天然气压缩因子的分析及其计算

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1、天然气压缩因子的分析及其计算谢莉莉刘劲松/上海公正燃气计量站摘要根据天然气压缩因子的2种计算方法：用摩尔组成进行计算和用物性值进行计算编制计算机程序，并运用此程序研究天然气压缩因子与温度、压力之间的关系。关键词天然气；压缩因子；计算方法0引言天然气是重要的能源之一，随着天然气贸易量的增加，其流量计量越来越被人们重视。在天然气流量计量中，天然气压缩因子是决定其准确与否的关键因素之一。天然气压缩因子是实际气体状态采用理想气态方程时引入的偏差修正系数。实际上，符合理想气态方程的理想气体是不存在的，实验表明，只有在低压高温下实际气体才

2、可以近似被看作理想气体。由于实际气体与理想气体的差异，使得对气体流量测量的准确性和可靠性难以评价，特别是低温、高压管道气体流量的测量，在这种情况下，管道中的被测介质就不能用理想气体状态方程进行描述。在高压、低温下，任何气体理想状态方程都会出现明显的偏差，而且压力越高，温度越低，这种偏差就越大，因而需要引入一个压缩校正因子Z来修正气体的状态方程，如式（1）所示。对于压缩因子大多是文献上查得的或是通过图表获得。若是用图表方式，则整个计算过程不仅费时费力，而且计算误差大，结果不准确。而国外的进口流量计，像压缩因子等技术核心不公开，因

3、此有必要编制一套计算程序来计算天然气压缩因子，确保天然气流量计量的准确性。本文将介绍程序的编制简要以及运用该程序研究压缩因子与温度、压力之间的关系，并对两种方法进行比较。1计算程序编制天然气压缩因子的计算方法有2种：用天然气的摩尔组成进行计算和用天然气的物性值进行计算。编制计算机程序的主要任务就是对天然气压缩因子进行分析，对描述压缩因子的特征方程进行解剖，并根据分析结果和解剖过程对上述的2种方法编制计算机程序。这2种方法都需要运用多个参数表，这些参数看似简单，但错综复杂，必须对此进行深入的研究，找出它们之间的关系，对计算方程进

4、行简化。1.1用摩尔组成计算（1）因此，天然气压缩因子Z在天然气这一重要能源计量中起着举足轻重的作用。虽然GB/T17747-1999《天然气压缩因子的计算》对天然气压缩因子进行了详细的描述，但是用摩尔组成进行计算又称为AGA8-92DC计算方法，是用已知各气体详细的摩尔分数组成和相关压力、温度计算气体压缩因子。该方法要求对摩尔分数超过0.00005的所有组分进行分析。首先，将压力p、温度t、高位发热量Hs,C8的所有烃类以及N2、CO2和He，对含人工掺合相对密度d、二氧化碳摩尔数xCO2、氢气摩尔数xH2输入到方程中去，找

5、出密度与空气密度的关系以及二氧化碳摩尔数与氢气摩尔数之间的关系，确定第二维利系数B和甲烷（CH4）高位发热量的值，再计算密度。当在迭代计算中同时满足两个收敛判断标准时，即得到了迭代中间数据的最终结果，求得第二、第三维利系数后代入维利方程中就能计算给定压力和温度下的压缩因子Z。1.3程序的准确性验证物的天然气，H2、CO和CH4也是重要的分析组成，对更宽类别的天然气，H2O蒸汽和H2S等组分分析更是不可忽视的。AGA8-92DC计算方法所使用的方程是基于这样的概念：管输天然气的容量性质可由其气体的组成来表征和计算。因此AGA8-

6、92DC计算方法所使用的方程涉及的系数颇多，需要多次运用连加、二重求和甚至三重求和等数学方法。编程时主要是利用参数的特点来简化方程。*例如通过观察，计算系数Cn方程中的参数gn、qn、fn的值只有0或1，因此涉及这三个参数因子的值也只有2种可能性，通过这种化简方法得到程序的准确与否关系到该程序能否运用于实际的流量计量中去。GB/T17747-1999对于每个计算方法都提供了60个已经核实的计算示例，利用编制的计算机程序，对60个样本进行了计算，全部与标准数据一致，这就充分说明了所编制程序的正确性。为了方便验证计算机程序的准确性

7、，在编程时建立了一个EXCEL数据库，存放了每个方法的60个计算示例的所有数据。如果要使用样本示例验证程序，只需输入1~60中的任意一个数字，程序就会自动显示各个组分的成分以及计算应得的压缩因子数值，点击“开始计算”按钮得到程序计算结果，程序的准确性便能一目了然。1.4其他*的系数Cn的各个表达式不仅式子简单，而且计*算方便，相比直接运用Cn方程，在很大程度上提高了计算机的计算速度。另外，也可利用方程本身所具有的特点来简化方程，降低编程的难度。例如第二维利系数B的计算方程涉及三重求和，颇为复杂。如果直接运用B的表达式计算，可以

8、想象计算量是巨大的，算法编译难度大，需要运用三重循环，较为费力费时。在编制程序的前期，对B进行了研究，在拆分了B的各个分式，并代入有特定值的参数后发现：B的分式B3…B18的表达式非常有规律，类似上三角阵，而且相互类似，只需运用一个循环语句就可以得到B的计算结果。1.2用物性