天然气计量知识325

1、一、天然气计量基础知识1、测量及测量误差测量就是用实验的方法，将被测量的量与该量所采用的测量单位进行 比较，从而求出二者的比值，这个过程叫测量过程。天然气计量所使用的 压力表、温度计、变送器等属于测量仪表。测量误差：测量误差是测量结果与真值之间的偏差。引起测量误差的 因素很多，测量仪器本身的误差、测量环境的影响，测量人员的技术状况 及操作能力。2、准确度和灵敏度准确度是指仪表的测量值接近真值的程度，以此可以估算测量值的误 差大小，仪表的准确度是以准确度等级为准的。准确度等级是按国家统一规定的允许基本误差大小划分的几个等级， 某一精度等级是指正常测量条件下的允许基本误差。常用的准确度等级有 0.

2、05 ， 0.1 ， 0.2 ，0.5 ，1.0 ， 1.5 ， 2.5 ， 4.0 ， 5.0 。常以圆圈内的数字标明 在仪表面板上。仪表应具有一定的防护性能，即仪表对杂电的抗干扰能力， 抗振动，抗撞击，防爆性和对工作环境的适应性等，防护性能的强弱直接 关系到仪表的可靠耐用，是仪表的一项质量指标。3、温度及温度测量温度是度量物体冷热程度的物理量。 国际热力学温标是开尔文 K，常用 符号 T表示。国际实用温标是摄氏度，摄氏温标为，常用符号t 表示 。两者的关系式： T=t+273.15 。4、压力及压力测量压力：是指垂直均匀作用于单位面积上的力。用符号“p ”。单位是帕斯卡。常用兆帕（ MPa

3、 ）、千帕（ kPa） 1MPa=106Pa1kPa=103Pa1bar=1 个物理大气压 =101.325kPa 。工程上所用的压力指示值， 多为表压 或真空（负压），流体压力的真实值称为绝对压力。表压、真空是流体的绝 对压力与当地大气压相比较而得出的相对压力值P 表 =p 绝 - p 大气 ，P 负 =p 大气 - p 绝 。常用的测压仪表：活塞式压力计又叫校表仪、 U 型管压力计、弹簧管 压力表、电接点信号压力表。5、天然气计量的标准状态：我国天然气计量标准状态为：压力为 0.103125MPa, 温度 20 。二、天然气流量计量术语和定义1、流量计：显示实测流量值的流量测量装置。2、一

4、次装置：产生能确定流量信号的装置。根据所采用的原理，一次装置 可在管道内部或外部。3、二次装置：接受来自一次装置的信号并显示、记录、转换和（或）传送 该信号以得到流量值的装置。二次装置包括压力（差压）仪表、温度仪表、 天然气组分分析仪表及流量计算机等。4、流量计算机：计算、指示和储存标准参比条件下的流量等参数的装置。 最大流量：对应于流量范围上限的流量值。这是某个限定时间的和预定的 时间间隔内要求装置给出信息的最高流量值，而该信息误差不超过最大允 许误差。5、最小流量：对应于流量范围下限的流量值。6、流量范围：由最大流量和最小流量所限定的范围。在该范围内仪表的示 值误差不超过最大允许误差。7、

5、流量计算机：计算、指示和储存标准参比条件下的流量等参数的装置。8、最大流量：对应于流量范围上限的流量值。这是某个限定时间的和预定 的时间间隔内要求装置给出信息的最高流量值，而该信息误差不超过最大 允许误差。9、最小流量：对应于流量范围下限的流量值。10、流量范围：由最大流量和最小流量所限定的范围。在该范围内仪表的 示值误差不超过最大允许误差。11 、分界流量：在最大流量和最小流量之间的流量值，它将流量范围分割 成两个区，即“高区”和“低区” 。12、公称流量：在公称流量下，流量计应能在连续运行和间断运行时满足 计量性能的要求；即常用流量。13 、直管段： 安装在流量计上游和下游的用于使流场达到

