RU2478195C1 - Method of prompt determination of compressibility coefficient of gases and their mixtures - Google Patents

Method of prompt determination of compressibility coefficient of gases and their mixtures Download PDF

Info

Publication number
RU2478195C1
RU2478195C1 RU2011138266/28A RU2011138266A RU2478195C1 RU 2478195 C1 RU2478195 C1 RU 2478195C1 RU 2011138266/28 A RU2011138266/28 A RU 2011138266/28A RU 2011138266 A RU2011138266 A RU 2011138266A RU 2478195 C1 RU2478195 C1 RU 2478195C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
temperature
coefficient
gases
compressibility
Prior art date
Application number
RU2011138266/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Николаевич Москалев
Владислав Валентинович Волков
Валентин Ефимович Костюков
Валерий Викторович Смирнов
Александр Александрович Охотин
Владимир Иванович Косарев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова"
Priority to RU2011138266/28A priority Critical patent/RU2478195C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2478195C1 publication Critical patent/RU2478195C1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: method of prompt determination of compressibility coefficient involves a resonant chamber made from metal with low temperature expansion coefficient and with known proper frequency in vacuum ω0. Then, the above resonant chamber is filled with gas at standard pressure and temperature, and resonant frequency value ωc is measured. After that, it is filled with gas at working pressures P and temperature T and proper frequency value ωp is measured. After that, compressibility coefficient K is calculated as per the following ratio:
Figure 00000023
EFFECT: possible prompt measurement of compressibility coefficient of gases and their mixtures; determination of a function with lower error and reduction of flow measurement error at use of flow metres on orifices.
1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на замерных узлах газодобывающих и газотранспортных предприятий, при проведении исследований физических свойств газов и их смесей (в частности, топливных природных и попутных нефтяных) и в других случаях, где необходимо знание величины отступления поведения газа от идеального.The invention relates to measuring equipment and can be used on metering nodes of gas producing and gas transmission enterprises, when conducting studies of the physical properties of gases and their mixtures (in particular, natural fuel and associated petroleum) and in other cases where it is necessary to know the magnitude of the deviation of gas behavior from ideal .

Одним из основных показателей работы газодобывающего или газотранспортного предприятия является количество добываемого или передаваемого газа в единицу времени - его объемный расход Q0.One of the main indicators of the operation of a gas producing or gas transportation company is the amount of produced or transmitted gas per unit time - its volumetric flow rate Q 0 .

Наиболее распространенным способом измерения объемного расхода, принятым на сегодня, является способ определения переменного перепада давления на сужающем устройстве (СУ) - сопле или диафрагме.The most common method for measuring volumetric flow, adopted today, is the method of determining the variable pressure drop on the constricting device (CS) - nozzle or diaphragm.

При этом основным расчетным соотношениям для определения величины Qo является следующее [1-3]:In this case, the main design relationships for determining the value of Q o is the following [1-3]:

Figure 00000001
Figure 00000001

где ΔР - перепад давления на СУ, ρ - плотность газа в рабочих условиях (р.у.) (при давлении Р и температуре газа в трубопроводе 7), Q0 - объемный расход (в р.у.), А - интегральный коэффициент, учитывающий форму СУ (коэффициент расхода), поправочный множитель на расширение газа, площадь минимального проходного отверстия СУ и др.where ΔР is the pressure drop across the control system, ρ is the gas density under operating conditions (r.u.) (at pressure P and gas temperature in the pipeline 7), Q 0 is the volumetric flow rate (in r.u.), A is the integral coefficient taking into account the shape of the control system (flow coefficient), the correction factor for gas expansion, the area of the minimum control passage opening, etc.

Плотность газа в рабочих условиях р на предприятиях газовой промышленности не измеряется (из-за отсутствия надежных и сравнительно недорогих средств измерения). Как правило, поступают одним из следующих образов:The gas density under operating conditions p is not measured at gas industry enterprises (due to the lack of reliable and relatively inexpensive measuring instruments). Typically, one of the following images comes in:

- либо в лаборатории взвешивают представительную пробу газа в особом сосуде известного объема (пикнометре) при комнатной температуре, определяют плотность, затем измеряют температуру и атмосферное давление, вносят поправку на отличие давления и температуры газа от стандартных, т.е. приводят плотность к стандартным условиям, иными словами, получают ее значение ρс при давлении Рс=1,0131·105 Па и температуре Тс=293,15K (наиболее распространенный способ);- either a representative gas sample is weighed in the laboratory in a special vessel of known volume (pycnometer) at room temperature, the density is determined, then the temperature and atmospheric pressure are measured, a correction is made for the difference between gas pressure and gas temperature from standard ones, i.e. the density is brought to standard conditions, in other words, its ρ c value is obtained at a pressure P c = 1.0131 · 10 5 Pa and a temperature T c = 293.15 K (the most common method);

- либо на хроматографе определяют компонентный состав (с соответствующей высокой точностью) и, уже исходя из него, вычисляют значение ρс (более редкий способ).either the component composition is determined on a chromatograph (with corresponding high accuracy) and, based on it, the value of ρ s is calculated (a rarer method).

