DE2113151A1

DE2113151A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des UEberkompressionsfaktors von Erdgas

Info

Publication number: DE2113151A1
Application number: DE19712113151
Authority: DE
Inventors: Stroman Larry J
Original assignee: Daniel Industries Inc
Current assignee: Daniel Industries Inc
Priority date: 1970-03-18
Filing date: 1971-03-18
Publication date: 1971-10-07
Also published as: FR2084773A5; GB1317344A; CA922541A; US3701280A

Description

München, den 18_o3.1371 Unser Zeichen: 55

Daniel Industries,Ine_o, 9720 Katy Road,Houston,Texas,

Verfahren und Vorrichtung zum Bestinmen des Überkompressionsfaktors von Erdgas

Die Messung der Strömung von Erdgas und der Verwendung einer Öffnung oder durch Verdrängung wird erschwert durch ein Phänomen, welches "Überkompression" genannt sei. Die Entwicklung der allgemeinen hydraulischen Flußgleichung für die Berechnung der Strömungsmenge von Erdgas berücksichtigt das tatsächliche spezifische Gewicht des Strömungsmittels an der Meßstelle, und dieses hängt bei der Messung von Gasen von dein Strömungsdruck und der Temperatur ab«, Für die Umrechnung des berechneten Volumena von dem Fließdruck und der Temperatur des Gases auf einen Normaldruck und eine Normaltemperatur ist e3 üblich, die idealen Gasgesetze an- ( zuwenen. Alle Gase weichen jedoch von den idealen Gasgesetzen mehr oder weniger weitgehend ab. Diese Abweichung ist im folgenden Übirkompresaion genannt* Die Bä-rücksichtigung der Überkompreseion von Gasen ist insbesondere bei gewissen Bedingungen erforderlich, etwa bei hohem Druck.

Der Tberkompressibilitätsfaktor ist äußerst schwierig zu bestimmen, da er von drei Variablen abhängt, nämlich dem Druck,, der Temperatur und der spezifischen Schwere. Die Komplexität dieser Funktion hat bewirkt, ±uß ke ine Verfall" ren und Einrichtungen bekannt sind zum automatischer) iorri-

■j ο υ hl ι / i :■ ν .

gieren der Überkompressibilität beim Messen und Berechnen der Strömungsmengen von Gas. In manchen Fällen ist es möglich, einen !Durchschnittswert des Überkompressionsfaktors in einem Strömungsreehner zu programmieren. Wenn jedoch Druck, Temperatur und spezifische Schwere in einem weiten Bereich streuen, ist ein derartiger Durchschnittsfaktor nicht besonders nützlich. Demzufolge läßt er sich in den Fällen, wo aus anderen Gründen ein Hechner wünschenswert oder erforderlich ist, nicht verwenden, da keine Einrichtung oder Schaltung zum automatischen Korrigieren der Überkompression bekannt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Komp:en sleren der überkompression in einen vorgebbaren Bereich von Druck, Temperatur und spezifischer schwere zu schaffen, welche sowohl bei Messungen mit einer Drosselöffnung als Meßfühler als auch bei volume trischen Gasmessungen anwendbar sIhcI. Der Korrekturfaktor ist eine Kurve, die über einen begrenzten Bereich den Daten gemäß dem Forschungsprojekt HX~19 dar American Gas Association gleicht.Es ist nicht möglich^ eine lineare Gleichung aufzustellen, welche den überkompressionsfaktor über weite Bereiche der Variablen genau ausdrückt. Der Ausdruck für den Überkompressionsfaktor in Form einer Gleichung ist für begrenzte Bereiche anwendbar. Gewisse Funktionen und Konstanten müssen jedoch In Abhängigkalt von den vorgewählten Betriebsbereiten ausgewählt werden»

Der wesentliche Erfindungsgedanke ist darin zu sehen. daß bestimmte Punktionen von Druck, Temperatur und spezifischer Schwere bestimmt werden, die mit dem gemessenen statischen Druck des strömenden Gases multipliziert werden» Sodarm wird eine bestimmte Konstante hinzugefügt, um das Quadrat des Übsrkompressionsfaktora abzuleiten.

10 9 8 41/12

Durch Summieren des gemessenen statischen Druckes mit dem wahren barometrischen Druck erhält man den absoluten Druck, und nach Multiplizieren mit dem Quadrat des Überkompressionsfaktors erhält man einen totalen Korrekturfaktor, der bei üblichen Gasströmungsrechnern zur Korrektur der Gasströmungsmessung und zur automatischen Berücksichtigung des Überkompressionsfaktors über einen bestimmten Bereich von Druck, Temperatur und spezifischer Schwere verwendet werden kann.

