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天然气孔板流量计数据处理软件的设计与实现

时间:2018/04/10来源:未知

[摘 要] 孔板流量计在天然气计量方面被最广泛的使用,由于天然气计量中计算公式复杂,文章就孔板流量计的测量原理,探讨了运用 C#语言编写数据处理软件,从而实现快速准确的数据处理。

1、孔板流量计的测量原理:
  孔板流量计是将标准孔板与多参量差压变送器配套组成的高量程比差压流量装置。孔板流量测量系统一般由节流装置 ( 标准孔板) 、差压变送器组成。
  孔板流量计是利用天然气经孔板时,其前后产生的压力不同,导致充满管道的天然气在节流件附近造成局部收缩,流速增加,在其上游和下游两侧产生静压力差,通过此压力差来计算流量,差压越大,流量越大。

  本文依据 SY - T 6143—1996 石油天然气行业标准进行测量,孔板流量计的测量方程式通过流体力学中的流体连续性方程 ( 质量守恒定律)和伯努利方程 ( 能量守恒定律) 导出,天然气标准体积流量计算公式如下:qvn= AsCEd2FGεFZFTp1Δ槡p式中: qvn为标准状态下天然气体积流量,m3/ s;As为秒计量系数,视采用计量单位而定,此式中As= 3. 1794 × 10- 6; C 为流出系数; E 为渐进速度系数; d 为孔板直径; FG为相对密度系数; ε为膨胀系数; FZ为天然气压缩系数; FT为流动温度系数; p1为孔板上游气流的绝对静压差; Δp为差压。
2、流量计算中系数计算:
  天然气标准体积流量计算公式中有很多系数需要计算,才能进一步计算出流量。
2. 1、流出系数 C 及孔板开孔直径 d:
  C = 0. 5959 + 0. 0312 β2. 1- 0. 1840 β8+0. 0029 β2. 5106Re( )D0. 75+0. 0900 L1β4( 1 - β4)- 1- 0. 0337 L2β3当 L1≥0. 03900. 0900时, β4( 1 - β4)- 1的 系 数用 0. 0390。
  式中: β 为直径比,β =dD( d = d20[1 + Λd( t -t20) ]; D = D20[1 + ΛD( t - t20) ]) ; d20为 ( 20± 2 ) ℃ 孔板开孔检测直径,mm; Λd为孔板材料的线膨胀系数,mm /( mm·℃ ) ,查表可得; D20为 ( 20 ± 2) ℃ 测量管检测内径,mm; ΛD为测量管材料的线膨胀系数,mm /( mm·℃ ) ,查表可得; t 为 天 然 气 流 过 节 流 装 置 时 实 测 气 流 温度,℃ ; t20为 检 测 时 室 内 温 度,℃ ( 20 ± 2 ) ℃ ;ReD为管径雷诺数; L1为孔板上游端面到上游取压孔的距离除以测量管内径,L1=l1D; L2为孔板下游端面到下游取压孔的距离除以测量管内径,L2=l2D。
2. 2 渐进速度系数 EE =11槡- β4
2. 3 相对密度系数 FGFG=1G槡γ
  式中: Gγ为天然气真实相对密度,Gγ= GiZa/ Zn;Za为干空气在标准状态下的压缩因子,其值为0. 99963 ; Zn为天然气在标准状态下的压缩因子。Gi= ∑nj = 1XjGij式中: Xj为天然气 j 组分的摩尔分数; Gij为天然气 j 组分的理想相对密度; n 为天然气组分总数。Zn= 1 -∑nj = 1Xjb槡( )j2+ 0. 0005 ( 2 XH- X2H)式中: bj为天然气 j 组分的求和因子; XH为天然气中氢气含量的摩尔分数。
2. 4 可膨胀性系数 εε = 1 - ( 0. 41 + 0. 35 β4)Δp106p1k式中: Δp = p1- p2; p1为孔板上游气流的绝对静差; p2为孔板下游气流的绝对静差。p1= p3+ pa式中: p3为 孔 板 上 游 侧 取 压 孔 实 测 表 压 值,
MPa; pa为当地大气压,MPa。k = cp/ cv式中: k 为天然气等熵指数; cp为甲烷定压比热,查表可得; cv为甲烷定容比热,查表可得。
2. 5 天然气超压缩因子 FZFZ=ZnZ槡1式中: Zn为天然气在标准状态下的压缩因子; Z1为天然气在流动状态下的压缩因子。
2. 6 流动温度系数 FTFT=293. 15槡 T( T = t + 273. 15)

3、数据处理软件的设计:
  天然气孔板流量计数据处理软件前端选用. Net 平台的 C # 语言, 它是一种精确、 简单、 类型安全、面向对象的语言。后台使用 Access 数据库,报表部分采用 Crystal Report10. 5 开发,将数据库中的原始记录数据显示到报表中。系统结构采用当今流行的客户机 /服务器体系结构,其优点在于能够充分利用计算机的性能,提高数据交换频繁的处理效率。Access 数据库设计中建立了 5 张表,分别是送检单位信息表、被检计量器具信息表、标准器信息表、流量计算 ( 存储计算中间值) 、流量数据 5 个表。

4、数据处理软件的实现:
  利用软件通过合理的更新标准器信息来控制检定员出具原始记录时标准器使用不当或过期的问题; 通过天然气组分求和的限制确保数据的准确可靠; 快捷方便的计算为检定员现场开展检校工作提供了判断是否合格的依据,使检定员从过去繁琐的计算中摆脱出来。软件中自动判断所输入的天然气组分总和是否为 1,如果不是 1,则不能进行计算,避免了过去由于天然气组分原因导致数据不可靠的错误; 软件使用过程中只需改变孔板参数部分的 “气流差压” 值即可生成一条新记录,在每条新生成的记录数据中输入 “标准差压值”和 “被校实际显示值”即可自动计算出“示值误差”。软件主界面如图 1 所示。
图 1 天然气孔板流量计数据处理软件主界面图
图 1 天然气孔板流量计数据处理软件主界面图
  在图 1 中,等熵指数和动力粘度都可以通过点击查表调出数据,动力粘度如图 2 所示。其中等熵指数如图 3 所示,分别选择 cp和 cv值即可直接获得等熵指数的数值。
图2不同压力和温度下甲烷动力粘度。表图

图2不同压力和温度下甲烷动力粘度。表图
图3不同压力和温度下甲烷c。和c。值图
图3不同压力和温度下甲烷c。和c。值图

    当测量完毕后,可以通过该软件查看原始记录报表,如图4所示。
图4流量计算机校准原始记录图


图4流量计算机校准原始记录图
    该软件除了进行数据处理外,还能查询以往检校验数据。综上所述,软件主要解决流量计算机计量检测中流量数据处理计算量大、计算复杂、容易出错、查询不方便等问题,极大地提高了工作效率,降低了出错率。

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