gleichgewichtes zuzuführen).In Fig. 3 is shown the calculation result of the absolute value for the difference between the compressibility factor under standardized conditions for data of predetermined data fields of the density of the gas under standardized conditions p c , the density of the gas under operating conditions p, the carbon dioxide and nitrogen content of the natural gas and the compressibility factor under standardized conditions, calculated on the calculated values of the density of the gas under standardized conditions. The existence of the extremum of the difference of the arithmetic and the setpoint of the additional control parameter of the compressibility factor under standardized conditions in the graph Fig. 3 makes it possible to determine the carbon dioxide content in the natural gas in case of existence of the unknown parameters of the state equation of the natural gas (the task of the search of the carbon dioxide content for the purpose of statistical equilibrium).
Der unbekannt gebliebene Parameter der Zustandsgieichung des Erdgases - der Stickstoffgehalt - wird ermittelt durch die Suche der minimalen Abweichung zwischen dem Kompressibilitätskoeffizienten, der aus der Zustandsgieichung des Erdgases nach der Formel errechnet wirdThe unknown parameter of the equation of state of natural gas - the nitrogen content - is determined by the search of the minimum deviation between the compressibility coefficient, which is calculated from the equation of state of natural gas according to the formula
K = Pc -p -Tc/{p - pc - T) (5) unter Berücksichtigung der Messinformation über den absoluten Druck und die Temperatur und der Ergebnisse der Suche mit Hilfe der Steuerparameter der Dichte des Gases unter standardisierten und Betriebsbedingungen und mit Hilfe der Methode der Berechnung des Kompressibilitätskoeffizient bei der unbekannten vollständigen Komponentenzusammensetzung des Erdgases unter Berücksichtigung der oben genannten Information über die errechneten und gemessenen Parameter und die mit Hilfe der Steuerparameter des Kohlendioxidgehaltes im Gas ermittelt ist.K = Pc- p -T c / {p - p c -T) (5) taking into account measurement information on absolute pressure and temperature and results of search by means of control parameters of density of gas under standardized and operating conditions and by means of the method of calculation of compressibility coefficient at the unknown complete component composition of natural gas taking into account the above information is determined by the calculated and measured parameters and by means of the control parameters of the carbon dioxide content in the gas.
Solche Methode der Berechnung des Kompressibilitätskoeffizienten bei der unbe- kannten vollständigen Komponentenzusammensetzung des Erdgases ist, zum Beispiel, die Zustandsgieichung GERG-91 Mod. [1 -3]. mit B'n und Cγn - die Koeffizienten YC;Such a method of calculating the compressibility coefficient in the case of the unknown complete component composition of the natural gas is, for example, the equation of state GERG-91 Mod. [1 -3]. with B ' n and Cγn - the coefficients YC;
PM - molare Dichte kmol/m . Die Koeffizienten der Zustandsgieichung werden aus den folgenden Ausdrücken ermitteltPM - molar density kmol / m. The coefficients of the state equation are determined from the following expressions
mit ^3 Molbruch des äquivalenten Kohlenwasserstoffes with ^ 3 mole fraction of the equivalent hydrocarbon
. B1=-0,425468 + 2,865.10-3T-4,62073.10-6T2 + , B 1 = -0.425468 + 2.865.10 -3 T-4,62073.10 -6 T 2 +
+ (8,77118.10-4-5,56281.10-6T + 8,8151.10-9T2)H ++ (8.77118.10 -4 -5.56281.10 -6 T + 8.8151.10 -9 T 2 ) H +
+ (-8,24747.10-7 +4,31436.10-9T-6,0831910-12T2)xH2, (10) + (-8.24747.10 -7 +4.31436.10 -9 T-6,0831910 -12 T 2 ) xH 2 , (10)
B2 = -0,1446+7,4091.10-4T-9,1195.10-7T2, (11) B 2 = -0.1446 + 7.4091.10 -4 T-9.1195.10 -7 T 2 , (11)
B23 =-0,339693+1,61176.10-3T-2,04429.10-6T12, (12) B 23 = -0.339693 + 1.61176.10 -3 T-2,04429.10 -6 T 12 , (12)
B3 =-0,86834+ 4,0376.10-3T -5,1657.10-6T2, (13) B 3 = -0.86834 + 4.0376.10 -3 T -5.1657.10 -6 T 2 , (13)
C1 =-0,302488 + 1,95861.10-3T-3,16302.10-6T2 +C 1 = -0.302488 + 1.95861.10 -3 T-3.16302.10 -6 T 2 +
+ (6,46422.10-4-4,22876.10-6T + 6,88157.10-9T2)H+ -+ (6,46422.10 -4 -4,22876.10 -6 T + 6,88157.10 -9 T 2 ) H + -
+ (-332805.10-7+2,2316.10-9T-3,67713.10-12T2)xH2, (14) + (-332,805.10 -7 + 2,2316.10 -9 T-3,67713,10 -12 T 2 ) xH 2 , (14)
