天然氣流量計量及儀表選型注意事項

　　我國一般規定氣體的標準狀態為20℃，101.325KPa（對于煤氣我國規定標準狀態為0℃，101.325KPa），流體在標準狀態下的流量被定義為標況流量。

　　除此之外的壓力溫度下的流量可以認為是工況流量。

　　兩者間的換算公式見下圖。

　　一般流量計，如孔板、氣體渦輪、渦街、金屬管浮子、腰輪等測量出的流量都是工況流量，需要配套溫度傳感、壓力變送器、流量積算儀才可以換算出標況流量.

天然氣流量計量及儀表選型

　　0引言

　　隨著天然氣的廣泛使用，各種不同使用狀況和需求對流量計量的要求有很大的差別，同時，由于氣體的可壓縮性，流量的測量，氣體要比液體困難得多。若要求氣體計量達到相當高的精度，則計量儀表的經濟投入必然巨大。因此，合理選擇測量方法及功能、特性、經濟適用的流量儀表是非常必要的。以下就天然氣的計量標準、測量方法及儀表選型進行實用性介紹。

　　1天然氣計量標準及溫度、壓力修正方式

　　(1)天然氣計量標準

　　天然氣計量以體積表示，單位：m3。由于氣體具有可以充滿任意空間和可壓縮性的特性，由氣體狀態方程式可知，作為計量用的標準體積，必須對壓力、溫度作出明確的統一規定，離開了狀態談論氣體體積是沒有意義的。

　　國家石油行業標準已明確規定以溫度293.15K(20℃)，壓力101.325kPa時的狀態為天然氣計量標準狀態；凡是實際狀態與此標準狀態不相符時，均應按氣體狀態方程式進行修正。

　　式中：Qn---標準狀態下的氣體體積量，m3；

　　Q---工作狀態下的氣體體積量，m3；

　　t---工作狀態下的氣體溫度，℃；

　　P---工作狀態下的表壓力，kPa；

　　Pa---測量時當地的大氣壓，kPa；

　　z---氣體的壓縮系數。

　　壓縮系數z是隨溫度和壓力而變化的，它與氣體的工作壓力P和氣體的臨界壓力PC的比例(P/PC)、氣體的工作溫度T(K)和氣體的臨界溫度TC(K)的比例(T/TC)有明確的函數關系。天然氣的壓縮系數z=1/F2z，超壓縮因子Fz可在國家石油行業標準SY/T6143-1996中的附錄Ａ中查出；在壓力小于0.1ＭPa時，z=1。

　　天然氣管網輸配的實際情況是變化復雜的，常與標準狀態不相符。故需采用一定的修正方式進行補償修正。

　　(2)不同地區的固定人工修正系數

　　當無溫度、壓力自動補償裝置和壓力記錄儀時，并在使用壓力波動不大時，可根據各地區大氣壓不同(北京為101.32kPa，重慶為98.32kPa，上海為101.61kPa，拉薩為65.18kPa)和溫度不同制定出當地適用的固定人工修正系數K固參考表。

　　按(1)式可得：

　　式中：KT---平均溫度修正系數；

　　KP---平均壓力修正系數。

　　在確定的地區和一個時期內(冬季或夏季或全年)，平均溫度t和平均大氣壓Pa可為常數；而z隨P變化，故K僅隨P變化。由此可列出K-P關系的當地系列壓力修正系數參考表，根據實際壓力P(由表前壓力計近似讀取)直接查出K固，即可按下式求出標準狀態下的體積流量：

　　Qn=K固×Q

　　式中：Q---流量儀表的指示讀數，m3

　　(3)采用壓力記錄儀人工定時修正系數

　　在流量儀表前安裝壓力記錄儀，連續記錄氣體在24小時內的壓力。將壓力記錄儀的起點調到當地大氣壓，采用100%圓圖刻度記錄紙，用算術平均法或相當半徑法(比例求積儀)，求出靜壓平均格數ＸP，則：

　　式中：Pmax---壓力記錄儀上限值，kPa。

　　采用溫度計，每隔2小時記錄一次溫度，算出當日平均溫度，由此可求得KT，按(2)、(3)式即可得Qn。

　　4氣體渦輪流量計、卡門渦街流量計和旋進漩渦流量計

　　三種儀表均屬速度式流量計。氣體渦輪流量計特點是結構緊湊、準確度高、重復性好、量程比較寬、反應迅速、壓損小，但安裝使用(表前需安過濾器和整流器)和軸承耐磨性的要求較高；漩渦流量計是儀表內部無活動機件、壽命長、準確度高、量程比寬，但流速分布情況和脈動流、振動對測量有不同程度影響。

　　氣體渦輪流量計工作原理：當被氣體流經渦輪體時，氣體推動帶有螺旋形導磁葉片的葉輪旋轉，當由鐵磁材料制成的葉片旋經固定在殼體上的磁感應或信號檢出器中的磁鋼時，引起磁路中磁阻的周期性變化，并在感應線圈內產生近似正弦波的電脈沖信號，在渦輪儀表規定的流量范圍內，脈沖信號的頻率ｆ(Ｈｚ)與流速即流量成正比，將此脈沖信號經過積算顯示部分運算、處理可顯示出流量，如圖4所示。

　　卡門渦街流量計工作原理：在流體管道內插入一根非線型的柱狀物(圓柱或三角柱)，當氣體流經并達到一定雷諾數范圍內，柱狀物的下游即產生兩列不對稱而有規律的交替漩渦，漩渦的頻率ｆ(Ｈｚ)與流速即流量成正比，通過檢出器、放大和轉換器，可獲得流體的流量。如圖5所示。

　　旋進漩渦流量計工作原理：當氣體沿著軸向進入流量計入口，螺旋錐體強迫流體旋轉，形成漩渦流經文丘利管旋進、節流、加速，在中心軸線處形成高速旋轉的渦核，到了擴散器，因壓力的變化產生回流，使渦核轉折偏離軸線，形成錐旋線進動。若儀表有關的幾何形狀和尺寸設計合理，檢測點的螺旋漩渦進動頻率ｆ(Ｈｚ)與流速即流量在很寬的流量范圍內成正比，經過放大整形成電脈沖信號，傳輸至顯示部分，即可運算出流體的流量。如圖6所示。

　　三種代表的工況流量公式：

　　式中，K儀---儀表系數，它與儀表設計的具體形狀、尺寸、檢出點、生產工藝等多種因素有關，并需經檢測標定。

　　結合(1)式和(10)式，三種儀表同樣可采用如前所述的三種修正方式之一進行修正，從而獲得標態下的流量。

　　除采用上述修正方式外，也可將(1)式、(10)式綜合融進智能一體化設計，使儀表直接顯示出標態下的流量，例如：智能旋進旋渦流量計，其結構圖見圖6，其流量積算原理圖見圖7；氣體渦輪流量計和卡門渦街流量計均可按此結構形式和原理進行一體化設計。

　　5儀表選型參考表(如表1)

　　新鄉市天科測控儀表有限公司技術部馬工18637357823