Для расчета состояния реальных газов и их свойств используют полуэмпирические формулы или уравнения, построенные на основе обработки реальных зависимостей, полученных из эксперимента [4]. В инженерных расчетах чаще всего пользуются обобщенным уравнением Менделеева-Клапейрона (2), в которое вводится некоторый безразмерный коэффициент Z, получивший название фактора сжимаемости; он учитывает отклонение поведения реального газа от идеального:To calculate the state of real gases and their properties, semi-empirical formulas or equations are used that are based on processing real dependencies obtained from experiment [4]. In engineering calculations, they most often use the generalized Mendeleev-Clapeyron equation (2), into which a certain dimensionless coefficient Z, called the compressibility factor, is introduced; it takes into account the deviation of the behavior of real gas from ideal:

Figure 00000002
Figure 00000002

здесь Р - давление газа, Т - его температура, V - занимаемый газом объем, R - универсальная газовая постоянная, m - масса газа, М - его молярный вес.here P is the gas pressure, T is its temperature, V is the volume occupied by the gas, R is the universal gas constant, m is the mass of gas, M is its molar weight.

Зная температуру и давление, из уравнения состояния (2) вычисляют плотность ρ газа как в рабочих, так и в стандартных условиях:Knowing the temperature and pressure, from the equation of state (2) calculate the density ρ of the gas in both working and standard conditions:

Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000003
Figure 00000004

а из соотношения

Figure 00000005
далее находят ρ через ρс:and from the relation
Figure 00000005
then find ρ through ρ with :

Figure 00000006
Figure 00000006

здесь Zc и Z - значения факторов сжимаемости при стандартных (Рс, Тс) и рабочих (Р, Т) условиях. При этом уравнение (1) примет видhere Z c and Z are the values of compressibility factors under standard (P s , T s ) and working (P, T) conditions. In this case, equation (1) takes the form

Figure 00000007
Figure 00000007

где коэффициент

Figure 00000008
- отношение факторов сжимаемости получил название коэффициента сжимаемости.where is the coefficient
Figure 00000008
- the ratio of compressibility factors is called the compressibility factor.

Как видно из (5), коэффициент сжимаемости прямо входит в формулу, по которой рассчитывается расход, и его погрешность входит в погрешность определения расхода.As can be seen from (5), the compressibility coefficient is directly included in the formula by which the flow rate is calculated, and its error is included in the error in determining the flow rate.

Наиболее точно факторы сжимаемости любых газов - чистых попутных нефтяных либо природных газов определяются экспериментально. На специальном физическом оборудовании в лаборатории в некоторой области температур и давлений получают совокупность экспериментальных точек [Рi, Vi, Ti, или [Рi, ρi, Ti], или [Zi, ρi, Ti], где Рi, Vi, ρi, Тi, Zi - соответственно давление, удельный объем, плотность, температура и фактор сжимаемости в точке i.The most accurate compressibility factors for any gases — pure associated petroleum or natural gases — are determined experimentally. On special physical equipment in the laboratory, in a certain range of temperatures and pressures, a set of experimental points [P i , V i , T i , or [P i , ρ i , T i ], or [Z i , ρ i , T i ], where P i , V i , ρ i , T i , Z i - respectively pressure, specific volume, density, temperature and compressibility factor at point i.

Обрабатывая эти данные, получают зависимости Z(P, Т), по которым можно найти значения Z в промежуточных точках.Processing this data, we obtain the dependences Z (P, T), by which it is possible to find the values of Z at intermediate points.

Техника для экспериментального определения зависимостей Z(P, Т) достаточно сложна и не может быть сегодня воспроизведена в заводской лаборатории газового предприятия или в ЦНИПРе. Кроме того, такие измерения (по существу исследования) требуют значительного труда и времени. Поэтому на практике используют графические и аналитические способы определения коэффициентов Z и K.The technique for the experimental determination of the dependences Z (P, T) is quite complicated and cannot be reproduced today in the factory laboratory of a gas enterprise or in TsNIPRe. In addition, such measurements (essentially research) require considerable work and time. Therefore, in practice, use graphical and analytical methods for determining the coefficients Z and K.

