Измерение объема природного газа
Объем природного газа измеряется обычно в кубических футах¹. Поскольку газ всегда распространяется по всему объему резервуара, его количество зависит от температуры и давления. Поэтому измерения количества газа приводятся к постоянным условиям. В качестве стандартных исходных условий приняты температура 60°F и давление 30 дюймовртутного столба (приблизительно 14,73 фунт/кв. дюйм, или нормальное атмосферное давление); иногда же за эталон принимается температура 20°С (68°F). Объем газа записывается в виде величины, кратной 1000 единиц измерения, сокращенно обозначаемой буквой М; так, 3 540 000 куб. футов газа записывается как 3540 м куб. футов.
Сконструировано множество различных приборов для измерения количества (объема) газа, проходящего по трубам. Большинство замеров объема газа, извлекаемого из скважин, производится с помощью диафрагменных счетчиков-расходомеров, определяющих перепад давления между противоположными сторонами установленной в трубопроводе диафрагмы. Исходя из получаемых перепадов давления с учетом параметров диафрагмы, представляющей собой круглое отверстие в тонкой пластинке, можно рассчитать скорость истечения газа. При медленном истечении газа и давлении, близком к атмосферному, обычно применяются счетчики объемного типа. Объем газа в этих случаях определяется по числу регистрируемых счетчиком поочередных заполнений газом и освобождений от него камеры расходомера. Небольшие количества газа, увлекаемого буровым раствором и заключенного в обломках шлама, обычно улавливаются с помощью газоанализаторов.
Измерение объема газа в природном резервуаре в переводе на его объем в условиях дневной поверхности производится одним из двух распространенных методов, несколько напоминающих методы подсчета запасов нефти в природном резервуаре, с приведением их к нормальным условиям. Объемный метод, или метод насыщения, заключается в умножении объема (в акр-футах) порового пространства, заполненного газом, на отношение между пластовым давлением и давлением на поверхности в атмосферах и на температурную поправку, зависящую от того, насколько температура в природном резервуаре отличается от стандартной, равной 60°F. Коэффициент давления определяется по газовому закону, согласно которому объем идеального газа при постоянной температуре меняется обратно пропорционально давлению (Рисунок 1).
Рисунок 1: Обобщенная диаграмма изменения объема газа при повышении давления и постоянной температуре.
При атмосферном давлении, равном 14,7 фунт/кв. дюйм, для приведения объема пластового газа, находящегося под давлением 3000 фунт/кв. дюйм, к атмосферному необходимо помножить объем газа в природном резервуаре на коэффициент давления, равный:
Объем газа меняется также прямо пропорционально абсолютной температуре. Так, объем газа, находящегося в природном резервуаре при температуре140°F, сократится при достижении температуры дневной поверхности, равной60°F, пропорционально температурному поправочному коэффициенту, равному:
Второй метод подсчета количества газа в природном резервуаре с приведением егс к условиям дневной поверхности основан на том, что при отборе газа из пласта пластовое давление снижается. Падение давления на единицу приведенного к атмосферным условиям объема газа, извлекаемого из природного резервуара, прямо пропорционально соответствующему объему газа, оставшегося в природном резервуаре. Так, например, если первоначальное пластовое давление в газовом резервуаре было 2880 фунт/кв. дюйм, а после отбора в течение нескольких лет 400 млн. куб. футов газа оно упало до 2720 фунт/кв. дюйм, то снижение давления на 100 фунт/кв. дюйм происходило с расходом газа 400 000 000/160, т.е. 2 500 000 куб. футов на единицу падения давления. Номинальный остаточный объем газа в природном резервуаре, приведенный к атмосферным условиям, будет равен тогда 2,5 млн. куб. футов, помноженным на 2720 (остаточное пластовое давление в фунтах на кв. дюйм), т.е. 6,8 млрд. куб. футов. Если принять, что пластовое давление при истощении залежи равно 250 фунт/кв. дюйм, то извлекаемые запасы газа, приведенные к условиям дневной поверхности, будут составлять 2 500 000 куб. футов × (2720-250), или 6 175 000 000 куб. футов. Применение этого метода подсчета запасов газа возможно только спустя некоторое время с начала разработки залежи.
¹В некоторых странах, особенно в СССР, объемное количество природного газа часто переводится в метрические тонны нефти; 1000 м z природного газа приравнивается к 0,824 метрической тонны нефти (обычно 1000 м 3 газа считают эквивалентными 1 т/нефти).
Источник
Расчет стандартного объема природного газа
Согласовывая технические проекты, у потребителей и проектировщиков возникают трудности, связанные с выбором корректного и подходящего для объекта счётчика.
Подбор газового счётчика на объект, завод или в квартиру задача тривиальная, но в то же время с нюансами, которые требуют помнить о них, либо найти варианты решения. Ошибки при процедуре подбора устройства учёта газа допускают не только потребители — проектировщики тоже ошибаются.
Часто проектировщики ошибаются при подборе газового счётчика, потому что счётчик подбирают по расходу, который идёт к потребителю. Это будет работать при условии давления до о 0,005 МПа в газопроводе не возникнет проблем. При установке прибора учёта на среднем или давлении до 1,2 МПа возникает следующая проблема: расход газа уменьшается кратно давлению с увеличением давления.
Для выражения зависимости объёма газа с температурой и давлением используются законы Гей-Люссака и Бойль-Мариотта.
Жозеф Луи Гей-Люссак открыл второй газовый закон об тепловом расширении газов, который расширил утверждения Д. Дальтона. Закон Дальтона гласит, что давление вместе взятых газов. не взаимодействующих химически друг с другом, равно сумме парциальных давлений каждого компонента по отдельности. При этом парциальное давление каждого из компонентов подчиняется уравнению Менделеева-Клапейрона.
Авторство первого газового закона принадлежит Роберту Бойлю. Первый газовый закон опубликовали в 1660 году, где Бойль на основе количественного эксперимента доказал «что давления газа обратно пропорционально объёму».
Пятнадцать лет спустя Э. Мариотт подтвердил результаты экспериментов Роберта Бойля. Французский аббат Мариотт, который считается «столпом» физики во Франции пришёл к тем же выводам, при этом без опоры на работы Бойля.
Согласно закону Бойля-Мариотта, постоянно произведение давления и объёма газа при условии, что постоянна температура и масса газа.
Как рассчитать стандартный объём природного газа
Для этого используем следующую формулу:
Предлагаю разобраться, что есть что в приведённой выше формуле для позабывших школьную программу или кто не находил точные науки привлекательными для тщательного изучения.
Pс Tс — обозначение давления и температуры в стандартных условиях
Vр Tр Pр – обозначение объёма, температуры и давлениях в условиях работы
К – коэффициент сжимаемости
Для расчётов используйте Excel, входящий в стандартный пакет Microsoft Office, либо схожий по функционалу LibreOffice Calc.
Расчёты делают согласно двум формулам. Первая формула по ГОСТ Р 8.882-2015, что касается второй – принята согласно руководству по эксплуатации счётчика газа вихревого СВГ.М 311.00.00.000-01.
Согласно формуле по ГОСТ Р 8.740-2011 расчёт происходит следующим образом:
Давайте рассмотрим поподробнее расчёт, сделанный по ГОСТу, и разберёмся, что к чему.
Под Pаб понимается давление газа, которое было измерено датчиком давления, измеряется в Мпа;
Pи обозначается избыточное давление газа;
Pб это атмосферное давление, величина, которая является условно постоянной;
Vраб обозначается объём газа;
K – коэффициент сжатия газа;
T – температура газа, определяется температура измеряемого газа согласно следующей формуле:
T = 273.15 + t, в данной формуле t – температура газа, полученная путём измерений датчиком температуры.
Как подобрать счётчик на примере счётчика на базе RVG
Пример задачи с подбором счётчика на примере котельной
Потребителем газа выступает котельная;
Минимальный расход газа котельной составляет ~100 нм3/час, максимальный расход газа – ~1000 нм3/ч.
Избыточное давление в газопроводе: Ризб = 0.4Мпа
Согласно расчётам, получаем следующие результаты по расходам:
Минимальный расход при рабочих условиях 20,3 м3/час при условии избыточного давления в 0,4 Мпа при перерасчёте при следующих параметрах согласно ГОСТ 2939-63:
- Температура равна 20 градусам по Цельсию;
- Давление составляет 760 мм ртутного столба;
- Влажность равна нулю.
В результате получим 100 м3/час – расход, фигурирующий в проекте и который потребляется объектом.
При рабочих условиях 202,3 м3./час при условии избыточного давления в 0,4 мПа при перерасчёте на нм3/ч будет 1000 м3/час.
Опираясь на информацию из технического паспорта, останавливаемся на счётчике RVG G160 с диапазоном в 13-250 м3/час.
Источник потребления газа – условная котельная.
Избыточное давление газа в месте установки счётчика:
Рабочий расход газа определяется по следующей формуле:
Где Q – расход газа в стандартных условиях, [/ч]
Pабс – абсолютное давление газа в газопроводе
- Минимальное значение PQmin и максимальное значение PQmax расхода газа при рабочих условиях будут составлять:
Источник