Die Erfindung betrifft ebenfalls einen analogen Schaltungskreis zum Bestimmen des tiberkompressionskorrekturfaktorB i für bestimmte Bereiche von· Druck, Temperatur und spezifischer Schwere. Eingangssignale für diese Schaltung sind der mit einer Drucksonde gemessene statische Druck in Form eines elektrischen Signals» welches mit bestimmten Punktionswerten von Druck und spezifischer Schwäre und mit einer variablen Funktion der Temperatur multipliziert wird. Zusätzlich wird in einer Addierschaltung eine bestimmte Konstante zu dem Produkt aus dem Druck und den Funktionen von Druck» Temperatur und spezifischer Schwere summiert, so daß ein elektrisches Signal entsteht, welches dem Quadrat des Überkompressionsfaktors entspricht.

Die den statischen Druek und den wahren barometrischen "

Druck repräsentierenden elektrischen Signale gelangen als Eingangssignale an eine übliche Summierschaltung und erzeugen ein elektrisches Signal, welches dem absoluten Druck entspricht, welches wiederum mit einem vorher erzeugten Signal multipliziert wird, das den Quadratwert des Überkompressionsfaktors repräsentiert. Das multiplizierte Ausgangssignal wird sodann an den Gasströmungsrechner geleitet und bei Einrichtungen zur Strömungsmessung mit einer Drosselöffnung oder einer Verdrängung verwendet.

Das Verfahren zum automatischen Ableiten des Überkonipres·-

109841/1271

sionskorrekturfaktors läßt sich auch direkt bei bestehenden Gasströmungsrechnern zur Korrektur der Gasströmungsmessungen über einen bestimmten Bereich von Druck, Temperatur und spezifischer Schwere verwenden.

Eine Schaltungsanordnung nach dar Erfindung zum Erzeugen, von dem Überkompressionsfaktor entsprechenden. Korrektursignalen läßt sich auch einem Üblichen Gasströmungsrechner zuordnen.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.

Figur 1 ist ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Messen einer Gasströmung mittels einer Drosselstelle und einer zugeordneten Schaltung nach der Erfindung zur Korrektur der Überkompression *

Figur 2 ist ein Blockschaltbild entsprechend Figur 1,

• *

jedoch mit einsm Flügelre.dgasmesser an Stelle einer Drosselstelle.

Figur 3 ist ein Blockschaltbild einei Schaltung zum Erzeugen des Quadr&twertes des überkompressionsfaktors für Gas.

Figur 4 ist ein Blockschaltbild einer Summier- und MuI-tiplizierscliel tung ^um Multiplizieren des quadrierten -Überkompressiorisfalcfc ore mit dem absoluten Druck zur Verwendung als Korrekturglied in einem Gasströmungsrechner.

Figur 5 ist ein elektrisches Schaltbild einer Schaltung nach der Erfindung sum Ableiten eines Korrektursignals für Gasströinungsmeseungen mit einem Gasströraungsxeohner.

109841/1271

Bei der Messung von Gasen, insbesondere von Erdgas, wird meistens eine Drosselstelle als Meßglied verwendet und der Strömungsdurchsatz in standardisierten Einheiten gemessen, beispielsweise in Hormalkubikmeter. Die Gleichung für die Gasströmung an einer Drosselstelle lautet:-

(D

worin bedeuten:

C^SCF = gemessener Ströniungsdurchsatz des Gases in "

normierten Einheiten (Norm&lkubikmeter)

C = eine Quasi-Konstante, die numerische Faktoren einschl. des Überkompressionsfaktors F enthält

h = Differenzdruck an der Drosselöffnung

T s absolute Temperatur des strömenden G;aaes

P = absoluter Druck dee Gases

Die Strömun£iskonstante C hat beispielsweise die Einheit Normalkubikmeter pro Stunde, wenn h mal 'S » 1 ist. G³ läßt eich allgemein wie folgt definieren:

^C" ■ ^Pb ^Fr ^{Y F}pt 'tt »ti ^Pg »pt »» ^Fa ^Fe

worin bedeutet:

Fv =s Drosselölfnungsfaktor F_r = Reynoldsche 2ahl Y - Dehnungsfaktor F- = DruckbaeIsfaktor

aturba-jisfaktor

F. „ s Fließ bei ipoi.-n turiak fcoc

i\₇ ■-■ aj ^j.l CIr,o^vi -w· .τ., i' ik ben·

P ' ·■-- Oi i'.r'< -i.t.r _; ■ ■■·,;■ ·■■■·'■ ?.;>r

1/1 /I BAD ORIGINAL

F = Manoiaeterfaktor (Queckailbermanometer) F_ - Drosselöffnungs~\värniedehnungsfaktor

B.