ГОСТ 30319.2-96 [4] рекомендует использовать один из 4-х расчетных способов определения Z и K, а именно: NX19 мод., УС GERG, УС AGA8-92DC и УС ВНИЦ СМВ. Исходными данными для первых двух являются давление, температура, плотность в стандартных условиях ρс и молярные доли азота и углекислого газа. Для последних двух способов исходными являются давление, температура и молярные доли всех компонентов природного газа.GOST 30319.2-96 [4] recommends using one of the 4 calculation methods for determining Z and K, namely: NX19 mod., US GERG, US AGA8-92DC and US VNIC SMV. The initial data for the first two are pressure, temperature, density under standard conditions ρ s and the molar fractions of nitrogen and carbon dioxide. For the last two methods, the initial ones are pressure, temperature and molar fractions of all natural gas components.

Погрешность вычисления величины Z-δZ зависит от того, какой расчетный способ используется, а также от точности измерения вводимых исходных данных и термобарических параметров (рабочих условий). Действительно, обратившись к таблице 1 ГОСТ 30319.2-96, увидим, что для способа NX19 мод. при ρс>0,75 кг/м3 и Р>7 МПа погрешность расчета составляет 1,09%, а отклонение от экспериментальных данных - 1,65%.The error in calculating the value of Z-δZ depends on which calculation method is used, as well as on the accuracy of the measurement of the input data and thermobaric parameters (operating conditions). Indeed, referring to table 1 of GOST 30319.2-96, we see that for the NX19 method mod. at ρ s > 0.75 kg / m 3 and P> 7 MPa, the calculation error is 1.09%, and the deviation from the experimental data is 1.65%.

Для способа GERG-91 мод.: при ρ=0,74-1,00 кг/м2 (смеси с H2S) при Р - 0,1-11 МПа погрешность расчета составляет 2,1% отклонение от экспериментальных данных 3,1%.For the GERG-91 method mod .: at ρ = 0.74-1.00 kg / m 2 (mixture with H 2 S) at Р - 0.1-11 MPa, the calculation error is 2.1% deviation from experimental data 3 ,one%.

Для способа АGА8-92ДС: при ρ=0,74-1,00 (смеси с H2S) и Р=0,1-11 МПа погрешность расчета - 1,3%, отклонение экспериментального значения - 1,88% и т.д.For the AGA8-92DS method: at ρ = 0.74-1.00 (mixture with H 2 S) and P = 0.1-11 MPa, the calculation error is 1.3%, the deviation of the experimental value is 1.88%, and t .d.

Примем далее за прототип один из способов, например, GERG-91 мод.Further, we will take one of the methods as a prototype, for example, GERG-91 mod.

Таким образом, для природных газов только погрешности расчета (в отдельных областях рабочих условий) доходят до 2%. Экспериментальные данные дадут, по-видимому, расхождение с истинными еще больше. На уровне погрешностей измерения других параметров расхода - температуры, давления, перепада давления, лежащих в диапазоне 0,1…0,5%, такие большие погрешности при установлении величины Z становятся определяющими.Thus, for natural gases, only calculation errors (in certain areas of the operating conditions) reach 2%. The experimental data, apparently, will give a discrepancy with the true ones even more. At the level of measurement errors of other flow parameters - temperature, pressure, pressure drop, lying in the range of 0.1 ... 0.5%, such large errors when determining the value of Z become decisive.

Важным моментом является также то обстоятельство, что расчетная величина Z выступает как средняя за период между измерениями величин, входящими в исходные расчетные данные при подсчете, изменении компонентного состава в течение этого промежутка времени, неконтролируемая погрешность может выходить за границы погрешности расчетной величины Z.An important point is the fact that the calculated value of Z acts as the average for the period between measurements of the values included in the original calculation data when calculating the change in component composition during this period of time, an uncontrolled error may go beyond the error of the calculated value of Z.

