專利名稱:流動(dòng)氣體超壓縮系數(shù)的檢測(cè)裝置的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于流動(dòng)氣體的測(cè)量，或者更確切地說是根據(jù)體積的測(cè)量，來檢測(cè)流動(dòng)氣體的超壓縮系數(shù)。
七十年代以來，天然氣價(jià)格的迅速增長，導(dǎo)致了人們對(duì)測(cè)量儀表精確度的看法發(fā)生了深刻的變化，對(duì)于那些高壓氣體就更是如此。通過管路對(duì)流動(dòng)氣體的體積進(jìn)行精確的測(cè)量越來越引起重視。由于氣體是可壓縮的，且其體積變化是溫度和壓力的函數(shù)，所以盡管體積測(cè)量儀都是測(cè)量實(shí)際的體積，但還是必須進(jìn)行多種計(jì)算將已測(cè)出的流動(dòng)氣體的體積值轉(zhuǎn)換成在預(yù)先統(tǒng)一確定的溫度和壓力下的體積值。
美國專利4，390，956上公開了一種進(jìn)行修正運(yùn)算的裝置，其計(jì)算的主要部分涉及到了流動(dòng)氣體超壓縮系數(shù)的確定。這個(gè)裝置的工作是根據(jù)測(cè)量的溫度和壓力值，以及根據(jù)某一特殊的氣體組成而輸入到裝置中的一組定值而進(jìn)行的。因此，如果氣體的組成變化了，就需要在裝置中輸入另一組定值。
本發(fā)明的目的，就是提供一種用于流動(dòng)氣體超壓縮系數(shù)的檢測(cè)裝置。
本發(fā)明更進(jìn)一步的目的是提供一種能夠自動(dòng)適應(yīng)氣體組分變化的流動(dòng)氣體超壓縮系數(shù)的檢測(cè)裝置。
上面提到的、以及本發(fā)明的其它目的可以按照本發(fā)明提供的原理，這樣來實(shí)現(xiàn)提供一個(gè)能夠連續(xù)測(cè)量氣體在高壓(P1)下的超壓縮系數(shù)(Z1)的裝置;將氣體壓力減少到一個(gè)低壓值(P2)的裝置，對(duì)應(yīng)于這個(gè)壓力(P2)的超壓縮系數(shù)(Z2)是已知的;測(cè)量在高壓下的氣體體積(V1)，溫度(T1)和壓力(P1)的裝置;測(cè)量在低壓下的氣體體積(V2)，溫度(T2)和壓力(P2)的裝置;和一個(gè)根據(jù)公式
Z1= (V1)/(V2) × (P1)/(P2) × (T2)/(T1) ×Z2
來計(jì)算高壓下的超壓縮系數(shù)的裝置。
閱讀下面的說明，并結(jié)合本發(fā)明的附圖可以更容易了解上述內(nèi)容。附圖是根據(jù)本發(fā)明的原理，說明裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。
到目前為止，有三種檢測(cè)氣體超壓縮系數(shù)的一般方法。第一種方法是在三十年代發(fā)展起來的，使用北恩-伯內(nèi)特(Bean-Burnett)測(cè)量裝置或類似的裝置。第二種方法是對(duì)氣體進(jìn)行分析，找出其所有的組份，然后利用狀態(tài)方程進(jìn)行理論計(jì)算，求出超壓縮系數(shù)。第三種方法是在天然氣工業(yè)中最常采用的，即利用《天然氣超壓縮系數(shù)測(cè)量手冊(cè)》(PAR研究計(jì)劃NX-q)上列出的表格和公式。這本書是由美國天然氣學(xué)會(huì)出版的。對(duì)于同一種氣體，分別用這三種方法得到的答案是不一樣的，彼此雖很接近，但沒有一個(gè)是百分之百準(zhǔn)確的。因此，要進(jìn)行理論計(jì)算，算出的值必然要依賴于它所使用的狀態(tài)方程，而使用氣體分析儀，如氣體色層譜儀時(shí)的缺點(diǎn)，就是要花一定量的時(shí)間，并還需要大量的維修、保養(yǎng)工作。
按照本發(fā)明，根據(jù)波義耳-(查爾斯)馬略特定律，在兩種壓力和溫度條件下，一種給定氣體的狀態(tài)方程是
(V1P1)/(T1Z1) = (V2P2)/(T2Z2)