C2 =7,8498.10-3-3,9895.10-5T + 6,1187.10-8T2, (15) C 2 = 7.8498.10 -3 -3.9895.10 -5 T + 6.1187.10 -8 T 2 , (15)
C3= 2,0513 •10-3+3,4888.10-5T-8,3703.10-8T2, (16) C 3 = 2.0513 • 10 -3 + 3.4888.10 -5 T-8.3703.10 -8 T 2 , (16)
C223 =5,52066.10-3 -1,68609.10-5T + 1,57169.10-8T2, (17) C 223 = 5.52066.10 -3 -1.68609.10 -5 T + 1.57169.10 -8 T 2 , (17)
C233 =3,58783.10-3+8,06674.10-6T-3,25798.10-8T2, (18) C 233 = 3.58783.10 -3 +8.06674.10 -6 T-3,25798.10 -8 T 2 , (18)
B* = 0,72+1,875.10-5(320-T)2, (19) B * = 0.72 + 1.875.10 -5 (320-T) 2 , (19)
C* = 0,92 + 0,0013(T -270). (20) C * = 0.92 + 0.0013 (T -270). (20)
In den Formelen (10), (14) H errechnet man nach dem AusdruckIn formulas (10), (14) H is calculated according to the expression
H = 128,64 + 47,479M3, (21) H = 128.64 + 47.479M 3 , (21)
mit M3 molare Masse des äquivalenten Kohlenwasserstoffes, deren Wert aus dem Ausdruck ermittelt wird with M3 molar mass of the equivalent hydrocarbon, the value of which is determined from the expression
Im Ausdruck (22) wird der Molbruch des äquivalenten Kohlenwasserstoffes (X3) mit der Nutzung der Formel (9) und der Kompressibiiitätsfaktor unter standardisiertenIn Expression (22), the molar fraction of the equivalent hydrocarbon ( X3 ) using the formula (9) and the compressibility factor are standardized
Bedingungen ( "c )nach der Formel (4) gerechnet.Conditions ( "c ) calculated according to formula (4).
Nach der Ermittlung der Koeffizienten der Zustandsgieichung (6) m errechnet man den Kompressibilitätsfaktor bei dem vorgegeben Druck (p , MPa) und der vorgege- benen Temperatur (,) T nach der Formel m mitAfter determining the coefficients of the equation of state (6) m, one calculates the compressibility factor at the given pressure ( p , MPa) and the given temperature (,) T according to the formula m With
Der Kompressibilitätskoeffizient des Erdgases wird nach der Formel (30) errechnet The compressibility coefficient of the natural gas is calculated according to the formula (30)
Das unten angebotene Verfahren ist am Ausführungsbeispiel betrachtet, in dem die Dichte unter standardisierten Bedingungen pc als der Steuerparameter gewählt wird. Zur Senkung der Rechenkosten kann das Auslesen (sweeping) innerhalb der vorgegebenen Änderungsbereiche der Parameter der Dichte p' nicht mit dem minimalenThe method offered below is considered in the embodiment in which the density under standardized conditions p c is chosen as the control parameter. In order to reduce the calculation costs, the reading (sweeping) within the predetermined change ranges of the parameters of the density p 'can not be done with the minimum
Intervall durchgeführt werden, sondern etappenweise: zunächst nach den Einheiten (es wird die beste Lösung mit der Genauigkeit 1 kg/m3 gesucht), danach nach den Zehnteln (es wird die beste Lösung mit der Genauigkeit 0,1 kg/m3 gesucht), weiter nach den Hundertsteln usw. Der Charakter der Lage des Minimums hängt vom Ausleseintervall nicht ab, das in diesem Fall nur die Genauigkeit des erhaltenen Auffin- dens des Parameters (der Dichte unter standardisierten Bedingungen) bestimmt. So zeigt die Graphik Fig. 4 die Lage des Minimums der Differenz zwischen der vorgege- benen und der errechneten Dichte unter standardisierten Bedingungen für das Ausleseintervall der Arbeitsdichte 0,01 kg/m3. Der Vergleich der Graphiken Fig. 2 und Fig. 4 bestätigt die Tatsache der Unabhängigkeit der Lage des Minimums des Ausle- seinterwahls, das durch die Eigenschaften der Aufgabe des statistischen Gleichgewichtes bestimmt wird.Interval, but in stages: first on units (the best solution with accuracy of 1 kg / m3 is searched), then on tenths (the best solution with accuracy of 0,1 kg / m3 is searched), then on on the hundredths, etc. The character of the position of the minimum does not depend on the reading interval, which in this case only determines the accuracy of the obtained finding of the parameter (the density under standardized conditions). Thus, Figure 4 shows the position of the minimum of the difference between the predetermined and the calculated density under standardized conditions for the read-out interval of the working density 0.01 kg / m3. The comparison of the graphs Fig. 2 and Fig. 4 confirms the fact of the independence of the position of the minimum of the choice of choice, which is determined by the properties of the task of statistical equilibrium.