Таким образом, недостатком существующего способа определения коэффициента сжимаемости

Figure 00000009
является необходимость проведения предварительного хроматографического анализа с целью получения данных о компонентном составе и высокая погрешность расчетов величины К в отдельных термобарических областях. Кроме того, полученное значение коэффициента сжимаемости относится к определенному моменту времени - времени взятия пробы для анализа tо, т.е. К=K(tо). Невозможность непрерывного слежения за величиной К=K(t) является следующим недостатком способа определения К.Thus, the disadvantage of the existing method for determining the compressibility factor
Figure 00000009
There is a need for preliminary chromatographic analysis in order to obtain data on the component composition and a high error in calculating the K value in individual thermobaric regions. In addition, the obtained value of the compressibility coefficient refers to a certain point in time - the sampling time for analysis t о , i.e. K = K (t o ). The impossibility of continuously monitoring the value of K = K (t) is the next disadvantage of the method of determining K.

Техническим результатом предлагаемого способа определения коэффициента сжимаемости К является возможность оперативно измерять этот коэффициент, т.е. находить функцию K(t) с погрешностью не выше погрешности измерения других входящих в формулу расхода (5) физических величин (Р, ΔР, Т, ρс) в любом диапазоне термобарических параметров и, как следствие этого, понижение погрешности измерения расхода при использовании расходомеров на сужающих устройствах.The technical result of the proposed method for determining the compressibility coefficient K is the ability to quickly measure this coefficient, i.e. to find the function K (t) with an error not higher than the measurement error of other physical quantities included in the flow formula (5) (P, ΔP, T, ρ s ) in any range of thermobaric parameters and, as a result, a decrease in the error of flow measurement when using flowmeters on narrowing devices.

Технический результат достигается тем, что в способе оперативного определения коэффициента сжимаемости используют объемный резонатор, выполненный из металла с малым коэффициентом температурного расширения и с известной собственной частотой в вакууме ω0, заполняют газом при стандартном давлении и температуре и измеряют значение резонансной частоты ωс, затем заполняют его газом при рабочих давлениях Р и температуре Т и измеряют значение собственной частоты ωр, после чего коэффициент сжимаемости К рассчитывают по соотношению:The technical result is achieved by the fact that in the method for quickly determining the compressibility coefficient, a volume resonator made of metal with a low coefficient of thermal expansion and with a known natural frequency in vacuum ω 0 is used , it is filled with gas at standard pressure and temperature, and the value of the resonant frequency ω s is measured, then fill it with gas at operating pressures P and temperature T and measure the value of the natural frequency ω p , after which the compressibility coefficient K is calculated by the ratio:

Figure 00000010
Figure 00000010

На фиг.1 изображена схема устройства, реализующего предложенный способ. Она включает в себя СВЧ генератор 3 см диапазона длин волн на диоде Ганна 1, два объемных резонатора, изготовленных из металла с малым температурным коэффициентом расширения - измерительный 2 и опорный 3, детектор измерительного канала 4, детектор опорного канала 5.Figure 1 shows a diagram of a device that implements the proposed method. It includes a 3 cm microwave generator of the wavelength range on the Gunn 1 diode, two volume resonators made of metal with a low temperature expansion coefficient - measuring 2 and reference 3, detector of measuring channel 4, detector of reference channel 5.

Электронная часть устройства состоит из блока управления 8, блока измерения частоты 9 и стабилизированного блока питания 10. Газовый тракт включает трубку подвода газа 11, редуктор 12, входной 13 и выходной 14 газовые вентили, манометр 15, термометр 16, выкидную трубку 17. Измерительный резонатор помещен в термостат 18.The electronic part of the device consists of a control unit 8, a frequency measuring unit 9 and a stabilized power supply 10. The gas path includes a gas supply pipe 11, a reducer 12, an inlet 13 and an outlet 14 gas valves, a pressure gauge 15, a thermometer 16, a flow tube 17. A measuring resonator placed in thermostat 18.

Работа устройства происходит следующим образом.The operation of the device is as follows.

В блоке 8 вырабатывается пилообразное напряжение, управляющее частотой генератора 1. Более точно - «пила» состоит из 256 ступенек, так что номер ступеньки («код») однозначно определяет напряжение и, следовательно, частоту генератора: таким образом, осуществляется взаимнооднозначное соответствие между кодом и частотой. Код, соответствующий резонансной частоте резонатора 2, высвечивается на передней панели прибора.In block 8, a sawtooth voltage is generated that controls the frequency of generator 1. More precisely, the “saw” consists of 256 steps, so that the step number (“code”) uniquely determines the voltage and, therefore, the generator frequency: thus, one-to-one correspondence between the code and frequency. The code corresponding to the resonant frequency of the resonator 2 is displayed on the front panel of the device.

Опорный канал, на основе резонатора 3 и детектора 5, служит для стабилизации начальной частоты генератора 1; электроника блока управления 8 устроена таким образом, что резонансная частота резонатора 3 всегда соответствует одному и тому же коду; в случае отклонения от заданного значения кода вырабатывается напряжение, подаваемое на диод Ганна, генератора 1, которое корректирует уход частоты.The reference channel, based on the resonator 3 and the detector 5, serves to stabilize the initial frequency of the generator 1; the electronics of the control unit 8 is arranged in such a way that the resonant frequency of the resonator 3 always corresponds to the same code; in the event of a deviation from the set code value, a voltage is generated that is supplied to the Gunn diode, generator 1, which corrects the frequency drift.

Выходным параметром схемы регистрации является резонансная частота резонатора. В отсутствие газа (в вакууме) частота резонатора равна ωо; при заполнении резонатора газом с диэлектрической постоянной ε частота его понижается и становится равной ω.The output parameter of the registration circuit is the resonant frequency of the resonator. In the absence of gas (in vacuum), the resonator frequency is equal to ω о ; when the cavity is filled with gas with a dielectric constant ε, its frequency decreases and becomes equal to ω.

Используем соотношение между диэлектрической проницаемостью и плотностью газа, основанное на соотношении Клаузиуса-Мосотти, которое связывает микроскопические параметры вещества газа - его поляризуемость α и молярную массу М - с макроскопическими, измеряемыми параметрами - плотностью вещества ρ и его относительной диэлектрической проницаемостью (ДП) ε [5-7]:We use the relationship between the dielectric constant and gas density based on the Clausius-Mosotti relation, which connects the microscopic parameters of the gas substance — its polarizability α and molar mass M — with macroscopic, measured parameters — the density of the substance ρ and its relative dielectric constant (DP) ε [ 5-7]:

Figure 00000011
Figure 00000011

где NA - число Авогадро; εо=8,854·10-12 ф/м - электрическая постоянная.where N A is the Avogadro number; ε about = 8.854 · 10 -12 f / m is the electric constant.

Разрешив (5) относительно ρ, получим:Solving (5) with respect to ρ, we obtain:

Figure 00000012
Figure 00000012

Поскольку для всех газов при небольших и умеренных давлениях (P≤10 МПа) ε-1<<1, то можно положить ε+2=3. Тогда (6) можно переписать какSince for all gases at small and moderate pressures (P≤10 MPa) ε-1 << 1, we can put ε + 2 = 3. Then (6) can be rewritten as

Figure 00000013
Figure 00000013

Коэффициент пропорциональности, как видно из (7), может быть вычислен по известным для данного газа значениям М и α:The proportionality coefficient, as can be seen from (7), can be calculated from the values of M and α known for a given gas:

Figure 00000014
Figure 00000014

Из выражения (4) найдем коэффициент сжимаемостиFrom expression (4) we find the compressibility coefficient

Figure 00000015
Figure 00000015

Плотность при стандартных условиях найдем из (7)We find the density under standard conditions from (7)

Figure 00000016
Figure 00000016

где (ε - 1)с - диэлектрическая проницаемость газа без единицы в стандартных условиях. Из (7), (9) и (10) найдем:where (ε - 1) s is the dielectric constant of a gas without unity under standard conditions. From (7), (9) and (10) we find:

Figure 00000017
Figure 00000017

где (ε-1)р - диэлектрическая постоянная без единицы в рабочих условиях.where (ε-1) p is the dielectric constant without unity under operating conditions.

Техническая сторона процедуры измерения величины К основана на следующем физическом эффекте. Если взять пустую металлическую полость простой геометрической формы, например цилиндр, и возбудить в ней электромагнитные колебания, то на некоторых частотах (ω01, ω02 …) будет наблюдаться резкое возрастание их амплитуды - резонанс. В отсутствие в полости вещества (в вакууме) значения резонансных частот определяются только геометрическими размерами и формой полости (называемой объемным резонатором).The technical side of the procedure for measuring K is based on the following physical effect. If we take an empty metal cavity of simple geometric shape, for example a cylinder, and excite electromagnetic oscillations in it, then at some frequencies (ω 01 , ω 02 ...) there will be a sharp increase in their amplitude - resonance. In the absence of a substance in a cavity (in a vacuum), the values of resonant frequencies are determined only by the geometric dimensions and shape of the cavity (called a volume resonator).