F_ S= Drucksondenlagefaktor (Quecksilbermanometer)

Die Werte all dieser Faktoren einschl. F lassen sich aus Veröffentlichungen entnehmen,beispielsweise aus "Orifice Metering of Hatural Gas «■ Gas Measurement Committee Report No» 3" veröffentlicht von der American Gas Association, Inc. Die Werte von F sind in höchstem Maße über weite Bereiche von Druck und Temperatur angegeben in dem "Manual for the Determination of Supercompressibility Factors for Natural Gas" PAR Reserarch Project NX-19 der American Gas Association. Die Werte von F variieren jedoch in weitem Maße in Abhängigkeit von Druck, Temperatur und spezifischer Schwere, so daß praktisch ein Durchschnittsfaktor verwendet wird, der jedoch lediglieh anwendbar ist für eine bestimmte spezifische Schwere_v Temperatur und Druck.

Man erkennt, daß die obige DrosselöffnunLS-'Strömun^sgleichung sich wie folgt umschreiben laßt:

worin bedeutet;

C = Quasi-Konstante gemäß Gleichung 2, jedoch ausschließlich des Faktors F

h, P und T aind identisch den Faktoren in Gleichung I.

Durchsatzmeasungen, wie öle von FlU^cd radmessern oder

'n ersi;!lt werden, ^ebtjn den Gaadurch«

109841/1271

satz direkt in Kubikmetern oder einer entsprechenden Größe an. Derartige Volumenmessungen werden in Normalvolumina durch die folgende Gleichung umgerechnet:

«SCF - ^Q'a0P I V^{2 (5)}

worin bedeuten:

Q¹An-C. = gemessener Strömungsdurchsatz des Gases in Volumeneinheiten

Qon-c» £» T und ]? ² sind identisch den Definitionen

OKj £ pV

bei den Gleichungen 1 bis 4.

Man erkennt aus den Gleichungen 4 und 5, daß der bei der Lösung von Volumenmessungen in Normalkubikmetern in beiden

ρ Gleichungen vorhandene Ausdruck wie folgt lautet: P F . Wenn der Ausdruck in dieser Form irgendwie abgeleitet werden kann, läßt er sieh in der Strömungsgleichung für eine Drosselöffnung verwenden und zum Umwandeln tatsächlich gemessener Volumina, etwa bei Verdrängungsmessern, in Standardvolumina .

Gemäß der Erfindung wird daher vorzugsweise der Ausdruck PF abgeleitet und nicht der Überkompressionsfaktor F selbst. Der Grund hierfür ergibt sich aus Obigem, da der Ausdruck PF_D_ zum Umwandeln der tatsächlich gemessenen Volumina in Normalvolumina benötigt wird. Der quadrierte Wert von F ist kein Hindernis für Drosselöffnungsmessungen, da er in einen Gasströmungsrechner eingegeben und zugleich die Quadratwurzel mit anderen Variablen der Strömungs gleichung gezogen werden kann. Außerdem ist die Berechnung des Faktors F weniger kritisch.

Man erhält demgemäß folgende Gleichung:

V + K₁ (6)

10984171271

worin bedeuten:

P s statischer Druck des strömenden Gases

JP(I?) S= eine vorgegebene Druckfunktion, welche für einen bestimmten Betriebsbereieh von Druck, Temperatur und spezifischer- Schwere optimiert ist

P(G) s eine vorbestimmte Schwerepunktion, welche für bestimmte Betriebsbereiche von Druck, Temperatur und spezifischer schwere optimiert ist

P(T) = eine vorbestimmte Teraperaturf unkt ion _? welche für bestimmte Betriebsbereiche von Druck, Temperatur und spezifischer Schwere optimiert ist

K- = eine vorbestimmte Konstaate, annähernd

gleich 1, welche für bestimmte Bereiche von

Druck, Temperatur und spezifischer Schwere optimiert ist.

Um die Herleitung der verschiedenen Funktionen von Druck, Temperatur und spezifischer Schwere zu zeigen, welche für einen bestimmten Bereich von Druck., Temperatur und spezifischer Schwere aufgeführt werden muß.» sei ein Beispiel erwähnt.