Das Schaltbild des Ausführungsbeispiels des anzumeldenden Verfahrens ist in Fig. 5 dargestellt.The circuit diagram of the exemplary embodiment of the method to be registered is shown in FIG. 5.
In der ersten Etappe der Verfahrensausführung misst man die Werte des Drucks p und der Temperatur T an der Erfassungseinheit des Erdgases. Weiter werden aufgrund der Projektinformation für die Erfassungseinheiten die Änderungsbereiche der Dichte unter standardisierten Bedingungen p™m p™* , des Kohlendioxidgehaltes x™a , x™ und des Stickstoffgehaltes x™n , x™ im Erdgas und der Dichte pmn , paax unterIn the first stage of the process execution one measures the values of the pressure p and the temperature T at the detection unit of the natural gas. Further, due to the project information of the detection units, the change ranges of the density under standardized conditions p ™ m p ™ *, the carbon dioxide content x ™ a, x ™ and the nitrogen content x ™ n, X ™ in the natural gas and the density p mn, p aax under
Betriebsbedingungen festgestellt.Operating conditions detected.
Mit Registrieren der gemessenen Werte des Drucks p und der Temperatur T an der Erfassungseinheit des Erdgases wird das vollständige Auslesen innerhalb der vorgegebenen Änderungsbereiche der Parameter der Dichte p' unter Betriebsbedingun- gen, der Dichte unter standardisierten Bedingungen pc' , des Kohlendioxid- xy' und Stickstoffgehaltes xa' durchgeführt.By registering the measured values of the pressure p and the temperature T at the detection unit of the natural gas, the complete readout within the predetermined change ranges of the parameters of the density p 'under operating conditions. , the density under standardized conditions p c ', the carbon dioxide x y ' and nitrogen content x a 'performed.
Für die gemessenen Werte des Drucks p und der Temperatur T und jedes der aus- gelesenen Werten der Parameter der Dichte p' unter Betriebsbedingungen, derFor the measured values of the pressure p and the temperature T and each of the values read, the parameters of the density p 'under operating conditions, the
Dichte unter standardisierten Bedingungen pc J , des Kohlendioxid- xy k und Stickstoffgehaltes x[ wird der Kompressibilitätskoeffizient mittels Rechnungsmethode desDensity under standardized conditions p c J , carbon dioxide x y k and nitrogen content x [the compressibility coefficient is calculated using the method of calculation of
Kompressibilitätskoeffizienten K≠l bei der unbekannten vollständigen Komponentenzusammensetzung des Erdgases, zum Beispiel Zustandsgieichung GERG-91 (der Ausdruck (6, 4, 30) errechnet. In der nächsten Etappe wird die berechnete Dichte unter standardisierten Bedingungen pf mit Verwendung der Zustandsgieichung des Erdgases (die Formel (3) mit gemessenen Werten des Drucks p und der Temperatur T für jeden Wert des Kompressibilitätskoeffizienten K≠ι und der auszulesenden Werte der Parameter errechnet. Danach wird das Minimum des Parameters gesucht (Fig 2, 4) Compressibility coefficients K ≠ l for the unknown complete composition of the composition of the natural gas, for example state equation GERG-91 (expression (6, 4, 30).) In the next step, the calculated density under standardized conditions pf using natural gas state equation (the Formula (3) is calculated with measured values of the pressure p and the temperature T for each value of the compressibility coefficient K ≠ ι and the values of the parameters to be read out, then the minimum of the parameter is sought (FIGS.
Die im laufenden Schritt vorgegebene Standarddichte, die durch das Minimum der Formel (31) pc° ermittelt wird, ist die gesuchte Dichte unter standardisierten Bedingungen des Erdgases, die aus der Zustandsgieichung mittels Zuführung der Gleichung zur Aufgabe des statistischen Gleichgewichtes ermittelt wird.The default density given in the current step, which is determined by the minimum of the formula (31) p c °, is the density sought under standardized conditions of the natural gas, which is determined from the equation of state by supplying the equation for abandoning the statistical equilibrium.
In der nächsten Etappe wird die Ermittlung des Kohlendioixdgehaltes im Erdgas durchgeführt. Dazu werden die Werte der Parameter des Stickstoff- xa' und Kohlen- dioxidgehaltes xy J ausgelesen. Der Kompressibilitätsfaktor (4) unter standardisierten Bedingungen zc wird errechnet für die ermittelte Standarddichte des Erdgases p\ und für die errechnete Standarddichte des Erdgases unter Berücksichtigung der diesbezüglichen Abweichung ■ mit xa und xy die Molbrüche des Stickstoffes und des Kohlendioxides im Erdgas.In the next stage, the determination of the carbon dioxide content in natural gas is carried out. For this purpose, the values of the parameters of nitrogen x a 'and carbon dioxide content x y J read out. The compressibility factor (4) under standardized conditions z c is calculated for the determined standard density of the natural gas p \ and for the calculated standard density of the natural gas, taking into account the relevant deviation ■ with x a and x y the mole fractions of nitrogen and carbon dioxide in natural gas.
In der nächsten Etappe des Algorithmus wird die Suche des minimalen Wertes der Differenz (Fig. 3) durchgeführt In the next stage of the algorithm, the search of the minimum value of the difference (Figure 3) is performed
Der dem Minimum des Ausdrucks (34) entsprechende Wert des Molbruches des Kohlendioxides x°v ist die gesuchte Größe des Kohlendioxidgehaltes im Erdgas, die aus der Gleichung für die Berechnung des Kompressibilitätsfaktors mittels Zuführung der Gleichung zur Aufgabe des statistischen Gleichgewichtes ermittelt wird.The value of the carbon dioxide mole fraction x ° v corresponding to the minimum of the expression (34) is the searched quantity of carbon dioxide content in the natural gas obtained from the equation for calculating the compressibility factor by supplying the equation for giving up the statistical equilibrium.
In der nächsten Etappe wird die Ermittlung des Stickstoffgehaltes im Erdgas durchgeführt. Dazu wird am Anfang der Kompressibilitätskoeffizient nach der Formel (5) für die gefundene Standarddichte des Erdgases pc° errechnet In the next stage, the determination of the nitrogen content in natural gas is carried out. For this purpose, the compressibility coefficient according to the formula (5) for the found standard density of the natural gas p c ° is calculated at the beginning
Durchgeführt wird das Auslesen (sweeping) der Werte der Parameter des Stickstoffgehaltes xa' und die Berechnung des Kompressibilitätskoeffizienten λ" bei der unbekannten vollständigen Komponentenzusammensetzung des Erdgases, zum Beispiel mit Verwendung der Zustandsgieichung GERG-91 (der Ausdruck (6, 4, 30) mit dem früher ermittelten Wert des Molbruches des Kohlendioxides xy° und der Standarddichte des Erdgases p] . Die Suche des minimalen Wertes der Differenz The sweeping of the values of the parameters of the nitrogen content x a 'and the calculation of the compressibility coefficients λ "for the unknown complete component composition of the natural gas, for example using the equation of state GERG-91 (the expression (6, 4, 30)) is carried out. with the previously determined value of the mole fraction of carbon dioxide x y ° and the standard density of natural gas p]. The search of the minimum value of the difference
erlaubt den Wert des Molbruches des Stickstoffes x° zu ermitteln, die die gesuchte Größe des Stickstoffgehaltes im Erdgas ist.allows to determine the value of the molar fraction of nitrogen x °, which is the sought-after quantity of nitrogen content in natural gas.
Die im Laufe der Berechnungen ermittelten Werte der Dichte unter standardisierten Bedingungen pc° , der Molbrüche des Kohlendioxides xy° und des Stickstoffes xύ° werden auf die Einrichtung der Datenausgabe übertragen.The values of the density determined under the calculations under standardized conditions p c °, the molar fractions of the carbon dioxide x y ° and the nitrogen x ύ ° are transferred to the device of the data output.
