自然气流量计量及仪表选型

随着自然气的广泛使用，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，流量的丈量，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进必然巨大。因此，公道选择丈量方法及功能、特性、经济适用的流量仪表是非常必要的。以下就自然气的计量标准、丈量方法及仪表选型进行实用性介绍。

1自然气计量标准及温度、压力修正方式

(1)自然气计量标准

自然气计量以体积表示，单位：m3。由于气体具有可以布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、温度作出明确的同一规定，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时的状态为自然气计量标准状态；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---丈量时当地的大气压，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。自然气的压缩系数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。

自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---均匀温度修正系数；
KP---均匀压力修正系数。

在确定的地区和一个时期内(冬季或夏季或全年)，均匀温度t和均匀大气压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关系确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。将压力记录仪的出发点调到当地大气压，采用100%圆图刻度记录纸，用算术均匀法或相当半径法(比例求积仪)，求出静压均匀格数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，算出当日均匀温度，由此可求得KT，按(2)、(3)式即可得Qn。

(4)电子修正积算器

用微电子处理技术对采集的信号进行处理和计算，以实现对被测体积的精确修正。采集来自气体流量仪表的脉冲讯号，根据设定的脉冲当量值计算出未经修正的实际流量体积Q，并与测得的工况压力P(设定均匀压力固定值或压力传输器引进的被测当前压力)、工况温度T(设定均匀温度固定值或温度传感器引进的被测当前温度)、压缩ｚ(设定为固定值或输进公式自动计算)、当地大气压Pa，按(1)式进行软件设计，使其自动计算出标准体积。它可与气体涡轮流量计、腰轮流量计、漩涡流量计、膜式煤气表等配合使用。

2自然气标准孔板流量计及配套装置

标准孔板丈量流量是当气体流经孔板时，其前后产生的压力不同，通过此压力差来计算流量。标准孔板是符合GB/T2624-1993的标准节流装置(标准孔板、喷嘴、文丘利管)的一种，有可靠的实验数据。根据GB/T2624-1993设计、加工、安装的标准孔板不必单独校准或标定。

(1)节流装置的流量计算公式：

式中：Q---工作状态下的体积流量，m3/ｓ；
ε---可膨胀性系数；
△P---节流件前后的压差，Pa；
ρ---节流件上游侧一定温度、压力下的密度，kｇ/m3；
ｄ---节流件开孔直径，m；
β=ｄ/Ｄ---节流件的直径比，Ｄ为管道内径，m；
C---流出系数。与工作状态下流束的摩擦阻力、涡流损失、收缩情况和取压孔位置有关的修正系数，可采用实验方法求得或用Stｏｌｚ方程计算给出。

(2)自然气标准孔板流量丈量的实用公式

自然气采用标准孔板进行流量计量时，可按SY/T6143-1996进行流量计算，其标准体积流量计算的实用公式：

式中：Qn---标准状态下自然气体积流量，m3/ｓ；
ＡS---秒计量系数，视采用计量单位而定，此式ＡS=3.1794×10-6，若以小时Ｈ为单位，需乘上3600。
C---流出系数；
Ｅ---渐近速度系数，

ｄ---孔板开孔直径，mm，ｄ=ｄ20[1+λｄ(t-t20)]，ｄ20和t20分别为20℃±2℃时孔板开孔检测直径(mm)和室内温度(℃)，λｄ为孔板材料的线膨胀系数(mm/mm.ｃ)，t为自然气流过孔板时的温度(℃)。
FG---相对密度系数，，Gｒ为真实相对密度；
P1---孔板上游侧取压孔气流尽对静压，ＭPa；
△P---气流流经孔板时产生的差压，Pa；
ε---可膨胀系数，ε=1-(0.41+0.35β4)，k为等熵指数；
Fz---超压缩因子，zn和z1分别为标态下和流态下的压缩系数；
FT---活动温度系数，

式中C、ε、λｄ、Gｒ、FG、FT、Fz、z1等参数均是对实际工况转换为标准状态的修正系数，其具体数据可查该标准的相关附录表。

(3)自然气用标准孔板计量的流量积算

a)用双波纹管差压流量计积算

双波纹管差压流量计由丈量孔板(差压、静压)和显示部分及附件求积仪组合而成，广州市骏凯电子科技有限公司用100%圆图刻度记录纸(即开方卡片)来记录孔板的差压△P和静压P1，由求积仪算出当日流量，按(6)式，可得实在用公式：

取

X104

式中：Pmax(ＭPa)、△Pmax(Pa)分别为仪表静压、差压的上限值，ＸP、Ｘ△P分别为开方卡片记录的实际静压、差压的均匀格数。

对于一台确定的计量装置，当自然气成分一定时，ｄ、Pmax、△Pmax、Gｒ可视为常数；当β值(即ｄ、Ｄ值一定时)一定的节流件在雷诺数较高的区域内使用时，C可视为常数；对于特定环境下，Fz(=1/z)值基本可视为常数(供气压力低于0.5ＭPa时，可取z约为1)；当用压力比较稳定，气量变化不很大时，则ε也可视为常数，由此K双在特定的情况下为常数。则：

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，经济投进不大，常用于中、高压，大中流量的产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。