При заполнении объемного резонатора газом скорость распространения радиоволн в нем падает, и собственные частоты резонатора смещаются ω01→ω0101-Δω1; ω02→ω0202-Δω2 и т.д. При этом относительное смещение частоты определяется диэлектрической проницаемостью газа [8; 9]:When the cavity cavity is filled with gas, the speed of propagation of radio waves in it decreases, and the resonator eigenfrequencies shift ω 01 → ω 01 = ω 01 -Δω 1 ; ω 02 → ω 02 = ω 02 -Δω 2 etc. In this case, the relative frequency shift is determined by the dielectric constant of the gas [8; 9]:

Figure 00000018
Figure 00000018

где ω0 и ω1 - собственные частоты резонатора без газа и с газом соответственно.where ω 0 and ω 1 are the natural frequencies of the resonator without gas and with gas, respectively.

С учетом (12) выражение (11) принимает видIn view of (12), expression (11) takes the form

Figure 00000019
Figure 00000019

Определение коэффициента сжимаемости начинается с измерения сдвига частоты резонатора при стандартных условиях. Для этого открывается вентиль 13 и 14 и с помощью редуктора 12 продувают резонатор 2 газом и затем заполняют объем резонатора 2 до давления чуть выше Рс, после чего вентили 13 и 14 закрывают. После этого на термостате устанавливают температуру Тс=293,15 К и по достижении газом этой температуры приоткрывают вентиль 14 и устанавливают по манометру 15 давление, равное стандартному: Рс=1,013·105 Па, после чего вентиль 14 закрывают. После этого с помощью блока измерения частоты 9 замеряется частота ωс. Первоначальная частота полого резонатора ω0 (т.е. в вакууме) при Т=Тс определяется заранее и вводится как параметр в блок 9.The determination of the compressibility coefficient begins with measuring the frequency shift of the resonator under standard conditions. To do this, valve 13 and 14 are opened and the resonator 2 is purged with gas using a reducer 12 and then the volume of the resonator 2 is filled to a pressure just above P s , after which the valves 13 and 14 are closed. After that, the temperature T c = 293.15 K is set on the thermostat and, when the gas reaches this temperature, the valve 14 is opened and the pressure equal to the standard pressure is set on the pressure gauge 15: P c = 1.013 · 10 5 Pa, after which the valve 14 is closed. After that, using the frequency measuring unit 9, the frequency ω s is measured. The initial frequency of the hollow resonator ω 0 (i.e., in vacuum) at T = T s is determined in advance and entered as a parameter in block 9.

Затем резонатор 2 снова заполняют газом, но уже при рабочем давлении Р и рабочей температуре Т. Для этого полностью открывают редуктор 12 и вентиль 13, а на термостате 18 устанавливают температуру, равную температуре газа в трубопроводе. После установления давления и температуры газа до рабочих, т.е. существующих в трубопроводе, и в момент времени t=t производят измерение сдвига частоты резонатора ωр.Then the resonator 2 is again filled with gas, but at the operating pressure P and operating temperature T. To do this, fully open the gearbox 12 and valve 13, and set the temperature equal to the gas temperature in the pipeline on thermostat 18. After establishing the pressure and temperature of the gas to the workers, i.e. existing in the pipeline, and at time t = t measure the frequency shift of the resonator ω p .

Далее производят вычисление коэффициента сжимаемости по формуле (13); при этом получают величину К (t), соответствующую времени измерения t=t.Next, the compressibility coefficient is calculated by the formula (13); in this case, the quantity K (t) corresponding to the measurement time t = t is obtained.

Процесс нетрудно автоматизировать. Для этого вентили 13 и 14 достаточно заменить на электрически управляемые, а температуру термостата заставить следовать температуре газа в газопроводе.The process is easy to automate. To do this, it is enough to replace the valves 13 and 14 with electrically controlled ones, and force the temperature of the thermostat to follow the temperature of the gas in the gas pipeline.

С помощью предлагаемого способа были проведены измерения коэффициента сжимаемости на углекислом газе при рабочих давлениях Р=26…35 атм и температурах Т=301-303 К.Using the proposed method, measurements were made of the compressibility coefficient on carbon dioxide at operating pressures P = 26 ... 35 atm and temperatures T = 301-303 K.

Результаты измерений отличались от контрольных данных на 0,5…1,0%, причем основным источником погрешности были колебания температуры газа, т.к. термостат в этих измерениях отсутствовал, а объемные резонаторы были выполнены из латуни, имеющей достаточно высокий коэффициент теплового расширения.The measurement results differed from the control data by 0.5 ... 1.0%, and the main source of error was gas temperature fluctuations, because the thermostat was absent in these measurements, and the volume resonators were made of brass, which had a rather high coefficient of thermal expansion.

