天然气流量计的应用

1、天然气流量计量及仪表选型重庆天燃气有限责任公司 尹梅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

2、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 C),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。八八2935 P- + P I0比=0 X - X -X一( 5 7 273 J5 + t (01 325 Z* 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，C；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

3、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/F 2z，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0.1 M Pa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

4、.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 x 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

5、平均法或相当半径法（比例求积仪），求出静压平均格数 x P,贝 U：1乂心 制七日（9）根据此公式，可人工积算出一天的用气量。双波纹差压计由于性能稳定性好，经济投入不大，常用于中、高压，大中流量的工业管线和总计量以及临时计量 中，但因人工积算不便且积算精确受人为因素影响，现逐渐被较先进的仪表取代。b）微机流量计量装置微机流量计量装置由孔板 （或其它一次流量仪表和涡轮、漩涡等）、差压和压力变送器（或涡轮、漩涡变送器等）、温度变送器和工控式微处理器及其相应配套设施，将孔板的差压、压力、温度信号由变送器转换成模拟量420mA,经过 A /D转换器传送到已事先输入并严格按（6）式（或其它流量仪表变送器

6、相应的计算公式 ）程序设计软件的微处理器内，从而通过显示器获得气体的流量；它可实现管道运行数据实时采样（每二秒一次或几秒一次），比人工每小时采样精确很多，并可安装多套计量管线和多种流量仪表的信号，同时记录、运算和显示。其原理图如图 1所示。式中：Pmax（ M Pa）、 Pmax（Pa）分别为仪表静压、强度邸麻；“至下一个流量或K如晦除单AnKH*4-3lMDC玄全槌沌*4- 2fhtt DC, - -j二-二、除化疝交器 :SH皈!_jJ可接收来自孔板经压力、差压、温度变送器产生的420m A （或 15 V）模拟量信号（以及来自涡轮、漩涡等流量计的脉冲信号，频率量范围为05000 Hz幅值

7、 12 V ）。可设计出显示瞬时流量、时和日月累计流量、差压和压力、温度及其上下限、密度、报警、记录参数更改的内容、时间以及压力、差压、流量曲线等多项功能。3 膜式煤气表和腰轮流量计此两种仪表属于容积式流量仪表。其特点具有测量准确度高，量程比宽，被测气体的密度和粘度的变化对仪表示值和准确度影响小，对仪表前后直管段要求不高，但仪表传动机构复杂，制造要求高，关键件易磨损。腰轮流量 计需定期清洗和添加、更换润滑油。膜式煤气表工作原理： 在仪表进出口的压差作用下，气体通过滑阀和分配室，使两个计量室的隔膜形成交替进排气的往复运动；各自往复进排气一次巡回体积为一额定值即一回转体积量（V 1）;与此同时连接

8、于隔膜主轴上的传动转换机构，将隔膜一回转的次数连续输入到计数机构，进行流量累计，从而显示出气体流出的总量。如图2所示。止他系成矣图I微机流量计懂取理图A/DW|fe!lA/D骅腆 AX-MlPC厂21安*幔SFA |唬至t&SFAt互蓦4 DCADC圈2履式煤 N 表工作原理图腰轮流量计又称罗茨或转动流量计，当气体由进口流入，在进出口压差作用下，处于图3a位置时，腰轮 A 上的合成力矩不平衡，故腰轮 A不能转动。而腰轮B上的合成力矩不平衡，故腰轮 B按顺时针方向转动，同时把计量室内的气体排向出口，与此同时腰轮B转轴上的驱动齿轮带动了腰轮 A转轴上的驱动齿轮，使腰轮 A按逆时针方向转动，

9、逐渐由图 3b位置到达图 3c位置，同样通过两腰轮上所受力矩和转动过程则形成图3d位置，两腰轮如此主从交替转动， 腰轮旋转一周就有四个如图中阴影部分容积的气体排出，通过腰轮的转数和齿轮减速系统，输入到指示机械从而显示出气体的总流量。如图3 所示。图3度抡流鼠计工作原理图膜式煤气表大量用于居民用气，腰轮流量计常用于中压用户。两种仪表一般未带温度压力补偿装置，故需采取如前“计量标准”中所述三种修正方式之一进行补偿修正。当采用电子修正积算器时，需加装温度、压力、示值传 感器，一是可在仪表出厂前预留信号管（压力、温度）和示值传感器；另外可在仪表现场天然气输配管线上引出压力、温度信号管并配相应传感器和示

10、值传感器。两种仪表可通过加装示值传感器实现数据远传，从而实现微机数据集中管理。4 气体涡轮流量计、卡门涡街流量计和旋进漩涡流量讨 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

11、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。图 4汽体浪轮流缺计原理图5 I；门强街流址计(三角柱)工作原理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

12、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。*-览扯机鼻状A I-外壳A i温度撞口A S压力携口A射-揄出 It口崩示旧口B沮蚩侔螃骂c匝力传惑耳ob IM隅发生体D2-无体D 3压里僖堵嚣D陇艮钮流罪D图6智能旋进踌状施量计拍构用三种代表的工况流量公式：Q 36Q0 n?/ h（I。）%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）gMOWW说此幸土?%f%f 一Q -3X 二一 cQ oOS 5:*