6、某种要求的管段。 其轴线是笔直的而且内部横截面的面积和形状不变。三、天然气计量仪表基本知识（一）常用的气体流量计按照测量原理的分类 : 容积式流量计、腰轮流量计、膜式流量计、速度式流量计、涡轮流量计、涡街流量计、旋进漩涡流量计、超声波流量计、差压式流量计、孔板 流量计、质量式流量计、科氏质量流量计、旋进漩涡流量计。（二）天然气计量仪表基本知识1 、差压式流量计：是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流 体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。主要是标准孔板流 量计。2、容积式流量计： 计量原理：使用机械测量元件把流体连续不断地分割成单一已知的固 定体积部分，根据固定体积和进排次

7、数来测量流体体积的总量。 计量原理表达式： Qv=N*K*VoQv 被测气体总体积， m3N 转子转动次数 Vo 计量腔的容积。基本结构：计量单元：构成计量腔的部分； 传动机构：把转子的转动输出来； 变换系统：把转子旋转的转数变换成计量气体的体积数； 记数部分：用于流量累积计数的显示；器差调节机构：准确度调节器。3、速度式流量计：直接测量封闭管道中满管流流动速度的流量计。4、气体涡轮流量计：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，

8、在涡轮仪表规定的流量范围内，脉冲信号的 频率 （ ）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。5 、卡门涡街流量计：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 （ ）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。6、旋进旋涡流量计：进入仪表的流体被导向叶片强制围绕中心线旋转，流 动通道的横截面积受到收缩，以加速流动，然后被扩张而且轴线是变化的， 于是形成旋涡进动。在某点处，该旋涡的频率 ( )正比于流量。 上述三种流量计的原理表达式：

9、Q=f/K 仪 *3600m3/Q 被测气体瞬时体积流量， m3/h 。 K 仪 仪表系数，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。工况体积流量的修正：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。Qn=Q ×293.15/(273.15+T) ×(Pa+P)/101.325 ×1/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，；P-

10、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。工作状态下的气体体积 Q= 当日表累计数 -前日表累计数。智能型流量 计，对压力、温度自动修正，即 Qn= 当日表累计数 - 前日表累计数。7、超声波流量计：通常由一个或多个超声换能器和设备组成，根据它们所 产生和接收到的超声波信号推导出流量测量值并把信号转换为正比于流量 的标准化输出信号。8、科氏质量流量计：是根据科里奥利原理，实现流体质量流量的直接精密 测量，而无需任何压力、温度、粘度、密度等换算或修正。其结构是由传 感器单元和变送器单元两部分组成。（三）各种流量计的特点：1 、容积式流量计：包括腰

11、轮流量计、膜式流量计 （家用煤气表 ）等。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。它是使用历史悠久， 用量巨大的天然气流量计，有完备的标准规范。精度适中，范围度特宽 （150 ：1） 适于中小流量范围，直读式，无需外能源及无需直管段等等。 缺点：仪表传动机复杂，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。2、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。不足之处：对测量介质洁净度要求较高，使用期限受到 限制 。3、涡街流量计：输出为脉冲频率信号、信号与流量为线性关系、便于总量 计量、范围度宽、压损小、无可动部件、

12、结构简单便于安装维护。不足之 处为对流场规则性要求较高，需有较长直管段，应力式对管道机械振动敏 感，不宜使用于强振动场所。4、旋进旋涡流量计：特点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，基本与涡街流量计相同。只是有两点区别：流量计压 损大得多和较短的直管段长度 。5、差压式流量计：包括检测件为标准节流装置和均速管等。它是应用历史 悠久，实践经验丰富成熟，标准规范完善 （均速管除外 ） ，品种规格齐全的一 类流量计。优点 : 应用最多的孔板式流量计结构牢固 ,性能稳定可靠 ,使用寿 命长 ; 应用范围广泛 ,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟 ; 检测件与变 送器、显示仪表

13、分别由不同厂家生产 ,便于规模经济生产。缺点 : 测量精度 普遍偏低 ; 范围度窄 ,一般仅 3:14:1; 现场安装条件要求高 ; 压损大 （指孔 板、喷嘴等 ）。6、超声流量计：精度高、范围度极宽、可适应极低流速（ 0.5m/s ）、安装 直管段短（采 用多声道品种） 、压损小、使用期长等，超声流量计在中、 大口径的应用无疑有 其先天的优点。目前不足之处：只适用于中大口径， 价格贵等。7、科氏质量流量计：特点高精度（ 0.1%0.2% ），应用范围广 （可测量各种 非牛顿流体、各种浆液、悬浮液、高粘度流体等 ），安装要求低等特点（对 仪表的前后直管段要求不高） ，运行可靠、稳定，维修率低。