其中
P1是第一個(gè)狀態(tài)的壓力;
V1是第一個(gè)狀態(tài)的氣體體積;
T1是第一個(gè)狀態(tài)的氣體溫度;
Z1是第一個(gè)狀態(tài)的超壓縮系數(shù);
P2是第二個(gè)狀態(tài)的壓力;
V2是第二個(gè)狀態(tài)的氣體體積;
T2是第二個(gè)狀態(tài)的氣體溫度;
Z2是第二個(gè)狀態(tài)的超壓縮系數(shù)。
所以，第一個(gè)狀態(tài)的超壓縮系數(shù)可表示為
Z1= (V1)/(V2) × (P1)/(P2) × (T2)/(T1) ×Z2
這樣，如果在兩個(gè)狀態(tài)下的體積、壓力和溫度可以測(cè)出來，且第二個(gè)狀態(tài)的超壓縮系數(shù)(Z2)是已知的，那么計(jì)算未知的超壓縮系數(shù)(Z1)就很容易了。
實(shí)際上，檢測(cè)超壓縮系數(shù)僅對(duì)于高壓流動(dòng)氣體來說才是需要的，它是上式中角標(biāo)1所代表的狀態(tài)。上式中角標(biāo)2所代表的狀態(tài)，其流動(dòng)氣體的超壓縮系數(shù)是已知的，而且其它變量是易于直接測(cè)量的。對(duì)于天然氣來說，它在大氣壓力下、溫度為60°F時(shí)的超壓縮系數(shù)幾乎等于1。如果高壓氣體可以膨脹到大氣壓力，且高壓和大氣壓下的條件是可測(cè)量的，那么高壓下的超壓縮系數(shù)就可以得到。本發(fā)明的了一個(gè)按照本發(fā)明檢測(cè)超壓縮系數(shù)的裝置。
因此，按照本發(fā)明，通過一根細(xì)一些的管道12(例如管道直徑為 1/4 英吋)從主管道中取出系統(tǒng)中的一部分高壓氣體。在實(shí)際應(yīng)用中，比較典型的情況是管道12的表壓力在約五十個(gè)大氣壓左右。由于管道12只取出了相對(duì)較小體積的氣體，因此測(cè)量這一部分氣體體積的表容量就可以小一些。盡管如此，小容量的儀表一般也不能承受高壓，所以管道12聯(lián)在一個(gè)壓力容器14上，并在壓力容器14中又放入了一個(gè)儀表16。由于儀表16是在壓力容器14中的，儀表內(nèi)外的壓力相等，那么既使是薄鋁膜的儀表也能完全滿足以上提到的要求。儀表16的進(jìn)氣口18在壓力容器14中是打開的，出口20則通到管22上。在管22內(nèi)氣體的壓力還是很高的。為了使氣體壓力下降，裝一個(gè)節(jié)流閥24。節(jié)流閥24的輸出端接到熱交換器26上，而熱交換器又與儀表28的輸入端相聯(lián)。在儀表28的輸出端，氣體壓力接近于大氣壓力，并由此排入大氣。節(jié)流閥24可以是任何類型的節(jié)流孔，包括節(jié)流孔板或音速噴孔(sonic nozzle)。通過節(jié)流閥24，氣體壓力從大約五十個(gè)大氣壓力下降到大約一個(gè)大氣壓力，同時(shí)體積增加、溫度下降。使用熱交換器26的目的是使膨脹氣體的溫度升高到其環(huán)境溫度，即儀表28的溫度。儀表28必須是一個(gè)高容量的儀表，例如旋轉(zhuǎn)式儀表，因?yàn)榈蛪籂顟B(tài)的氣體通過儀表28時(shí)的體積是高壓狀態(tài)的氣體通過儀表16時(shí)的50倍左右。
為了進(jìn)行必要的計(jì)算，需要有一個(gè)計(jì)算機(jī)50，將實(shí)際的測(cè)量值輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行計(jì)算。在壓力容器14中裝有壓力傳感器52和溫度傳感器54，它們分別通過連線53、55聯(lián)接到計(jì)算機(jī)上，儀表16產(chǎn)生的氣體體積脈沖信號(hào)通過連線56也傳到計(jì)算機(jī)上。這樣，連線53、55和56所載的信號(hào)就分別代表了P1、T1和V1的值。同樣在儀表28的輸入端裝有壓力傳感器62、溫度傳感器64，它們分別通過連線63、65聯(lián)到計(jì)算機(jī)50上，儀表28產(chǎn)生的氣體體積脈沖信號(hào)則是通過連線66輸入到計(jì)算機(jī)50中的，這樣，連線63、65和66上所載的信號(hào)就分別代表了P2、T2和V2的值。然后計(jì)算機(jī)50利用公式
