本發(fā)明涉及天然氣流量計量，尤其是一種天然氣音速計算方法。

背景技術(shù)：

隨著天然氣工業(yè)的飛速發(fā)展，特別是輸氣管網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)，用于貿(mào)易計量的天然氣流量儀表日益增多，其工作壓力不斷提高，流量范圍也不斷增大。天然氣流量計量是多參數(shù)、多組分氣體的連續(xù)測量，其量值測量具有不可回復性，其測量準確度受眾多因素影響。

現(xiàn)有的計算天然氣音速方法主要是根據(jù)美國燃氣協(xié)會發(fā)表的AGA10號報告中提出的計算公式來計算的，該計算方法較為繁瑣，設(shè)計多次求偏導數(shù)以及積分計算，同時由于氣體流量計的成本控制，流量計內(nèi)置的單片機核心計算能力一般，面對高強度、高頻率的計算要求時效率低下。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種計算簡單而高效的天然氣音速計算方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種天然氣音速計算方法，天然氣音速為v，其特征在于：計算天然氣音速的公式為：v＝s₁t²+s₂pt+s₃p+s₄t+c，其中p是待測天然氣的氣質(zhì)壓力，t是待測天然氣的氣質(zhì)溫度，s₁、s₂是常數(shù)，s₃＝Ac+B，s₄＝A₁c+B₁，其中A、B、A₁、B₁均為常數(shù)，c是由待測天然氣氣質(zhì)決定的參量。

為了使得天然氣音速的計算誤差最小，s₁＝-1.128×10^-3，s₂＝5.8398×10^-5，s₃＝1.26×10^-5c-1.018×10^-2，s₄＝1.814×10^-3c-4.139×10^-2，由此v＝-1.128×10^-3t²+5.8398×10^-5pt+(1.26×10^-5c-1.018×10^-2)p+(1.814×10^-3c-4.139×10^-2)t+c。

系數(shù)c通過如下步驟得到：

1)首先利用現(xiàn)有的天然氣音速計算公式計算出待測天然氣氣質(zhì)在選定的標準氣質(zhì)溫度t₀，標準氣質(zhì)壓力p₀下的標準天然氣音速值v₀；

2)將計算得到的標準天然氣音速值v₀、對應(yīng)的標準氣質(zhì)壓力p₀與標準氣質(zhì)溫度t₀代入系數(shù)c的計算公式而得到系數(shù)c：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：適用于家用燃氣流量計算，能精確、高效的計算出當下的天然氣音速，運用到當下主流的氣體流量計當中，能提高工作效率。

附圖說明

圖1為天然氣音速計算流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

一種天然氣音速計算方法，考慮到城鎮(zhèn)燃氣管道的真實工作環(huán)境，氣質(zhì)溫度的主要變化范圍為-20℃至60℃，氣質(zhì)壓力的主要變化范圍為50KPa至2000KPa的環(huán)境下，因此，本發(fā)明的計算方法所涉及到的氣質(zhì)溫度與氣質(zhì)壓力均在上述所提及的變化范圍之內(nèi)。本發(fā)明的計算方法可以克服AGA10號報告中提出的天然氣音速計算公式存在的求解繁瑣的問題，并以現(xiàn)行的AGA10報告提出的天然氣音速計算方式為基準，將本發(fā)明計算結(jié)果的相對誤差控制在0.5％以內(nèi)。

具體地，天然氣音速v是關(guān)于氣質(zhì)溫度與氣質(zhì)壓力的二次多項式：

v＝s₁t²+s₂pt+s₃p+s₄t+c

其中系數(shù)s₁、s₂是與氣質(zhì)無關(guān)的常數(shù)項，系數(shù)c是與氣質(zhì)有關(guān)的參量，p是氣質(zhì)壓力(可測得)，t是氣質(zhì)溫度(可測得)，而系數(shù)s₃、系數(shù)s₄均可用與系數(shù)c有關(guān)的線性關(guān)系式表示，上述公式中只有一個待定標量c。s₃＝Ac+B，s₄＝A₁c+B₁，其中A、B、A₁、B₁均為常數(shù)。

為了使得天然氣音速的計算誤差最小，系數(shù)s₁為常數(shù)項，且值為s₁＝-1.128×10^-3；系數(shù)s₂為常數(shù)項，且值為s₂＝5.8398×10^-5；系數(shù)s₃可以用系數(shù)c的線性表達式表示，該式為：s₃＝1.26×10^-5c-1.018×10^-2；系數(shù)s₄可以用與系數(shù)c有關(guān)的線性關(guān)系式來表示，系數(shù)s₄的計算公式為：s₄＝1.814×10^-3c-4.139×10^-2，只與待標定量c有關(guān)。

而系數(shù)c的確定可通過以下方式：在氣質(zhì)組成成分已知的條件下，利用美國燃氣協(xié)會10號報告AGA10提出的音速計算公式計算在任一氣質(zhì)壓力p₀與任一氣質(zhì)溫度t₀下的天然氣音速大小v₀，將計算得到的v₀以及對應(yīng)的p₀、t₀代入下式中便可得到c的值：

因此，本發(fā)明公式的具體形式為：

v＝-1.128×10^-3t²+5.8398×10^-5pt+(1.26×10^-5c-1.018×10^-2)p+(1.814×10^-3c-4.139×10^-2)t+c