Beispiels

Ss sei ein Gas angenommen mit einer spezifischen Schwere zwischen 0*56 und 0.64» einer Temperatur von -1 bis + 35° C und Drücken zwischen 35 und 63'atU* Mit diasen Angaben und dem obenerwännten Porschungsbericht JiX-19 ergibt sich folgende Tabelle für das Quadrat des tlberkompressiorisfaktors unter Anaahme einer durchschnittlichen spezifischen Schwere von 0,60-

109841/1271

Tabelle I

F für verschiedene Werte von T, P und G

Druck atü	- 1° C	15° C	33° C
35	1.1069	1.0843	1.0675
42	1.3100	1.1023	1.0814
49	1.1561	1.1208	1.0932
56	1.1820	1-1393	1.1090
. 63	1.2085	1.1580	1.1228

P (P) ist bestimmt durch Multiplizieren der Druckfunktion, die ftir den gewählten Bereich von Druck- Temperatur und spezifischer Schwere optimiert 1st. Für den in Tabelle I angegebenen Bereich ist 15° C die Durchschnittstemperatur des Bereichs von -1 bis 33° C. F(P) ist dann definiert als Änderung von ?_VY hei einer Druckänderung von 0,07 atii bei der durchschnittlichen spezifischen Schwere von 0,6 und der Durchschnittstemperatur 15° C. Um F(P) über den gewählten Bereich von 35 bis 63 atii zu bestimmen, werden die Differen-

o
zen von ^ zwischen 35 und 42 atü, 42 und 49 atü, 49 und 56 atii und 56 und 63 atLi gemittelt, wobei der Mittelwert die gesuchte Funktion bestimmt. Demgemäß läßt sich F(P) in folgender Weise berechnen:

F(P) _{7 atll} - 0.0180 + 0.0185 + 0.0185 + 0.0187

_{7 atu} * 0.01842
0,07 atü -^s 0-0001842

Da F(H hol der durch.ujhhi l.t;l. Io α en utih.^ir-i bft'e^h::·! t w

109341/1>'/)

und bei der Durchschnittstemperatur des gewählten Bereichs, wird per üefintionem F(G) und F(T) der liiert 1 augeordnet bei der durchschnittlichen Schwere bzw. Temperatur. Demgemäß läßt sich Gleichung 6 wie folgt ausdrücken:

F ² = P(O.0001842)(1.OCOO)(I.0000) + E₁ (7) = (0.0001842)P + K₁

K₁ läßt sich nun bei dem mittleren" Druck von 49 atü des Druckbereichs von 35 bis 63 atü berechnen. Durch Einsetzen des betreffenden Wertes von Tabelle 1 in die Gleichung 7 ergibt sich K₁ wie folgt:

1.1208 = (0.0001842)(700) +K₁ K₁ = 1.1208■- 0.1289
= 0.9919

Die Gültigkeit der Berechnung von F(P) und K₁ läßt sich für einen Druck, etwa 35 atü, wie folgt prüfen:

^Ppv²35atü⁼ (0.0001342)(1.0000)(1.0000)(500) - 0.9919 = 0.0921 + 0.9919
= 1.0840

Der Wert in Tabelle 1 für F ² bei 15° C und 35 atü ist 1,0843» so daß der obenberechnete Wert voc dem tatsächlichen Wert um annähernd 0,02 i» abweicht, was für Gasflußmessungen annehmbar ist.

Die Werte von F(T) und F(G) lassen sich in ähnlicher Weise

ρ durch Berechnen von Differenzen von I*_DV für diskrete Inkremente der Temperatur und spezifischen Schwere über gegebene Bereiche der Temperatur und der spezifischen Schwere berechnen.

109841/1271

Zum Auffinden von F(T) und F(G) läßt sieh jedoch noch eine * andere Technik anwenden- Ausgehend von der Grundgleichung 6

= P

ergibt sich durch Umwandlung

?_pT ² - K₁ » P F(P)F(G)F(T) und da die Koraalbedinguagen sind:

PF(P)F(S) ~ ²

woraus sich F(T) wie folgt berechnen laßt!

_Ώ 2
F(T)

F_pv (normal) -

Bei dee Beispiel ist als i:ornaltemperE.tur 15° C angenommen worden uhS/F(T) für -1° C zu berechnen» "werden die betreffet;-

p
den Werte von F aus der Tabelle 1 extrahiert und unter

Verwendung des vorhergehend berechneten "Wertes von K₁ ergibt sich:

	1561	C ^M	^K1
1.	1208	- 0»	9919
1.	1642	- ö.	99I9
0.

0.1289
= 1.2738

109841/1271

Wenn man von 0,6 als Hormalwert der Schwere ausgeilt, läßt sich F(G) für andere Werte der spezifischen Schwere unter Verwendung einer ähnlichen Formel wie folgt berechnen?

^berechnet ^B ^£IJM£S.9M2^^l1i

Es ist hieraus ersiehtlieh, daß die verschiedenen Werte von F(P)j F(T) und F(G) für einen vorgegebenen Bereich von Druck, femperatur und spezifischer Schwere berechnet werden können.