14、科氏质量流量 计用于测量气体的不足：一般气体的密度低，不能适应仪表性能要求 。高 压（压缩）天然气使气体密度大幅度提高，恰好满足了这个要求，科氏质 量流量计将成为汽 车加气站的主要计量仪表。（四）天然气用途：天然气主要用于发电、化工、工业燃料和城市燃气四 个方面（五）我国天然气贸易计量方法：按法定要求的质量指标以体积或能量的 方法进行交接计量。（六）目前国内外采用的输气干线流量计有三种类型：孔板流量计，涡轮 流量计和超声流量计。四、天然气计量仪表选型基本知识 选型的依据1、流量计选型要素：总则：用于天然气贸易计量的流量计主要有差压式、速度式和容积式 等，典型的为孔板流量计、涡轮流量计、超声流量

15、计、旋进漩涡流量计和 腰轮流量计。根据实际需要，比较流量计的性能和功能，按照最优性能价格比的原则 选择流量计。选择时应从仪表特性、天然气特性、环境因素、安装因素和经济因素五 个方面综合考虑。考察供应商的技术服务水平、供货周期和信誉。2、流量测量范围： 被测流量范围应不超过所选择流量计的流量测量范围，且被测流量最 大值应不低于流量计最大流量的 1/2 ，推荐达到流量计最大流量的 2/3 以 上。在工作条件下，流量计上限流量对应的测量管流速不宜超过 20m/s 。五、终端用户的划分及选用流量计介绍依据国家标准 GB/T 22723-2008 天然气能量的测定 ，它适用于从 民用气到高压输送气的任何

16、气体计量站。标准划分了在天然气生产企业至 最终用户之间的交接计量一般要经过几个中间环节，可能存在的交接界面 有6 个。城市燃气其特点大致为：低压（ 1.6MPa 以下），中小流量（ DN300 以下），安装条件差（直管段长度不足） ， 管理维护力量薄弱，功能要简明 易懂，操作方便，免维修，价格适中等等。六、流量计选型步骤1、确认预期使用要求和环境条件：在进行流量计选择前，对流量计的预期使用要求和各种条件进行详细地了解和分析，确认流量计的准确度要求、工作条件下的体积流量范围、 常用流量、工作压力和温度范围、测量介质的特性、压损要求和安装条件 等。选择过程中应确认环境条件和预期的变化，包括环境温度

17、、湿度、安 全性和电气干扰等。2 、确定流量计类型和价格： 依据使用要求和条件，对五个选型要素进行综合分析和比较，确定流 量计类型。按照选择的流量计类型，相符合要求的流量计生产厂家手机选 型样本、技术参数和使用手册等，充分了解流量计的各项性能指标及经济 指标。3、选择二次仪表：依据系统及相关参数的准确度配置要求。用标准孔板流 量计测量天然气流量 SY/T6143-2004七、天然气流量测量原理：1、天然气流经节流装置时，流束在孔板处形成局部收缩，从而使流速 增加，静压力降低，在孔板前后产生压力差（差压） ，气流的流速越大，孔 板前后产生的差压也越大，从而可通过测量差压来衡量天然气流过节流装 置

18、的流量大小。这种测量流量的方法是以能量守恒定律和流动连续性方程 为基础的。2、本标准适用范围：（1）本标准适用于节流装置的取压方式为法兰取压和角接取压。（ 2 ）对气田或油田中采出的以甲烷为主要成分的混合气体的测量。（ 3）本标准不适用于管线内径小于 50mm 和内径大于 1000mm ，或者管 径雷诺数低于 5000（ 4）本标准不适用于直径比小于 0.1 和大于 0.75 的场合。3、标准参比条件：标准规定天然气体积计量的标准参比条件为绝对压力 0.101325MPa 和温度 293.15K 。或者 1 标准大气压和 20 。4、气流条件：（ 1 ）气流通过节流装置的流动必须是亚音速的、稳

19、定的或仅随时间缓慢变 化的。本标准不适用于脉动流流量测量。（ 2 ）气流必须是单相的均匀牛顿流体。若气体含有质量分数不超过2% 的固体或液体微粒，且呈均匀分布状态，也可以认为是单相的牛顿流体。（ 3 ）气流流经孔板前，其流束必须与管道轴线平行，气流流动应为充分发 展紊流且无漩涡。（4）为进行流量测量，必须保持孔板下游侧静压力与上游侧静压力之比大 于或等于 0.75 。5、测量管条件： （1）测量管直度：测量管应是直的，目测检验。（ 2）测量管圆度 :在孔板上下游侧各 0.5D 范围内必须实测。（3）直管段内壁粗糙度：直管段内部应保持清洁，除掉污垢，管道内壁上 的腐蚀硬皮也应除掉。（4）孔板上下

20、游侧直管段长度：孔板上下游侧最小直管段与孔板上游侧阻 流件的形式和直径比 有关。推荐在阻流件的下游设置流动调整器，以缩短直管段长度。其长度不小于下表：最新标准一般建议上游侧30D ，下游侧7D。（5）温度计的安装：a、 气流温度最好在下游处测得，它与孔板之间的距离应等于或大于5D ，但不得超过 15D 。若必须在孔板上游侧安装温度计时，温度计套管与 孔板之间的最短直管段长度为 5D 。b 、温度计套管应伸入管道内大约 1/3 处，对大口径的管道，温度计的 插入深度不小于 75mm.c、温度计插入方式应直插或斜插。斜插应逆气流，并与测量管轴线成 45°角。d 、温度计插入处开孔内壁边缘

21、应修圆，无毛刺，无焊瘤突入直管段管 道内表面。6、孔板的结构和技术要求：（1）上游端面 A 面应无可见损伤，粗糙度高度参数 Ra 小于或等于 1.27 m 。即常说的 7 。（ 2）孔板材料和制造：我们常用的孔板材料为 1Gr18Ni9Ti 即常说的不锈 钢。（3）下游端面 B面的粗糙度可较 A 面低一级。应是平的，且与上游端面 A 面平行。（ 4）孔板厚度 E:对高压管道，一般在 6.1mm ；对低压管道，一般在 4.1mm 。 在任意点上测各个 E 值之差不大于 0.001D 。5 ）孔板斜角 F：孔板下游侧应有一个扩散的圆锥表面，该表面经过良好 精加工，斜角 F为 45 °&#

22、177;15 °。（6）上游边缘 G：上游边缘 G 应无卷口，无毛边，无目测可见的异常现象。 上游边缘 G 应是尖锐。如 d 25mm 时，一般采用目测检查，将孔板上游端面 A 倾斜 45 °角， 用日光或人工光源射向直角入口边缘，边缘应无反射光束。（7）孔板开孔直径 d：应大于或等于 12.5mm 。直径比值0.1 0.75 。（8）孔板夹持器：常用的有角接取压用的环室和法兰取压用的法兰。孔板 夹持器和测量管联接处不应出现台阶，夹持器与孔板的接触面必须平齐。 环室与孔板间隙不应过大，否则会造成孔板与管道轴线不同心。（ 9 ）孔板方向：孔板的喇叭要向管线下游方向。7、天然气

23、标准体积流量计算公式： Qn=AsCEd2FG FzFT P1H 其中： Qn: 标准状态下天然气体积流量， Nm3/d 。（ 1 ） As:计量系数；（ 2）d:孔板开孔直径， FG:相对密度系数。与天然气组成有关，重组份越 多，相对密度系数越小。干气为 0.57 左右，湿气为 0.65 左右。（3）FZ：超压缩因子，是因天然气特性偏离理想气体定律而导出的修正系 数。温度越高 FZ 越小，压力越高 FZ 越大。超压缩因子与天然气组份、温 度、压力和天然气中 CO2 、N2 含量有关。 FT：天然气流动温度系数，是 因为天然气流经节流装置时，气流温度偏离标准状态温度而导出的修正系 数。FT=

24、293.15/TT=273.15+t（4）t 为天然气流经节流装置时实测的气体温度， 温度与 FT 成反比，温 度越高 FT 越小。（ 5 ）P1 ：静压，天然气流经节流装置时，在孔板上游侧取压孔实测的气流 绝对静压， MPa P1=P 表+Pa ；（6）P表 孔板上游侧取压孔实测表压值， MPa ；（ 7）Pa 当地大气压值。一般我们地区取 0.1MPa ；（ 8 ） H ：差压，天然气流经孔板时，在取压孔位置上所取得的静压力差； 当节流装置水平安装时，其值为 H=P1-P2 ；（ 9）P1 孔板前静压力；（10）P2 孔板后静压力。八、阀式孔板节流装置 目前生产中常用的阀式孔板节流装置有三

