天然氣流量計量及儀表選型注意事項

　　我國一般規(guī)定氣體的標準狀態(tài)為20℃，101.325KPa（對于煤氣我國規(guī)定標準狀態(tài)為0℃，101.325KPa），流體在標準狀態(tài)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(jīng)濟投入必然巨大。因此，合理選擇測量方法及功能、特性、經(jīng)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(tài)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(tǒng)一規(guī)定，離開了狀態(tài)談?wù)摎怏w體積是沒有意義的。

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

　　式中：Qn---標準狀態(tài)下的氣體體積量，m3；

　　Q---工作狀態(tài)下的氣體體積量，m3；

　　t---工作狀態(tài)下的氣體溫度，℃；

　　P---工作狀態(tài)下的表壓力，kPa；

　　Pa---測量時當?shù)氐拇髿鈮海琸Pa；

　　z---氣體的壓縮系數(shù)。

　　壓縮系數(shù)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(shù)關(guān)系。天然氣的壓縮系數(shù)z=1/F2z，超壓縮因子Fz可在國家石油行業(yè)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(wǎng)輸配的實際情況是變化復(fù)雜的，常與標準狀態(tài)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(qū)的固定人工修正系數(shù)

　　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(jù)各地區(qū)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?shù)剡m用的固定人工修正系數(shù)K固參考表。

　　按(1)式可得：

　　式中：KT---平均溫度修正系數(shù)；

　　KP---平均壓力修正系數(shù)。

　　在確定的地區(qū)和一個時期內(nèi)(冬季或夏季或全年)，平均溫度t和平均大氣壓Pa可為常數(shù)；而z隨P變化，故K僅隨P變化。由此可列出K-P關(guān)系的當?shù)叵盗袎毫π拚禂?shù)參考表，根據(jù)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(tài)下的體積流量：

　　Qn=K固×Q

　　式中：Q---流量儀表的指示讀數(shù)，m3

　　(3)采用壓力記錄儀人工定時修正系數(shù)

　　在流量儀表前安裝壓力記錄儀，連續(xù)記錄氣體在24小時內(nèi)的壓力。將壓力記錄儀的起點調(diào)到當?shù)卮髿鈮海捎?00%圓圖刻度記錄紙，用算術(shù)平均法或相當半徑法(比例求積儀)，求出靜壓平均格數(shù)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(jié)構(gòu)緊湊、準確度高、重復(fù)性好、量程比較寬、反應(yīng)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(nèi)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(jīng)渦輪體時，氣體推動帶有螺旋形導(dǎo)磁葉片的葉輪旋轉(zhuǎn)，當由鐵磁材料制成的葉片旋經(jīng)固定在殼體上的磁感應(yīng)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(yīng)線圈內(nèi)產(chǎn)生近似正弦波的電脈沖信號，在渦輪儀表規(guī)定的流量范圍內(nèi)，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(jīng)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(nèi)插入一根非線型的柱狀物(圓柱或三角柱)，當氣體流經(jīng)并達到一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，柱狀物的下游即產(chǎn)生兩列不對稱而有規(guī)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(zhuǎn)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(zhuǎn)，形成漩渦流經(jīng)文丘利管旋進、節(jié)流、加速，在中心軸線處形成高速旋轉(zhuǎn)的渦核，到了擴散器，因壓力的變化產(chǎn)生回流，使渦核轉(zhuǎn)折偏離軸線，形成錐旋線進動。若儀表有關(guān)的幾何形狀和尺寸設(shè)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(nèi)成正比，經(jīng)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(shù)，它與儀表設(shè)計的具體形狀、尺寸、檢出點、生產(chǎn)工藝等多種因素有關(guān)，并需經(jīng)檢測標定。

　　結(jié)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(tài)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(shè)計，使儀表直接顯示出標態(tài)下的流量，例如：智能旋進旋渦流量計，其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式和原理進行一體化設(shè)計。

　　5儀表選型參考表(如表1)

　　新鄉(xiāng)市天科測控儀表有限公司技術(shù)部馬工18637357823