Figur 1 zeigt eine typische Meßanordnung mit einer Drossel-Öffnung als Meßeinrichtung» Das Gas fließt in dem Rohr 10 in Pfeilrichtung und bewegt sich durch eine Scheibe 12» die eine Drosselöffnung 14 enthält. An die beiden Seiten dieser Drosselöffnung ist ein Differentialdruckwandler 16 über die Rohre 18, 20 und 22 angeschlossen, der ein elektrisches Signal erzeugt, welches eine Funktion das Differenzdruckes ist. Das Differenzdrucksignal gelangt über dis leitung 52 an den Gasströmungerechner 32.

In Strömungsrichtung hinter eier Drossel stelle befindet sich ein Druckwandler 26, der über die leitung 22 nit dem Rohr 10 verbunden ist. Ferner ragt ein Temperaturfühler 29 in die Gasströmung hinein,, der mit einem Teniperaturwandler 28, verbunden ist und die Temperatur des strömenden Gases kontinuierlich feststellt und ein elektrisches Signal entsprechend der Gastemperatur erzeugt» Die dem statischen Druck entsprechenden Signale des Wandlers 26 gelangen über die Leitungen 44 und 46 zu einer Quadrierschaltung 34 zum Bilden des Quadrates des Überkompressionsfaktors (F ), und an eine Addier- und Multiplizierschaltung 36.

109841/1271

Eb ist ein zweiter Temperaturwandler 30 rait einem Temperaturfühler 31 vorgesehen zum kontinuierlichen Messen der Temperatur des etrömenden Gases. Dieser V/andler erzeugt ein elektrisches Signal» welches den vorbestimmten Werten von F(T) entspricht, die vorher über den zu messenden Temperaturbereich bestimmt worden sind. Dies kann durch übliche Thermisterschaltungen geschehen, und das elektrische Signal wird über die Leitung 38 als Eingangssignal an die Überkoznpressions-

schaltung 34 geleitet. Die Ausgangsgröße P„_v dieser Schaltung 34 gelangt über die Leitung 40 an die Addier- und Multiplizierschaltung 36.

Der statische Druck P_g wird in den absoluten Druck P^ umge- ™ wandelt durch Addition des barometrischen Druckes Ρ_Ώ in der Schaltung 36, und zwar über die Leitung 56. Hach dieser Umwandlung P„ in P. wird dieser Wert mit der Eingangsgröße i¹__v multipliziert, so daß ein Ausg&ngssignal entsteht, welches dem Produkt aus dem absoluten Druck und dem Quadrat des Überkompressionsfaktors entspricht (P.F ), und dieses Signal gelangt als Eingangssignal über die Leitung 42 an den Gasströmungsrechner 32.

Unter Anwendung bekannter .Rechentechniken wird der Mfferentialdruck über die Leitung 52, die Temperatur Über die Leitung 50 und das der Größe P_AI\j_V entsprechende Signal über ( die Leitung 42 an den Rechner geleitet, εο daß die Gasmenge bei Berücksichtigung anderer vorgegebener Werte entsprechend der Drosselöffnung gemäß Gleichung 2 berechnet werden kann. Ss entsteht dabei ein elektrisches Signal, das dem Gasdurchsatz QgQp entspricht, welohea über die Leitung 54 an eine Aufzeichnung- und Anzeigeeinrichtung (nicht dargestellt) gegeben wird.

Bei Figur 2 fließt Gas in dem HohriO in Richtung da3 PfeJL-

1 η ^fi »κι /1 ? 71

les und wird durch, einen Flügelradmesser 60 mit einem FlügeJrad . 62 gemessen, das sich bei einer Gasströmung um seine Achse dreht, wobei das Sas eine Kraft auf die Flügel des Rotors ausübt. Die Anzahl der Umdrehungen des Flügelrades- 62 wird mit einem Detektor 64 gemessen, der eine entsprechende Anzahl von Einzelimpulsen abgibt, die über die leitung 66 an den Gasströmungsrechner 68 gelangen. Die Anzahl der von dein Flügelfadmesser 60 erzeugten Impuls se ist proportional der durchfließenden Gasmenge.

Der statische Druckwandler 70 stellt den Druck der Gasströmung in dem Rohr 10 über das Rohr 12 fest und erzeugt ein Signal, welches proportioaal zu dem gemessenen Druck ist und welches über die Leitung 82 als Eingangssignal an die Schaltung 78 sum Berechnen des Korrekturfaktors geleitet wird«, Diese Schaltung multipliziert den absoluten Druck mit dem Quadrat des Überkompressionsfaktors« Es ist ein Temperaturwandler 74 vorgesehen mit einem Temperaturfühler 75, der in den Gasstrom hineinragt und kontinuierlich die Temperatur des fließenden Gases mißt und unter Verwendung einer üblichen Schaltung ein elektrisches Signal erzeugt, welches der Temperatur entspricht. Dieses Signal gelangt über die leitung 84 als weiteres Eingangssignal an den Gasströmungsrechner 68.

In die Gasströmung ragt ferner eine zweite Temperaturmeßeinrichtung 76 mit einem Temperaturfühler 77 hinein und mißt kontinuierlich die Gastemperatur unter Verwendung einer üblichen Thermistorschaltung zum Erzeugen eines elektrischen Signals, das dem Signal F(T) über den gewählten Bereich von Druck, Temperatur und spezifischer Schwere entspricht. Dieses Signal gelangt über die leitung 80 als weiteres Eingangssignal an die ilec hen schaltung 76. Ein dem barometrischen Druck P₁₅ entsprechendes SLgnal gelangt über die Leitung 92 als weiteres Eingangssignal an die Schaltung 70, um den statischen 'Druck P₀ wio vorhergehend beschrieben üi den absoluten Druck P. umzuwandeln»

109841/1271

- 15 -

Das der Größe P_AF entsprechende Ausgangssignal der Schaltung 73 gelangt über die Leitung 88 an einen Eingang des Gasströmungsrechners 68, wo unter Anwendung üblicher Techniken und Schaltungen die tatsächliche Strömungsmenge in eine normierte Strömungsmenge Q_SCp umgerechnet wird. Dieses normierte Yolumen entspricht einem Signal, das Über die Leitung 90 an eine Zähl-und/oder Anzeigevorrichtung geleitet wird (nicht dargestellt).

Die Figuren 3 und 4 zeigen Blockschaltbilder der Schaltung 34 und der Addier- und Multiplizierschal tung 36 gemäß Pi- » gur 1 und der Schaltung 78 von Figur 2. Die Schaltung 34 ' ist in Figur 3 als Funktionsblock dargestellt, wobei das statische Drucksignal P„ Über die Leitung 44 als Eingangssignal an einen F(P)F(G) Multiplizierer 100 geleitet wird. Das multiplizierte Ausgangssignal von diesem Mulitplizierer gelangt iiber die Leitung 109 als Eingangssignal an einen F(T)-Multiplizierer 102, wobei der variable Eingang F(P) als Eingangssignal -iiber die Leitung 38 von dem Wandler 30 (Figur 1) angelegt wird. Das multiplizierte Ausgangssignal des Multiplizierers 102 gelangt iiber die Leitung 110 an eine Summierechaltung 104_f in der der Term K^ au dem Produkt P₃ F(P) F(G)FT) addiert wird.

2 (

Der berechnete Wert von 3?_DV gelangt dann über die Leitung 40 an eine übliche Analogmultiplizierschaltung 114 innerhalb der Addier- und Multiplizierschaltung 36. Die dem statischen Druck ¥„ entsprechenden elektrischen Signale gelangen über die Leitung 46 als Eingangssignal an eine übliche Summiersehaltung 112. Der andere Eingang derselben empfängt ein elektrisches Signal, welches dem barometrischen Druck P_B entspricht und auf der Leitung 56 liegt. Die Summe von barometrischem und statischem Druck entspricht dem absoluten Druck P., und die entsprechende elektrische Größe gelangt iiber äie Leitung "Ί5 an einan Eingang der Multiplizierschaltung 114 und wird mit einem Signal ent-

1098A1/1271

sprechend der Größe F^ auf der leitung 40 multipliziert. Das diesem Produkt entsprechende Ausgangssignal erscheint auf der Leitung 42 und entspricht dem Produkt aus absolutem Druck und dem Quadrat des Überkompressionsfaktors

Figur 5 zeigt ein Schaltbild der Schaltung 34 und der Addier- und Multiplizierschaltung 56 nach Figur 1 sowie die Gesamtschaltung 78 nach Figur 2. Ein dem statischen Druck entsprechendes Signal P_g gelangt über die Leitungen 44 und 116 als Eingangssignal über einen Widerstand 119 (R₁) an einen Verstärker 120_f ferner zu einem Spannungsteiler mit den Widerständen 113 (R₂) und 108 (R₅).

Die Schaltung ist für eine mittlere spezifische Schwere ausgelegt« die auf dem Potentiometer 108 (R,) von Hand eingestellt wird, obwohl die spezifische Schwere auch automatisch unter Verwendung eines üblichen Multiplikators anstelle des Potentiometers 108 korrigiert werden kann. Das dem statischen Druck P„ entsprechende elektrische Signal wird mit dem Sehwerefaktor F(G).und F(P) durch richtige Wahl der Widerstandswerte der Widerstände 119, 118 und 108 multipliziert. Der Widerstand 121 bestimmt den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 120,

Der Schwerefaktor F(G) entspricht dem Außdrucki F(G) = 3.82G - 1.28 (10)

worin bedeuten:

F(G) = Funktion der spezifischen Schwere gemäß Definition in Gleichung 6

G ~ spezifische Schwere: des Gases

109841/1271

Gemäß Figur 5 ist der Widerstand 118 so bemessen, daß er einen Spannungsteiler mit dem Potentiometer 108 "bildet, so daß das Teilerverhältnis gleich F(P) multipliziert mit 3,82 ist. Die Verstärkung des Verstärkers 120 ist negativ und wird durch das Verhältnis der Widerstände 119 und bestimmt, welch Letzterer gleich 0-.F(P)R- ist, wobei C₁ gleich 1.28 ist. Demgemäß ergibt sich die Verstärkung des Verstärkers 120 durch die folgende Gleichung:

C FfP)R

Verstärkung = 1 ^v ' 1

R₁

= -1.28F(P) (11)

Die Ausgangsspannung der Multiplizierschaltung 100 auf der Leitung 109 ist:

V - 3.82F(P)GP_a - 1.28 F(P)P_Q a oo

(12) = (3.82G - 1.28)F(P)P_S

und durch Substituieren von F(G) gemäß Gleichung 10 ergibt sich:

V_a - F(G)F(P)Pg

In der Multiplizierschaltung 102 sind die Werte F(T) beständig variabel und gelangen über die Leitung 38 von einer üblichen Thermistor-Wandlerschaltung 76 (Figur 2) und bestimmen den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 122. Die Verstärkung desselben wird also direkt von F(T) gesteuert, so daß das Eingangsproduktsignal auf der Leitung 109 mit der Temperaturfunktion F(T) auf der Leitung 110 ala Eingang der Summierechal fcuii£; 104 multipliziert wird, ί5ϋ»^!ίΐΜΐ ···-' I V(I <1.Ί\1 fxl it;f( " ,i"M . '',Vi"; } t¹s'^?r; j -L :. i -I., 'Lr- : ''H-\ I ::

- 13 -

Operationsverstärkers als Summierschaltung 126 zu der Konstanten K₁ addiert. Diese Konstante wird mit einer Spannungsquelle 123 und durch Einstellen eines Potentiometers 124 (R/) erzeugt» Die Ausgangsspannung der Summier

2 schaltung 104 auf der Leitung 40 ist darnach F = PgF(P)F(G)P(T) + K₁ und wird als eine Eingangsgröße an ei ne übliche Zweifachmultiplizierschaltung 114 gelegt.

Das dem statischen Druck entsprechende Signal P„ gelangt über die Leitung als Eingangssignal an die Summierschaltung 112. Das dem barometrischen Druck P_B entsprechende Signal gelangt über die Leitung 92 als zweites Eingangssignal an die Summierschaltung 112. Diese bildet einen üblichen Operationssummierverstärker mit zwei Eingängen und erzeugt ein Ausgangssignal auf der Leitung. 115, welches dem absoluten Druck P. entspricht und als zweiter variabler Eingang für die Multiplizierschaltung 114 ver-

wendet wird. Der absolute Druck P. und das Glied F wer den durch eine übliche Multiplizierschaltung 114 multipliziert, welche ein elektrisches Signal als Ausgangssignal auf der Leitung 42 für den Gasströmungsrechner gemäß den Figuren 1 und 2 erzeugt, so daß die endgültige Berech nung des Gasdurchsatzes in normierter Form erfolgen kann. Die in Figur 2 dargestellte Schaltung 78 umfaßt natürlich eine identische Schaltung wie sie in Figur 5 im einzelnen dargestellt ist.

}■

Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Bestimmen des tjberkompressionsfaktors für in einer Leitung strömendes Erdgas in einem bestimmten Bereich der spezifischen Dichte» des Druckes und der Temperatur, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Messen des statischen Druckes des Gases und zum Erzeugen eines dementsprechenden elektrischen Signales, durch eine erste Multiplizierschaltung zum Multiplizieren dieses Signals mit vorgegebenen Funktionen des Druckes und der Dichte zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Signals, das dem Produkt aus dem statischen Druck und den vorgegebenen Funktionen von Druck und Dichte entspricht, durch eine zweite Multiplizierschaltung zum Multiplizieren des zweiten elektrischen Signals mit einer vorgegebenen Funktion der Temperatur zum Erzeugen eines dritten Signals, welches dem Produkt aus dem statischen Druck und den vorgegebenen Funktionen von Druck, Dichte und Temperatur entspricht, durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines vierten elektrischen Signals, welches einer vorgegebenen Konstante entspricht, und durch eine Addiereinrichtung zum Addieren des dritten und vierten elektrischen Signals zwecks Erzeugung eines fünften elektrischen .Signals, welches dem Quadrat des Überkompressionsfaktors des Erdgases entspricht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Multiplizierschaltung einen Eingangsspannungsteiler für das erste elektrische Signal umfaßt, der ein von Hand einstellbares Potentiometer aufweist, welches zum Einstellen

