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1、天然气计量技术讲座,1 基础知识,张福元中国石油西南油气田分公司天然气研究院电话：（28）85604510-601 电子邮箱：,2023/11/13,2,1.1 概述,天然气是一种洁净的燃料和优质的化工原料，在世界能源结构中所占比例正在不断上升。在我国，天然气价格从改革开放前的0.03调整至今的0.60元左右（某些地方的民用气在1元以上），天然气将会成为我国的主要能源之一。所以说，天然气计量是非常重要的。,图1.1 天然气在能源中所占的比例,2023/11/13,3,1.2 流量测量,天然气流量测量是测定单位时间内流经封闭管道横截面的天然气量。有体积量、质量和能量之分。天然气流量计量是组合量测
2、量，与其它热工参数测量相比，天然气流量测量有其自身的特点。1.2.1 对流体流动状态的控制 流量测量的理论是建立在一定的流动状态下，不同类型的流量计有不同的工作原理，对流动状态的要求也各不一样。要准确测量流量，必须按所选择的流量计的要求控制好流态。,2023/11/13,4,图1.2 空间双弯头流态,2023/11/13,5,流量测量的特点,1.2.2 对流体物质属性的控制 不同的流体其物理化学性质不同，对流量计的要求也不同。流量计的结构设计、安装设计、检定和校准要求等要求适应被检流体的属性。1.2.3 对流体清洁程度的控制 气体中含有过多的液体和固体微粒，不但对流量计的正常工作有影响，同时也
3、影响流量测量的准确度。不同类型的流量计对流体清洁度的要求不同。,2023/11/13,6,流量测量的特点,1.2.4 相关参数的准确测量 流量测量是组合量的测量，要准确测量流量，首先是准确测量各相关参数。1.2.5 应考虑节约能源 天然气的输送是靠压差进行的，必要时不要进行增压。在对其计量时，所选流量计的压损也是必须考虑的因素之一。,2023/11/13,7,流量测量的特点,1.2.6 标准状态条件的规定 无论是体积计量或能量计量，都要求有一个参比条件。目前各国的参比条件各不相同，但可进行换算。ISO13223规定的标准参比条件：101.325 kPa,15 美国的标准参比条件：14.7 ps
4、i,60 欧洲的标准参比条件：101.325 kPa,0 或 15GB/T 19205规定我国的标准参比条件：101.325 kPa,20,2023/11/13,8,流量测量的特点,1.2.7 测量过程中的安全性 由于天然气是易燃、易爆的混合气体，某些天然气还含有有毒的硫化物，故在确保计量准确的同时，安全计量是极其重要的。,2023/11/13,9,1.3 压力测量,压力是流量从工作条件换算成标准参比条件必需的参数，某些类型流量计的流量计算还需要压力数据。在计量中常用的压力测量设备是压力变送器。,2023/11/13,10,1.4 温度测量,温度也是流量从工作条件换算成标准参比条件必需的参数，
5、某些类型的流量计在计算流量时，要用到温度数据。,2023/11/13,11,1.5 压缩因子测量,压缩因子是不同条件体积换算必要的参数，某些类型流量计计算流量时需用此参数。压缩因子有工作条件和标准参比条件之分。工作条件压缩因子（Zf)通常的测量方法是计算。目前计算方法标准有：ISO12213，AGA8号报告，GB/T17747和NX-19。前三种方法在管输条件下计算的不确定度不大于0.1%，后一种方法为0.30.5%.标准参比条件下的压缩因子（Zn)的计算方法标准有ISO 6976，ASTM D3588和GB/T11062。,2023/11/13,12,压缩因子测量,在孔板等流量计的标准参比条
6、件体积流量计算公式中，也出现过超压缩因子（FZ）。计算公式如下：,2023/11/13,13,1.6 密度测量,密度是质量与体积和不同条件下体积之间换算必需的参数；某些流量计计算流量时，也需要此参数。密度也有工作条件和标准参考比条件之分。密度（）可用状态方程计算得到，计算公式如下：,2023/11/13,14,密度测量,标准参比条件下的密度（n）除可以用上述公式计算外，也可用ISO 6976，ASTM D3588和GB/T11062标准中规定的方法计算。在某些流量计算中，也有用标准参比条件下的相对密度（即相同状态天然气密度空气与空气密度a 之比），计算公式如下：,密度和相对密度也可用仪器在线或
7、离线测量。,2023/11/13,15,1.7 发热量测量,天然气发热量测量有直接和间接两种方法。1.7.1 直接测量法 发热量直接测量法有水流式和气流式两种。气流式对设备和环境的要求比水流式严格，但准确度和灵敏度高。美国70年代使用的是水流式，80年代以气流式（ASTM D1826）取代了水流式。我国用于煤气发热量测量的标准GB 12206采用的是水流式。1.7.2 间接测量法 发热量间接测量法是利用组成分析数据进行计算。国内外标准有ISO 6976、ASTM D3588和GB/T 11062。,2023/11/13,16,1.8 动力粘度测量,动力粘度主要用于计算雷诺数。目前流量测量标准中
8、都使用甲烷的粘度代替天然气粘度。,2023/11/13,17,1.9 雷诺数计算,雷诺数是表征流动介质流动特性的无因次量纲，计算公式如下：,2023/11/13,18,1.10 等熵指数计算,等熵指数（）是气体差压式流量计流量计算的物性参数。在天然气流量测量标准中，都是用甲烷的等压比热容（cP）和等容比热容（cV）之比代替等熵指数，计算公式如下：,2023/11/13,19,1.11 天然气组成分析,天然气组成数据是计算上述物性参数所必需的数据。不同气质所含重烃组份各不一样，其分析方法也不一样。对于管输质量气体，一般只分析至C6+。分析方法标准为GB/T13610。对于井口和管输原料气，含有重烃组分，可用能分析至C16+的GB/T 17281 方法。天然气分析的仪器为气相色谱仪。天然气取样方法标准为GB/T13609。,