實施例1：

以美國燃氣協(xié)會10號報告所提到的氣質(zhì)GulfCoast例，該氣質(zhì)的主要成分摩爾百分比見表1。

表1各種氣質(zhì)主要成分摩爾百分比

同時，得到針對于該氣質(zhì)的音速計算公式的流程可見圖1：

1)首先利用美國燃氣協(xié)會AGA10號報告提出的天然氣音速計算公式計算出在標準氣質(zhì)溫度t₀為20℃，標準氣質(zhì)壓力p₀為1000KPa下的標準天然氣音速值v₀(計算v₀時，選取其他的氣質(zhì)溫度與氣質(zhì)壓力作為標準參考值也均可)，得到標準天然氣音速值v₀＝430.104514m/s；在此步驟中，也可以用其他天然氣音速計算方法得到標準天然氣音速值v₀；

2)將計算得到的標準天然氣音速值v₀以及對應(yīng)的標準氣質(zhì)壓力p₀與標準氣質(zhì)溫度t₀代入系數(shù)c的計算公式：

從而計算得到系數(shù)c＝419.1554；

3)確定了系數(shù)c的值后，將系數(shù)c代入本發(fā)明公式中修正音速公式：

v＝-1.128×10^-3t²+5.8398×10^-5pt+(1.26×10^-5c-1.018×10^-2)p+(1.814×10^-3c-4.139×10^-2)t+c

便可以得到針對于氣質(zhì)Gulf Coast的音速簡化計算公式，即：

v＝-1.128×10^-3t²+5.8398×10^-5pt-4.898×10^-3p+0.7190t+419.1554

此時，為了驗證得到關(guān)于氣質(zhì)Gulf Coast的音速簡化計算公式的可行性，可進行相關(guān)的誤差分析。在選取一系列氣質(zhì)溫度與氣質(zhì)壓力情況下，以美國燃氣協(xié)會10號報告AGA10提出的計算公式為基準，計算本發(fā)明的相對誤差大小。具體情況可見表2。

表2氣質(zhì)GulfCoast計算比較

實施例2：為了進一步說明本發(fā)明的可行性，這里又選取了3種美國燃氣協(xié)會10號報告所提到的氣質(zhì)，即Amarillo、High N2、High CO2，這三種氣質(zhì)的具體成分摩爾百分比可見表1。

首先對3種天然氣的音速值進行采樣，考慮到城鎮(zhèn)燃氣管道的真實工作環(huán)境，故取氣質(zhì)溫度從-20℃至60℃變化，5℃為步長；氣質(zhì)氣壓取從50KPa到2000KPa變化，取其中50KPa至300KPa以50KPa為步長，300KPa至2000KPa以200KPa為步長，利用AGA10報告中提出的音速計算公式對3種氣質(zhì)進行不同氣質(zhì)溫度與氣質(zhì)壓力下的音速值采樣。由于數(shù)據(jù)采樣點比較多，表3～表5分別截取了3種氣質(zhì)在一部分采樣點上的音速值。

同時，通過圖1所示的步驟，利用AGA10報告提出的音速計算公式計算出20攝氏度、1000Kpa下不同天然氣的音速值v₀，從而確定對應(yīng)于不同氣質(zhì)的音速計算公式。根據(jù)得到的公式分別計算上述3種氣質(zhì)在各個采樣點上的音速值，同樣由于數(shù)據(jù)采樣點較多，表3～表5分別截取了3種氣質(zhì)在一部分采樣點上的音速值。

以AGA10報告提出的天然氣音速計算方法為基準，得到通過AGA10報告計算出的音速值v₁，并計算出本發(fā)明提出的天然氣音速簡化計算公式的計算結(jié)果v₂。并根據(jù)相對誤差計算公式計算得到對應(yīng)的相對誤差大小。

表3氣質(zhì)Amarillo計算比較

表4氣質(zhì)High N2計算比較

表5氣質(zhì)High CO2計算比較

上述的表3～表5分別截取了3種氣質(zhì)在一部分采樣點上的相對誤差大小，由此可見相對誤差均控制在了0.5％以下，證明本發(fā)明的計算公式具有較強的可行性。

上文中例舉了一組系數(shù)s₁、s₂、s₃、s₄，而系數(shù)s₁、s₂、s₃、s₄還可以有其他替代方案，滿足相對誤差均控制在0.5％以下的要求：如

s₁＝-1.130×10^-3

s₂＝5.607×10^-5

s₃＝-6.800×10^-6c-2.080×10^-3

s₄＝1.752×10^-3c-1.553×10^-2

v＝-1.130×10^-3t²+5.607×10^-5pt+(-6.800×10^-6c-2.080×10^-3)p+(1.752×10^-3c-1.553×10^-2)t+c

又如：

s₁＝-1.142×10^-3

s₂＝5.864×10^-5

s₃＝2.540×10^-5c-1.549×10^-2

s₄＝1.864×10^-3c-6.21×10^-2

v＝-1.142×10^-3t²+5.864×10^-5pt+(2.540×10^-5c-1.549×10^-2)p+(1.864×10^-3c-6.21×10^-2)t+

又如：

s₁＝-1.121×10^-3

s₂＝5.828×10^-5

s₃＝1.450×10^-5c-1.097×10^-2

s₄＝1.825×10^-3c-4.584×10^-2

v＝-1.121×10^-3t²+5.828×10^-5pt+(1.450×10^-5c-1.097×10^-2)p+(1.825×10^-3c-4.584×10^-2)t+c。