Aufgrund der gegebenen physikalisch-chemischen Parameter wird bei Bedarf die Berechnung des Kompressibilitätskoeffizienten nach der Formel (35) und der Dichte unter BetriebsbedingungenIf necessary, the calculation of the compressibility coefficient according to the formula (35) and the density under operating conditions is based on the given physicochemical parameters
durchgeführt. carried out.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante des anzumeldenden Verfahrens zur Ermittlung der physikalisch-chemischen Eigenschaften des Erdgases, insbesondere der Stan- darddichte, Dichte unter Betriebsbedingungen, des Kohlendioxid- und Stickstoffgehaltes, sieht folgendes vor: aus den durch die Druck- und Temperaturmessung des Erdgases ermittelten Betriebsbedingungen und aus den auf Grund der Information über die Qualität des gelieferten Erdgases festgelegten Bereiche der physikalischchemischen Parameter: • Kohlendioxidgehalt,A preferred embodiment of the method to be registered for determining the physico-chemical properties of the natural gas, in particular the standard density, density under operating conditions, the carbon dioxide and nitrogen content, provides the following: from the determined by the pressure and temperature measurement of the natural gas operating conditions and the areas of physico-chemical parameters determined on the basis of the information on the quality of the natural gas supplied: • carbon dioxide content,
• Stickstoffgehalt,Nitrogen content,
• Dichte unter Betriebsbedingungen • Standarddichte wird die Dichte des Erdgases unter standardisierten Bedingungen im ersten Schritt mit dem ursprünglich größeren Ausleseinterval der Arbeitsdichte (z. B. 1 kg/m3) und der Standarddichte (z.B. 0,1 kg/m3) ermittelt. Im ersten Schritt werden zuerst die innerhalb des festgelegten Bereiches liegenden Startwerte der physika-• Density under operating conditions • Standard density, the density of the natural gas is determined under standardized conditions in the first step with the originally larger readout interval of the working density (eg 1 kg / m 3 ) and the standard density (eg 0.1 kg / m 3 ). In the first step, the initial values of the physics within the defined range are first
' lisch-chemischen Parameter ausgewählt. Aus diesen Parametern wird dann der ' chemical-chemical parameters selected. From these parameters is then the
Kompressibilitätskoeffizient berechnet. Die Rechnung erfolgt z. B. aufgrund der bekannten Rechenmethode GERG-91 für den Kompressibilitätskoeffizienten bei unvollständiger Komponentenzusammensetzung des Erdgases. Weiter wird die errechnete Standarddichte ermittelt. Die Rechnung der Standarddichte erfolgt aufCompressibility coefficient calculated. The bill is z. B. due to the known calculation method GERG-91 for the compressibility coefficient with incomplete component composition of the natural gas. Furthermore, the calculated standard density is determined. The calculation of the standard density occurs
Grund der Startwerte für Dichte unter Betriebsbedingungen und auf Grund des errechneten Kompressibilitätskoeffizienten mit der Verwendung der Zustandsglei- chung des Erdgases (3).Reason of the starting values for density under operating conditions and on the basis of the calculated compressibility coefficient with the use of the equation of state of the natural gas (3).
Der erste Schritt endet mit der Erfüllung des ersten Minimalkriteriums. Als erstesThe first step ends with the fulfillment of the first minimal criterion. First
Minimalkriterium kann die Minimaldifferenz zwischen der errechneten Standarddichte und dem Startwert der Standarddichte sein. Dabei ist die gesuchte Standarddichte des gelieferten Erdgases mit der festgelegten Genauigkeit diejenige Standarddichte für die das erste Minimalkriterium erfüllt ist, wobei das laufende Ausleseintervall, der die Genauigkeit der Rechnungen bestimmt, berücksichtigt wird. Danach wird das ursprüngliche Ausleseintervall der Arbeitsdichte (z.B. bis 0,1 kg/m3) und der Standarddichte (z. B. bis 0,01 kg/m3) verkleinert und die Rechnungen werden erneut bis Erfüllung des Minimalkriteriums wiederholt. Danach wird das ursprüngliche Ausleseintervall der Arbeitsdichte (bis 0,01 kg/m3) und der Standarddichte (z.B. bis 0,001 kg/m3) nochmals verkleinert und dieMinimum criterion may be the minimum difference between the calculated standard density and the starting value of the standard density. The desired standard density of the supplied natural gas with the specified accuracy is the standard density for which the first minimal criterion is met, taking into account the current read-out interval, which determines the accuracy of the calculations. Thereafter, the original readout interval of the work density (eg, to 0.1 kg / m 3 ) and the standard density (eg, to 0.01 kg / m 3 ) are reduced, and the calculations are repeated again until the minimum criterion is met. Thereafter, the original readout interval of the working density (up to 0.01 kg / m 3 ) and the standard density (eg up to 0.001 kg / m 3 ) is further reduced and the
Rechnungen werden zum dritten Mal bis Erfüllung des Minimalkriteriums wiederholt. Die nacheinander folgende Verkleinerung des Ausleseintervalls der Arbeitsdichte wird zur Präzisierung des gesuchten physikalisch-chemischen Parameters verwendet. In der Tat ist die Lage des Minimalkriteriums für den vorgegebenen, festgelegten Bereich der Ausgangsdichte unter standardisierten Bedingungen eindeutig. Außer Dichte können unter standardisierten Bedingungen im Laufe dieses Schrittes die Werte für den Kohlendioxid- und Stickstoffgehalt, die der Minimaldifferenz der Standarddichte entsprechen, abgeleitet werden. Dabei können die Startwerte der Bereiche für die physikalisch-chemischen Parameter bei Wiederholung der Rechnungen des ersten und der nächsten Schritte mit den anderen durch spätere Messungen ermittelten Druck- und Temperaturwerten des Erdgases mit Umwertung der in ursprünglichen Rechnungen des ersten Schrittes festgelegten Werten der Standarddichte und des Kohlendioxid- und Stickstoffgehal- tes korrigiert werden. Invoices are repeated for the third time until the minimum criterion is met. The successive reduction of the read-out interval of the working density is used to specify the searched physical-chemical parameter. In fact, the location of the minimum criterion for the given range of initial density under standardized conditions. Apart from density, under standardized conditions during this step the values for the carbon dioxide and nitrogen content corresponding to the minimum difference of the standard density can be deduced. The starting values of the ranges for the physico-chemical parameters can be repeated by repeating the calculations of the first and the next steps with the other pressure and temperature values of the natural gas determined by subsequent measurements, with revaluation of the values of the standard density and the values defined in the original calculations of the first step Carbon dioxide and nitrogen content are corrected.
Literaturliterature
1. GOST 30319.2-9 Erdgas. Die Methoden der Berechnung der physischen Eigenschaften. Die Ermittlung des Kompressibilitätskoeffizienten1. GOST 30319.2-9 natural gas. Methods of calculation of physical properties. The determination of the compressibility coefficient
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3. ICO7TC 193 SC1 1 63. Natural gas - calculation of compression factor. Part 3: Calculation using measured physical properlies.3. ICO7TC 193 SC1 1 63. Natural gas - calculation of compression factor. Part 3: Calculation using measured physical properlies.
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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. 5. GOST 30319.1-96 natural gas. Methods of calculation of physical properties. Determination of physical properties of natural gas, its components and products of its processing.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Ermittlung mindestens eines physikalisch-chemischen Parameters von Erdgas einer Gasleitung in Betriebsbedingungen, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Messung von Druck und Temperatur des Erdgases in Betriebsbedingungen; b) Auswahl von Startwerten für die physikalisch-chemischen Parameter, aus Bereichen, die durch die Qualität des Erdgases und Kennwerte der erfassenden Einheit und/oder der Gasleitung festgelegt sind; c) Berechnung mindestens eines ersten physikalisch-chemischen Parameters anhand des im Schritt a) gemessenen Drucks und der Temperatur und der im Schritt b) ausgewählten Startwerte; d) durch Erfüllung eines ersten Minimalkriteriums für den ersten gesuchten physikalisch-chemischen Parameter.1. A method for determining at least one physico-chemical parameter of natural gas of a gas line in operating conditions, characterized by the following steps: a) measurement of pressure and temperature of the natural gas in operating conditions; b) selection of starting values for the physico-chemical parameters from areas determined by the quality of the natural gas and characteristics of the sensing unit and / or the gas pipeline; c) calculating at least one first physical-chemical parameter based on the pressure measured in step a) and the temperature and the starting values selected in step b); d) by fulfilling a first minimal criterion for the first physical-chemical parameter sought.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste gesuchte physikalisch-chemische Parameter mindestens einmal erneut ausgewählt wird und das Auswahlverfahren zur Ermittlung mindes- tens eines gesuchten physikalisch-chemischen Parameters des Erdgases wiederholt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the first searched physicochemical parameter is selected at least once again and the selection process for determining at least one sought physical-chemical parameter of the natural gas is repeated.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste gesuchte physikalisch-chemische Parameter die Standarddichte des Erdgases ist.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the first sought physicochemical parameter is the standard density of the natural gas.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste gesuchte physikalisch-chemische Parameter die Dichte des Erdgases unter Betriebsbedingungen ist.4. The method according to claim 1 or 2, characterized that the first physical-chemical parameter sought is the density of the natural gas under operating conditions.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Minimalkriterium die Minimaldifferenz zwischen dem errechneten Wert des ersten physikalisch-chemischen Parameters und dessen Startwert ist.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the first minimum criterion is the minimum difference between the calculated value of the first physical-chemical parameter and its start value.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gesuchte physikalisch-chemischen Parameter zugleich der erste errechnete physikalisch-chemische Parameter ist.6. The method according to claim 5, characterized in that the sought physical-chemical parameter is at the same time the first calculated physicochemical parameter.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Minimalkriterium die Minimaldifferenz zwischen dem errechneten Wert des ersten physikalisch-chemischen Parameters und dessen Messwert ist.7. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the first minimal criterion is the minimum difference between the calculated value of the first physical-chemical parameter and its measured value.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis d) zur Suche der unbekannten Stellenwerte des gesuchten physikalisch-chemischen Parameters hintereinander durchgeführt werden.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the steps a) to d) to search the unknown positions of the sought-physical-chemical parameter are performed one behind the other.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die im Laufe des Schritts b) ermittelten Startwerte bei Wiederholung der Druck- und Temperaturmessungen des Erdgases unter Berücksichtigung der durch die ursprünglichen Messungen ermittelten, gesuchten physikalischchemischen Parameter korrigiert werden.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized that the starting values determined during step b) are corrected when the pressure and temperature measurements of the natural gas are repeated taking into account the sought-after physical-chemical parameters determined by the original measurements.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 bis 6, 8 bis 9, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Bestimmung der Betriebsbedingungen des Erdgases durch Druck- und Temperaturmessungen; b) Bestimmung von Bereichen, innerhalb denen die jeweiligen physikalischchemischen Parameter:10. The method according to any one of claims 1 to 3, 5 to 6, 8 to 9, characterized by the following steps: a) determination of the operating conditions of the natural gas by pressure and temperature measurements; b) Determination of areas within which the respective physicochemical parameters:
- Kohlendioxidgehalt,- carbon dioxide content,
- Stickstoffgehalt,- nitrogen content,
- Dichte unter Betriebsbedingungen und - Standarddichte des gelieferten Erdgases liegen, anhand einer Information über die Qualität des gelieferten Erdgases und der Kennwerte der Erfassungseinheit und/oder der Gasleitung; c) Auswahl von Startwerten für die physikalisch-chemischen Parameter: - Kohlendioxidgehalt,- Density under operating conditions and - Standard density of the natural gas supplied, based on information on the quality of the natural gas supplied and the characteristics of the detection unit and / or the gas line; c) Selection of starting values for the physico-chemical parameters: - Carbon dioxide content,
- Stickstoffgehalt,- nitrogen content,
- Dichte unter Betriebsbedingungen,- density under operating conditions,
- Standarddichte, wobei die Startwerte innerhalb der im Schritt b) festgelegten Bereiche liegen; d) Berechnung eines Kompressibilitätskoeffizienten des Erdgases anhand der gemessenen Drucks und Temperatur sowie auf Grund der Startwerte der physikalisch-chemischen Parameter des Erdgases; e) Berechnung der Standarddichte anhand des Startwertes der Dichte unter Betriebsbedingungen, der gemessenen Drucks und Temperatur und des errechneten Kompressibilitätskoeffizienten; f) Bestimmung der Minimaldifferenz zwischen der im Schritt e) errechneten Standarddichte und dem im Schritt c) ermittelten Startwert für die Standarddichte vorzugsweise durch Wiederholen der Schritte c), d) und e), wobei als Standarddichte des gelieferten Erdgases diejenige Standarddichte gilt, die eine Minimaldifferenz aufweist, bzw. ein Minimalkriterium erfüllt; g) Bestimmung des Kohlendioxid- und Stickstoffgehaltes, der einer Minimaldiffe- renz der Standarddichte entspricht.- standard density, with starting values within the ranges specified in step b); d) calculation of a compressibility coefficient of the natural gas based on the measured pressure and temperature and on the basis of the physical-chemical parameters of the natural gas; e) calculation of the standard density based on the starting value of the density under operating conditions, the measured pressure and temperature and the calculated compressibility coefficient; f) Determining the minimum difference between the standard density calculated in step e) and the standard density starting value determined in step c), preferably by repeating steps c), d) and e), the standard density of the natural gas supplied being that standard density which is one Minimum difference has, or meets a minimum criterion; g) Determination of the carbon dioxide and nitrogen content corresponding to a minimum difference of the standard density.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis f) nacheinander durchgeführt werden, um die unbekannten Stellenwerte für die gesuchte Standarddichte zu finden.1 1. A method according to claim 10, characterized in that the steps a) to f) are carried out successively to find the unknown values for the sought standard density.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ermittlung mindestens eines gesuchten physikalisch- chemischen Parameters der Wert mindestens eines nächsten gesuchten physikalisch-chemischen Parameters des Erdgases durch Erfüllung eines nächsten Minimalkriteriums ermittelt wird.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that after the determination of at least one sought physical-chemical parameter, the value of at least one next searched physical-chemical parameter of the natural gas is determined by fulfilling a next minimal criterion.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als ein nächster gesuchter physikalisch-chemischer Parameter des Erdgases der Kompressibilitätsfaktor unter Standardbedingungen ausgewählt wird. 13. The method according to claim 12, characterized in that as a next sought physical-chemical parameter of the natural gas, the compressibility factor is selected under standard conditions.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als der erste gesuchte physikalisch-chemische Parameter des Erdgases der Kompressibilitätskoeffizient ausgewählt wird.14. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that is selected as the first sought physical-chemical parameters of the natural gas, the compressibility coefficient.
15. Verfahren zur Ermittlung der physikalisch-chemischen Eigenschaften des gelieferten Erdgases, insbesondere der Standarddichte, Dichte unter Betriebsbedingungen und des Kohlendioxid- und Stickstoffgehaltes, dadurch gezeichnet, dass a) in einem ersten Schritt aus durch Temperatur- und Druckmessung des Erdgases bestimmten Betriebsbedingungen, sowie aus festgelegten Bereichen für die physikalisch-chemischen Parameter:15. A method for determining the physicochemical properties of the supplied natural gas, in particular the standard density, density under operating conditions and the carbon dioxide and nitrogen content, characterized in that a) in a first step by temperature and pressure measurement of the natural gas specific operating conditions, and from defined ranges for the physico-chemical parameters:
- Kohlendioxidgehalt,- carbon dioxide content,
- Stickstoffgehalt, - Dichte unter Betriebsbedingungen,- nitrogen content, - density under operating conditions,
- Standarddichte, die aus der Information über die Qualität des gelieferten Erdgases und den Kennwerten der Erfassungseinheiten abgeleitet werden, die Dichte, oder der Kohlendioxid-, oder der Stickstoffgehalt des Erdgases unter standardisierten Bedingungen ermittelt wird; b) aus den innerhalb der festgelegten Bereiche der Startwerte der physikalischchemischen Parameter anschließend ein Kompressibilitätskoeffizient bestimmt wird; c) dann die errechnete Standarddichte aus dem Startwert der Dichte unter Be- triebsbedingungen und dem errechneten Kompressibilitätskoeffizienten ermittelt wird; d) der erste Schritt mit der Erfüllung eines ersten Minimalkriteriums beendet wird; e) das erste Minimalkriterium die Minimaldifferenz zwischen der errechneten Standarddichte und dem Startwert der Standarddichte ist; f) in einem zweiten Schritt der Kohlendioxidgehalt oder der Stickstoffgehalt des Erdgases bestimmt wird; g) dabei aus den innerhalb der festgelegten Bereiche liegenden Startwerte für die physikalisch-chemischen Parameter des Kohlendioxid- und Stickstoffgehaltes des Erdgases erst der erste Kompressibilitätsfaktor unter standardisierten Bedingungen für die im ersten Schritt ermittelten Standarddichte errechnet wird; h) weiter der zweite Kompressibilitätsfaktor unter standardisierten Bedingungen für die im zweiten Schritt ermittelten Standarddichte, incl. der Differenz bei Erfüllung des ersten Minimalkriteriums, errechnet wird; i) der zweite Schritt mit der Erfüllung des zweiten Minimalkriteriums beendet wird; j) wobei in diesem Vorgang die Differenz zwischen dem zweiten und dritten- standard density derived from the information on the quality of the natural gas supplied and the characteristics of the recording units, the density, or the carbon dioxide, or nitrogen content of the natural gas, determined under standardized conditions; b) from which a compressibility coefficient is subsequently determined within the specified ranges of the starting values of the physico-chemical parameters; c) then the calculated standard density is determined from the starting value of the density under operating conditions and the calculated compressibility coefficient; d) the first step is terminated with the fulfillment of a first minimal criterion; e) the first minimum criterion is the minimum difference between the calculated standard density and the starting value of the standard density; f) in a second step, the carbon dioxide content or the nitrogen content of the natural gas is determined; g) the first compressibility factor under standardized conditions for the standard density determined in the first step is calculated from the starting values for the physicochemical parameters of the carbon dioxide and nitrogen content of the natural gas within the specified ranges; h) further the second compressibility factor is calculated under standardized conditions for the standard density determined in the second step, including the difference in fulfillment of the first minimal criterion; i) the second step is ended with the fulfillment of the second minimal criterion; j) where in this process the difference between the second and third
Kompressibilitätskoeffizienten minimal ist; k) in einem dritten Schritt der Stickstoffgehalt des gelieferten Erdgases ermittelt wird;Compressibility coefficient is minimal; k) in a third step, the nitrogen content of the natural gas supplied is determined;
I) wobei erst der zweite Kompressibilitätskoeffizient auf Grund der gemesse- nen Drucks und Temperatur sowie der ermittelten Standarddichte und Dichte unter Betriebsbedingungen errechnet wird; m) aus einem innerhalb des festgelegten Bereiches für den Stickstoffgehalt liegenden Startwert für den letzten physikalisch-chemischen Parameter des Stickstoffgehaltes im gelieferten Erdgas, den gemessenen Druck und Tem- peratur, der ermittelten Standarddichte, Dichte unter Betriebsbedingungen und dem Kohlendioxidgehalt der dritte Kompressibilitätskoeffizient errechnet wird; der dritte Schritt mit der Erfüllung des dritten Minimalkriteriums beendet wird, für das die Differenz zwischen dem vierten und fünften Kompressibilitätskoeffizienten minimal ist. I) whereby first the second compressibility coefficient is calculated on the basis of the measured pressure and temperature as well as the determined standard density and density under operating conditions; (m) a starting value for the last physical-chemical parameter of the nitrogen content in the natural gas supplied, the measured pressure and temperature, the established standard density, the density under operating conditions and the carbon dioxide content, the third coefficient of compressibility calculated within the specified nitrogen content range; the third step is ended with the fulfillment of the third minimum criterion for which the difference between the fourth and fifth compressibility coefficients is minimal.
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