自然氣流量計量及儀表選型

隨著自然氣的廣泛使用，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，流量的丈量，氣體要比液體困難得多。若要求氣體計量達到相當(dāng)高的精度，則計量儀表的經(jīng)濟投進必然巨大。因此，公道選擇丈量方法及功能、特性、經(jīng)濟適用的流量儀表是非常必要的。以下就自然氣的計量標(biāo)準(zhǔn)、丈量方法及儀表選型進行實用性介紹。

1自然氣計量標(biāo)準(zhǔn)及溫度、壓力修正方式

(1)自然氣計量標(biāo)準(zhǔn)

自然氣計量以體積表示，單位：m3。由于氣體具有可以布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(biāo)準(zhǔn)體積，必須對壓力、溫度作出明確的同一規(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(biāo)準(zhǔn)已明確規(guī)定以溫度293.15K(20℃)，壓力101.325kPa時的狀態(tài)為自然氣計量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)；凡是實際狀態(tài)與此標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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---丈量時當(dāng)?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。自然氣的壓縮系數(shù)z=1/F2z，超壓縮因子Fz可在國家石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6143-1996中的附錄Ａ中查出；在壓力小于0.1ＭPa時，z=1。

自然氣管網(wǎng)輸配的實際情況是變化復(fù)雜的，常與標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(dāng)?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---均勻溫度修正系數(shù)；
KP---均勻壓力修正系數(shù)。

在確定的地區(qū)和一個時期內(nèi)(冬季或夏季或全年)，均勻溫度t和均勻大氣壓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)系確當(dāng)?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(biāo)準(zhǔn)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。將壓力記錄儀的出發(fā)點調(diào)到當(dāng)?shù)卮髿鈮海捎?00%圓圖刻度記錄紙，用算術(shù)均勻法或相當(dāng)半徑法(比例求積儀)，求出靜壓均勻格數(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(dāng)日均勻溫度，由此可求得KT，按(2)、(3)式即可得Qn。

(4)電子修正積算器

用微電子處理技術(shù)對采集的信號進行處理和計算，以實現(xiàn)對被測體積的精確修正。采集來自氣體流量儀表的脈沖訊號，根據(jù)設(shè)定的脈沖當(dāng)量值計算出未經(jīng)修正的實際流量體積Q，并與測得的工況壓力P(設(shè)定均勻壓力固定值或壓力傳輸器引進的被測當(dāng)前壓力)、工況溫度T(設(shè)定均勻溫度固定值或溫度傳感器引進的被測當(dāng)前溫度)、壓縮ｚ(設(shè)定為固定值或輸進公式自動計算)、當(dāng)?shù)卮髿鈮篜a，按(1)式進行軟件設(shè)計，使其自動計算出標(biāo)準(zhǔn)體積。它可與氣體渦輪流量計、腰輪流量計、漩渦流量計、膜式煤氣表等配合使用。

2自然氣標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計及配套裝置

標(biāo)準(zhǔn)孔板丈量流量是當(dāng)氣體流經(jīng)孔板時，其前后產(chǎn)生的壓力不同，通過此壓力差來計算流量。標(biāo)準(zhǔn)孔板是符合GB/T2624-1993的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置(標(biāo)準(zhǔn)孔板、噴嘴、文丘利管)的一種，有可靠的實驗數(shù)據(jù)。根據(jù)GB/T2624-1993設(shè)計、加工、安裝的標(biāo)準(zhǔn)孔板不必單獨校準(zhǔn)或標(biāo)定。

(1)節(jié)流裝置的流量計算公式：

式中：Q---工作狀態(tài)下的體積流量，m3/ｓ；
ε---可膨脹性系數(shù)；
△P---節(jié)流件前后的壓差，Pa；
ρ---節(jié)流件上游側(cè)一定溫度、壓力下的密度，kｇ/m3；
ｄ---節(jié)流件開孔直徑，m；
β=ｄ/Ｄ---節(jié)流件的直徑比，Ｄ為管道內(nèi)徑，m；
C---流出系數(shù)。與工作狀態(tài)下流束的摩擦阻力、渦流損失、收縮情況和取壓孔位置有關(guān)的修正系數(shù)，可采用實驗方法求得或用Stｏｌｚ方程計算給出。

(2)自然氣標(biāo)準(zhǔn)孔板流量丈量的實用公式

自然氣采用標(biāo)準(zhǔn)孔板進行流量計量時，可按SY/T6143-1996進行流量計算，其標(biāo)準(zhǔn)體積流量計算的實用公式：

式中：Qn---標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下自然氣體積流量，m3/ｓ；
ＡS---秒計量系數(shù)，視采用計量單位而定，此式ＡS=3.1794×10-6，若以小時Ｈ為單位，需乘上3600。
C---流出系數(shù)；
Ｅ---漸近速度系數(shù)，

ｄ---孔板開孔直徑，mm，ｄ=ｄ20[1+λｄ(t-t20)]，ｄ20和t20分別為20℃±2℃時孔板開孔檢測直徑(mm)和室內(nèi)溫度(℃)，λｄ為孔板材料的線膨脹系數(shù)(mm/mm.ｃ)，t為自然氣流過孔板時的溫度(℃)。
FG---相對密度系數(shù)，，Gｒ為真實相對密度；
P1---孔板上游側(cè)取壓孔氣流盡對靜壓，ＭPa；
△P---氣流流經(jīng)孔板時產(chǎn)生的差壓，Pa；
ε---可膨脹系數(shù)，ε=1-(0.41+0.35β4)，k為等熵指數(shù)；
Fz---超壓縮因子，zn和z1分別為標(biāo)態(tài)下和流態(tài)下的壓縮系數(shù)；
FT---活動溫度系數(shù)，

式中C、ε、λｄ、Gｒ、FG、FT、Fz、z1等參數(shù)均是對實際工況轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的修正系數(shù)，其具體數(shù)據(jù)可查該標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)附錄表。

(3)自然氣用標(biāo)準(zhǔn)孔板計量的流量積算

a)用雙波紋管差壓流量計積算

雙波紋管差壓流量計由丈量孔板(差壓、靜壓)和顯示部分及附件求積儀組合而成，廣州市駿凱電子科技有限公司用100%圓圖刻度記錄紙(即開方卡片)來記錄孔板的差壓△P和靜壓P1，由求積儀算出當(dāng)日流量，按(6)式，可得實在用公式：

取

X104

式中：Pmax(ＭPa)、△Pmax(Pa)分別為儀表靜壓、差壓的上限值，ＸP、Ｘ△P分別為開方卡片記錄的實際靜壓、差壓的均勻格數(shù)。

對于一臺確定的計量裝置，當(dāng)自然氣成分一定時，ｄ、Pmax、△Pmax、Gｒ可視為常數(shù)；當(dāng)β值(即ｄ、Ｄ值一定時)一定的節(jié)流件在雷諾數(shù)較高的區(qū)域內(nèi)使用時，C可視為常數(shù)；對于特定環(huán)境下，F(xiàn)z(=1/z)值基本可視為常數(shù)(供氣壓力低于0.5ＭPa時，可取z約為1)；當(dāng)用壓力比較穩(wěn)定，氣量變化不很大時，則ε也可視為常數(shù)，由此K雙在特定的情況下為常數(shù)。則：

根據(jù)此公式，可人工積算出一天的用氣量。

雙波紋差壓計由于性能穩(wěn)定性好，經(jīng)濟投進不大，常用于中、高壓，大中流量的產(chǎn)業(yè)管線和總計量以及臨時計量中，但因人工積算不便且積算精確受人為因素影響，現(xiàn)逐漸被較先進的儀表取代。