Z1= (V1)/(V2) × (P1)/(P2) × (T2)/(T1) ×Z2
來計(jì)算高壓氣體的超壓縮系數(shù)Z1。由于氣體的第二個(gè)狀態(tài)是處于大氣壓和環(huán)境溫度下的，它的超壓縮系數(shù)接近于1，所以可以認(rèn)為Z2等于1。這樣在上式中Z2就可以劃掉，或者進(jìn)行一些修正，修正量一般小于0.2%。
計(jì)算的結(jié)果可以用來修正高壓流動(dòng)氣體測(cè)量出的體積。例如將計(jì)算出的超壓縮系數(shù)傳送到一個(gè)如前述專利中所提到的裝置中。本發(fā)明所公開的這種裝置的獨(dú)到之處就在于超壓縮系數(shù)是用一種比較便宜的儀器，在測(cè)量的那個(gè)時(shí)刻就可以得到的，不需要?dú)怏w分析儀器。
因此，本發(fā)明所公開的是一種用來測(cè)量氣體在高壓狀態(tài)下超壓縮系數(shù)的裝置，上面描述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明原理應(yīng)用的一種說明，任何其它沒有脫離本發(fā)明范圍和發(fā)明思想的工藝設(shè)計(jì)，均屬于本發(fā)明的從屬權(quán)利要求
。
權(quán)利要求
1、一種能夠連續(xù)檢測(cè)處于高壓(P1)下的氣體超壓縮系數(shù)(Z1)的裝置，其特征包括
將這種氣體的壓力減少到低壓(P2)的裝置。對(duì)應(yīng)于這個(gè)壓力(P2)的超壓縮系數(shù)(Z2)是已知的；
測(cè)量這種氣體在高壓下的氣體體積(V1)的裝置；
測(cè)量這種氣體在高壓下的氣體溫度(T1)的裝置；
測(cè)量這種氣體在高壓下的壓力值(P1)的裝置；
測(cè)量這種氣體在低壓下的氣體體積(V2)的裝置；
測(cè)量這種氣體在低壓下的氣體溫度(T2)的裝置；
測(cè)量這種氣體在低壓下的壓力值(P2)的裝置；
和利用公式Z1= (V1)/(V2) × (P1)/(P2) × (T2)/(T1) ×Z2
計(jì)算這種氣體在高壓下的超壓縮系數(shù)的裝置。
2、根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征包括一個(gè)節(jié)流閥，以減少所說的氣體壓力。
3、根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征包括一個(gè)能將低壓狀態(tài)下氣體的溫度升高，使其達(dá)到環(huán)境溫度的裝置。
4、根據(jù)權(quán)利要求
3所述的裝置，使其溫度升高的裝置包括一個(gè)有散熱片的熱交換器。
專利摘要
一種檢測(cè)高壓狀態(tài)下的流動(dòng)氣體超壓縮系數(shù)的檢測(cè)裝置，它包括一個(gè)測(cè)量高壓流動(dòng)氣體體積的儀表；一個(gè)與此儀表輸出端相聯(lián)的節(jié)流閥，節(jié)流閥的作用是使氣體的壓力減少到其超壓縮系數(shù)已知的值上；另一個(gè)測(cè)量低壓流動(dòng)氣體體積的儀表。利用高壓和低壓狀態(tài)下流動(dòng)氣體的溫度、壓力和體積值，計(jì)算機(jī)就可以計(jì)算出高壓狀態(tài)下的超壓縮系數(shù)。
文檔編號(hào)G01F1/00GK86101086SQ86101086
公開日1986年11月12日 申請(qǐng)日期1986年1月30日
發(fā)明者羅伯特·S·雅各布森, 喬治·W·施奈德 申請(qǐng)人:美國儀表公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan