天然气流量计量及仪表选型注意事项

　　我国一般规定气体的标准状态为20℃，101.325KPa（对于煤气我国规定标准状态为0℃，101.325KPa），流体在标准状态下的流量被定义为标况流量。

　　除此之外的压力温度下的流量可以认为是工况流量。

　　两者间的换算公式见下图。

　　一般流量计，如孔板、气体涡轮、涡街、金属管浮子、腰轮等测量出的流量都是工况流量，需要配套温度传感、压力变送器、流量积算仪才可以换算出标况流量.

天然气流量计量及仪表选型

　　0引言

　　随着天然气的广泛使用，各种不同使用状况和需求对流量计量的要求有很大的差别，同时，由于气体的可压缩性，流量的测量，气体要比液体困难得多。若要求气体计量达到相当高的精度，则计量仪表的经济投入必然巨大。因此，合理选择测量方法及功能、特性、经济适用的流量仪表是非常必要的。以下就天然气的计量标准、测量方法及仪表选型进行实用性介绍。

　　1天然气计量标准及温度、压力修正方式

　　(1)天然气计量标准

　　天然气计量以体积表示，单位：m3。由于气体具有可以充满任意空间和可压缩性的特性，由气体状态方程式可知，作为计量用的标准体积，必须对压力、温度作出明确的统一规定，离开了状态谈论气体体积是没有意义的。

　　国家石油行业标准已明确规定以温度293.15K(20℃)，压力101.325kPa时的状态为天然气计量标准状态；凡是实际状态与此标准状态不相符时，均应按气体状态方程式进行修正。

　　式中：Qn---标准状态下的气体体积量，m3；

　　Q---工作状态下的气体体积量，m3；

　　t---工作状态下的气体温度，℃；

　　P---工作状态下的表压力，kPa；

　　Pa---测量时当地的大气压，kPa；

　　z---气体的压缩系数。

　　压缩系数z是随温度和压力而变化的，它与气体的工作压力P和气体的临界压力PC的比例(P/PC)、气体的工作温度T(K)和气体的临界温度TC(K)的比例(T/TC)有明确的函数关系。天然气的压缩系数z=1/F2z，超压缩因子Fz可在国家石油行业标准SY/T6143-1996中的附录Ａ中查出；在压力小于0.1ＭPa时，z=1。

　　天然气管网输配的实际情况是变化复杂的，常与标准状态不相符。故需采用一定的修正方式进行补偿修正。

　　(2)不同地区的固定人工修正系数

　　当无温度、压力自动补偿装置和压力记录仪时，并在使用压力波动不大时，可根据各地区大气压不同(北京为101.32kPa，重庆为98.32kPa，上海为101.61kPa，拉萨为65.18kPa)和温度不同制定出当地适用的固定人工修正系数K固参考表。

　　按(1)式可得：

　　式中：KT---平均温度修正系数；

　　KP---平均压力修正系数。

　　在确定的地区和一个时期内(冬季或夏季或全年)，平均温度t和平均大气压Pa可为常数；而z随P变化，故K仅随P变化。由此可列出K-P关系的当地系列压力修正系数参考表，根据实际压力P(由表前压力计近似读取)直接查出K固，即可按下式求出标准状态下的体积流量：

　　Qn=K固×Q

　　式中：Q---流量仪表的指示读数，m3

　　(3)采用压力记录仪人工定时修正系数

　　在流量仪表前安装压力记录仪，连续记录气体在24小时内的压力。将压力记录仪的起点调到当地大气压，采用100%圆图刻度记录纸，用算术平均法或相当半径法(比例求积仪)，求出静压平均格数ＸP，则：

　　式中：Pmax---压力记录仪上限值，kPa。

　　采用温度计，每隔2小时记录一次温度，算出当日平均温度，由此可求得KT，按(2)、(3)式即可得Qn。

　　4气体涡轮流量计、卡门涡街流量计和旋进漩涡流量计

　　三种仪表均属速度式流量计。气体涡轮流量计特点是结构紧凑、准确度高、重复性好、量程比较宽、反应迅速、压损小，但安装使用(表前需安过滤器和整流器)和轴承耐磨性的要求较高；漩涡流量计是仪表内部无活动机件、寿命长、准确度高、量程比宽，但流速分布情况和脉动流、振动对测量有不同程度影响。

　　气体涡轮流量计工作原理：当被气体流经涡轮体时，气体推动带有螺旋形导磁叶片的叶轮旋转，当由铁磁材料制成的叶片旋经固定在壳体上的磁感应或信号检出器中的磁钢时，引起磁路中磁阻的周期性变化，并在感应线圈内产生近似正弦波的电脉冲信号，在涡轮仪表规定的流量范围内，脉冲信号的频率ｆ(Ｈｚ)与流速即流量成正比，将此脉冲信号经过积算显示部分运算、处理可显示出流量，如图4所示。

　　卡门涡街流量计工作原理：在流体管道内插入一根非线型的柱状物(圆柱或三角柱)，当气体流经并达到一定雷诺数范围内，柱状物的下游即产生两列不对称而有规律的交替漩涡，漩涡的频率ｆ(Ｈｚ)与流速即流量成正比，通过检出器、放大和转换器，可获得流体的流量。如图5所示。

　　旋进漩涡流量计工作原理：当气体沿着轴向进入流量计入口，螺旋锥体强迫流体旋转，形成漩涡流经文丘利管旋进、节流、加速，在中心轴线处形成高速旋转的涡核，到了扩散器，因压力的变化产生回流，使涡核转折偏离轴线，形成锥旋线进动。若仪表有关的几何形状和尺寸设计合理，检测点的螺旋漩涡进动频率ｆ(Ｈｚ)与流速即流量在很宽的流量范围内成正比，经过放大整形成电脉冲信号，传输至显示部分，即可运算出流体的流量。如图6所示。

　　三种代表的工况流量公式：

　　式中，K仪---仪表系数，它与仪表设计的具体形状、尺寸、检出点、生产工艺等多种因素有关，并需经检测标定。

　　结合(1)式和(10)式，三种仪表同样可采用如前所述的三种修正方式之一进行修正，从而获得标态下的流量。

　　除采用上述修正方式外，也可将(1)式、(10)式综合融进智能一体化设计，使仪表直接显示出标态下的流量，例如：智能旋进旋涡流量计，其结构图见图6，其流量积算原理图见图7；气体涡轮流量计和卡门涡街流量计均可按此结构形式和原理进行一体化设计。

　　5仪表选型参考表(如表1)

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