109841/1771

der durchschnittlichen Dichte des Erdgases verwendet wird, und daß das Spannungsteilerverhältnis gleich einer ersten vorgegebenen Konstante multipliziert mit einer vorgegebenen Punktion dee Druckes ist, daß ein Verstärker vorgesehen ist mit einem Ve x\stärkungs faktor, der einer zweiten vorgegebenen Konstante multipliziert mit einer vorgegebenen Funktion des Druckes entspricht, und daß der Spannungsteiler und der Verstärker zum Multiplizieren des ersten elektrischen Signals, das dem statischen Druck entspricht, mit vorgegebenen Funktionen des Druckes und der Dichte verwendet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e kennze ichnet , daß die vorgegebene Funktion der Dichte gleich dem Produkt aus der ersten vorgegebenen* Konstante und der durchschnittlichen Dichte entsprechend demWiderstanö-swert in dem von Hand einstellbaren Potentiometer plus dar zweiten vorgegebenen Konstante ist.
4. Vorrichtung räch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet . daß die sweite Multiplizierschaltung einen Verstärker umfaßt_P dessen Verstärkungsfaktor als Punktion einer vorgegebenen Funktion der Temperatur variiert, welche von einem die Gasströmung in dem Rohr kontinuierlich überwachenden !temperaturwandler gemessen wird,
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4» dadurch ge kennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen eines einer Konstanten entspreciaenden Signals eine Gleichspannungsquelle und ein an diese angeschaltetes von Hand verstellbares Potentiometer umfaßt.

109841/1271
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 his 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Addiereinrichtung einen Summierverstärker für das dritte und vierte elektrische Signal bildet.
7· Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet duroh eine Einrichtung zum Erzeugen eines sechsten elektrischen Signales entsprechend dem barometrischen Druck, durch eine Addiereinrichtung zum Addieren des ersten und des sechsten elektrischen Signales zwecks Erzeugung eines siebenten elektrischen Signals, das dem ■■*

absoluten Druck entspricht, und durch eine dritte Multiplizierschaltung zum Multiplizieren des fünften und siebenten Signals zwecks Erzeugung eines achten elektrischen Signals, welches dem Produkt aus dem absoluten Druck und dem Quadrat des Überkompressionsfaktors des Gases entspricht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Summieren des ersten und sechsten elektrischen Signals einen Summierverstärker bildet·
9. Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen der Abhängig- | keit des Überkompressionsfaktors von Erdgas in einer Rohrleitung über einen bestimmten Bereich der Dichte, des Druckes und der Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Druck des Gases kontinuierlich gemessen und ein demselben entsprechendes elektrisches Signal erzeugt wird, das vorgegebene Funktionen des Druckes,der Temperatur und der Dichte Über einen ausgewählteil Betriebsbereich abgeleitet werden, daß das dem statischen Druck entsprechende Signal mit den Funktionen des Druckes, der Temperatur

109841/1271

und der Dichte multipliziert wird zum Erzeugern eines Signals, welches dem Produkt PgF(P)P(G)F(¹E) entspricht, daß ein elektrisches Signal erzeugt wird, welches einen bestimmten konstanten Faktor entspricht, der für den gewählten Bereich des Druckes, der Temperatur und der Dichte gilt, und daß ein elektrisches Signal abgeleitet wird, welches dem Quadrat des Überkoitpresslonsfaktors des Erdgases entsprechend dem Produkt P_gF(P)P( G)P(T) plus dem elektrisehen Signal entsprechend der vorgegebenen Konstante entspricht.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß zusätzlich ein dem barometrischen Druck entsprechendes elektrisches Signal erzeugt wird, daß ein elektrisches Signal abgeleitet wirdj welches dem absoluten Druck des Erdgases entspricht, und zwar durch Summieren der elektrischen Signale für den statischen Druck und für den barometrischen Druck, und daß ein elektrisches Signal abgeleitet wird, welches dem Produkt aus dem Quadrat des Überkompressionsfaktors und dem absoluten Druck entspricht.

109841/1271

Leerseite