ЛитератураLiterature

1. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами РД50-213-80. М., Изд-во стандартов, 1982, 318 с.1. Rules for measuring the flow of gases and liquids with standard narrowing devices RD50-213-80. M., Publishing House of Standards, 1982, 318 p.

2. ГОСТ 8.563.2-97 ГСН. Измерение расхода количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления.2. GOST 8.563.2-97 GOS. Measurement of the flow rate of the amount of liquids and gases by the method of variable differential pressure.

3. Плотников В.М., Подрешетников В.А., Тетеревятников Л.И. Приборы и средства учета природного газа и конденсата. - Л.: Недра, 1989, 238 с.3. Plotnikov V. M., Podreshetnikov V. A., Teterevyatnikov L. I. Instruments and means of accounting for natural gas and condensate. - L .: Nedra, 1989, 238 p.

4. ГОСТ 30319.3-96 Газ природный. Методы расчета физических свойств.4. GOST 30319.3-96 Natural gas. Methods for calculating physical properties.

5. Вышиваный И.Г., Москалев И.Н., Костюков В.Е. и др. НГЖ. Плотнометрия попутных нефтяных и природных газов на основе измерения их диэлектрической проницаемости, анализ проблемы. «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности». - М.: ВНИИОЭНГ, 2009, №10, 8-12 с.5. Embroidered I. G., Moskalev I. N., Kostyukov V.E. and other NGZH. Density measurement of associated petroleum and natural gases based on the measurement of their dielectric constant, analysis of the problem. "Automation, telemechanization and communications in the oil industry." - M.: VNIIOENG, 2009, No. 10, 8-12 p.

6. Вышиваный И.Г., Москалев И.Н., Костюков В.Е. и др. НГЖ. Диэлькометрическая плотнометрия нефтяных и природных газов: принципиальные трудности. «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности». - М.: ВНИИОЭНГ, 2009, №11, 7-11 с.6. Embroidered I. G., Moskalev I. N., Kostyukov V.E. and other NGZH. Dielcometric densitometry of oil and natural gases: fundamental difficulties. "Automation, telemechanization and communications in the oil industry." - M.: VNIIOENG, 2009, No. 11, 7-11 p.

7. Вышиваный И.Г., Москалев И.Н., Костюков В.Е. и др. НГЖ. Экспериментальное определение плотности природного газа на основе измерения его диэлектрической проницаемости. «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности». - М.: ВНИИОЭНГ, 2009, №12, 6-11 с.7. Embroidered I. G., Moskalev I. N., Kostyukov V.E. and other NGZH. Experimental determination of the density of natural gas based on measurements of its dielectric constant. "Automation, telemechanization and communications in the oil industry." - M.: VNIIOENG, 2009, No. 12, 6-11 p.

8. Голант В.Е. СВЧ методы исследования плазмы. - М.: Наука, 1968, 326 с.8. Golant V.E. Microwave plasma research methods. - M .: Nauka, 1968, 326 p.

9. Москалев И.Н., Стефановский A.M. Диагностика плазмы с помощью открытых осесимметричных резонаторов. М.: Энергоатомиздат. 1995, 145 с.9. Moskalev I.N., Stefanovsky A.M. Diagnostics of plasma using open axisymmetric resonators. M .: Energoatomizdat. 1995, 145 p.

Claims (1)

Способ оперативного определения коэффициента сжимаемости газов и их смесей, отличающийся тем, что объемный резонатор, выполненный из металла с малым температурным коэффициентом расширения и с известной собственной частотой в вакууме ω0, заполняют газом при стандартном давлении Рc и температуре Тc и измеряют значение собственной частоты ωс, затем заполняют его газом при рабочих давлении Р и температуре Т и измеряют значение собственной частоты ωр, а коэффициент сжимаемости K определяют из соотношения
Figure 00000020
A method for quickly determining the compressibility coefficient of gases and their mixtures, characterized in that the cavity resonator made of metal with a low temperature coefficient of expansion and with a known natural frequency in vacuum ω 0 is filled with gas at standard pressure P c and temperature T c and the value of natural frequency ω s , then fill it with gas at operating pressure P and temperature T and measure the value of the natural frequency ω p , and the compressibility factor K is determined from the relation
Figure 00000020
RU2011138266/28A 2011-09-16 2011-09-16 Method of prompt determination of compressibility coefficient of gases and their mixtures RU2478195C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011138266/28A RU2478195C1 (en) 2011-09-16 2011-09-16 Method of prompt determination of compressibility coefficient of gases and their mixtures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011138266/28A RU2478195C1 (en) 2011-09-16 2011-09-16 Method of prompt determination of compressibility coefficient of gases and their mixtures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2478195C1 true RU2478195C1 (en) 2013-03-27