25、种：高级阀式孔板节流装置 （GKF 型）、普通阀式孔板节流装置 （PKF型）和简易阀式孔板节流装置 （JKF 型）。都采用法兰取压方式。1、高级阀式孔板节流装置特点：在流量测量过程中不需要停止天然气的输送，可随时提取孔板 进行检查。密封可靠，操作迅速方便，每次更换孔板只需几分钟。免去旁 路，减少占地又简化工艺流程。在使用时，要对孔板的密封胶圈进行适量 备份。常用的高级孔板阀型号： GKF150-2.5, 其中 150 为公称通径， 2.5 为 公称压力。2、更换孔板步骤注意：平时平衡阀、放空阀是关闭的（ 1 ）打开平衡阀；（ 2 ）转动摇把至到摇不动为止，上下阀体隔离，孔板进入上阀体中；（ 3

26、 ）关闭平衡阀；（ 4 ）打开放空阀，将上阀体内天然气放空，然后将其关闭；（5）松开压紧丝轴，取出孔板并检查更换；（6）然后按上述步骤进行操作，把孔板放到管线中；（7）更换和保养孔板时，用无铅汽油清洗孔板表面，密封圈及导压管；（ 8 ）密封圈如有损伤，变形必须更换；（ 9 ）转动手柄快到位置时，不可用力突然太猛。3、孔板阀的维护保养4、孔板阀每月开启检查一次，加入密封润滑油脂。使滑阀保持良好的密封5、每个季度打开阀底排污阀吹扫排污一次。6、每次装入孔板时，在导板齿条上、孔板密封环上抹适量黄油7、每年对孔板阀做全面检查和保养一次。做到表面清洁，油漆无脱落无锈 蚀，铭牌清晰，零部件齐全，无内漏外泄

27、现象。8 、普通阀式孔板节流装置特点： 在拆检孔板时， 需要暂时停气或打开旁通， 结构简单，操作迅速。9、简易型阀式孔板节流装置特点： 结构简单， 适于小管线的法兰取压方式。九、变送器1、变送器的型号 目前我们常用的变送器是横河川仪生产的EJA，差压变送器 EJA110A测量范围 0-100kPa ，压力变送器 EJA430A 测量范围 0-3MPa 。EJA430A 只有一个导入接头， EJA110A 有两个导入接头， 静压接铭牌的 H 侧，差压接 L 侧。2、变送器结构变送器分为受压部分和变送部分，受压部分包括：过程连接口，过程 连接件，容室法兰，调零螺钉，排液螺钉，变送部分包括：放大器外

28、壳盖， 内藏指示计，设定拴， CPU 组件，电源连接口，端子部盖子。3 、变送器的安装变送器可以水平安装和垂直安装，通常情况下，变送器是垂直安装的。 电源连接口和引压部分都是垂直。安装时要注意几点：( 1 ) 环境温度：尽量避免安装在温度变化大的场所。环境温度为 -4080 ，有条件的安装在室内。( 2 ) 空气条件： 避免安装在腐蚀性环境中， 如在腐蚀性环境中， 应搞好通风 避免雨水进入电线管内。( 3 ) 冲击与振动： 变送器在设计上是耐冲击与振动的， 但是也应尽量安装在 冲击和振动小的场所。( 4 ) 接口防水：电气接口的螺纹部分应涂上不硬化的密封剂进行防水处理。4、导压管的安装导压管用于传递过程压力给变送器，如果导压管内的气体中含有液体， 就不能进行正确的压力传递，使测量产生误差，因此，导压管的安装注意 以下几点：( 1 ) 对天然气计量，与导压管连接的一次阀要垂直向上或垂直方向的上方45 o之内。( 2 ) 导压管的倾斜：只能上斜或下斜，水平部分应设至少 1/10 的倾斜，使残液自动回流到主管线内。（ 3）防冻堵措施：如天然气管线含水较多，应加保温或伴热。（注意在