Family

ID=49151459

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011138266/28A RU2478195C1 (en) 2011-09-16 2011-09-16 Method of prompt determination of compressibility coefficient of gases and their mixtures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2478195C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2768242C1 (en) * 2021-03-09 2022-03-23 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method of determining gas compressibility factor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2029265C1 (en) * 1991-05-30 1995-02-20 Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий Method of measuring physical parameters of medium condition
RU2052804C1 (en) * 1992-04-17 1996-01-20 Акционерное общество закрытого типа "Биотехинвест" Method for determination on isothermic compressibility factor
US20050061060A1 (en) * 2003-07-15 2005-03-24 Gysling Daniel L. Apparatus and method for providing a density measurement augmented for entrained gas
RU2382989C9 (en) * 2003-07-15 2010-05-10 Экспроу Митерс, Инк. Device for measurement of flow parametres

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2029265C1 (en) * 1991-05-30 1995-02-20 Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий Method of measuring physical parameters of medium condition
RU2052804C1 (en) * 1992-04-17 1996-01-20 Акционерное общество закрытого типа "Биотехинвест" Method for determination on isothermic compressibility factor
US20050061060A1 (en) * 2003-07-15 2005-03-24 Gysling Daniel L. Apparatus and method for providing a density measurement augmented for entrained gas
RU2382989C9 (en) * 2003-07-15 2010-05-10 Экспроу Митерс, Инк. Device for measurement of flow parametres

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Вышиваный И.Г., Москалев И.Н., Костюков В.Е. и др. НГЖ. Плотнометрия попутных нефтяных и природных газов на основе измерения их диэлектрической проницаемости, анализ проблемы//«Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. - М.: ВНИИОЭНГ, 2009, №10, стр.8-12. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2768242C1 (en) * 2021-03-09 2022-03-23 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method of determining gas compressibility factor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sommers Jr Vapor Pressures of He 3—He 4 Mixtures Below the Lambda-Point
RU2665350C1 (en) Device for application of a variable algorithm for a vibration flowmeter and a related method
US11719611B2 (en) Method for producing a void fraction error curve using a device to measure a property of a multi-phase flow
US10928261B2 (en) System and method for analysing vapour pressure
Pirouzpanah et al. Multiphase flow measurements using coupled slotted orifice plate and swirl flow meter
CN106767989B (en) Meter device and calibration method using same
RU2478195C1 (en) Method of prompt determination of compressibility coefficient of gases and their mixtures
Calcatelli et al. The IMGC-CNR flowmeter for automatic measurements of low-range gas flows
Vega-Maza et al. A Humidity Generator for Temperatures up to 200° C and Pressures up to 1.6 MPa
JP7038056B2 (en) Gas energy measurement method and related equipment
RU2678955C1 (en) Method of moister content measuring and sampling in three-component mixtures from extracting oil wells and device for its implementation
RU2310825C1 (en) Method for preparation of steam-gas mixtures for calibration of gas analyzers
GB2581745A (en) Mass flow rate calculation method
RU2446005C1 (en) Method for preparation of multi-component gas mixes
Holcomb et al. Comparison of interfacial tension and capillary constant for argon+ krypton, CH4+ krypton, and C2H6+ krypton using two independent methods of measurement
RU95132U1 (en) ACOUSTIC ANALYZER FOR CONTINUOUS CONTROL OF COMPOSITION AND HEAT CAPACITY OF GAS MIXTURE (NATURAL GAS)
Orlando et al. Water content of water-oil mixtures by the speed of sound measurement
Suma et al. Water-Cut Estimation Uncertainty from Microwave Sensors
JP7049421B2 (en) Gas energy measurement method and related equipment
CN114689460B (en) Crude oil density value correction method for online density automatic measurement
Shirokova et al. The Improved Microwave Meter of Water Content in the Oil of Unknown Type
Teplukh et al. Design of linear capillary measuring transducers for low gas flow rates
RU2243536C1 (en) Method of determining gas concentration in liquid
Barbe et al. Development of a gas micro-flow transfer standard
CN118149919B (en) Mixed-phase fluid mass flow measuring method and throttling type light quantum mixed-phase flowmeter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190917