天然气流量计算公式

（1）差压式流量计差压式流量计是以伯努利方程和流体连续性方程为依据，根据节流原理，当流体流经节流件时（如标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、经典文丘利嘴、文丘利喷嘴等），在其前后产生压差，此差压值与该流量的平方成正比。在差压式流量计中，因标准孔板节流装置差压流量计结构简单、制造成本低、研究最充分、已标准化而得到最广泛的应用。孔板流量计理论流量计算公式为：式中，qf为工况下的体积流量，m3/s；c为流出系数，无量钢；β=d/D，无量钢；d为工况下孔板内径，mm；D为工况下上游管道内径，mm；ε为可膨胀系数，无量钢；Δp为孔板前后的差压值，Pa；ρ1为工况下流体的密度，kg/m3。对于天然气而言，在标准状态下天然气积流量的实用计算公式为：式中，qn为标准状态下天然气体积流量，m3/s；As为秒计量系数，视采用计量单位而定，此式As=3.1794×10-6；c为流出系数；E为渐近速度系数；d为工况下孔板内径，mm；FG为相对密度系数，ε为可膨胀系数；FZ为超压缩因子；FT为流动湿度系数；p1为孔板上游侧取压孔气流绝对静压，MPa；Δp为气流流经孔板时产生的差压，Pa。差压式流量计一般由节流装置（节流件、测量管、直管段、流动调整器、取压管路）和差压计组成，对工况变化、准确度要求高的场合则需配置压力计（传感器或变送器）、温度计（传感器或变送器）流量计算机，组分不稳定时还需要配置在线密度计（或色谱仪）等。（2）速度式流量计速度式流量计是以直接测量封闭管道中满管流动速度为原理的一类流量计。工业应用中主要有：①涡轮流量计：当流体流经涡轮流量传感器时，在流体推力作用下涡轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，涡轮转动周期地改变磁电转换器的磁阻值，检测线圈中的磁通随之发生周期性变化，产生周期性的电脉冲信号。在一定的流量（雷诺数）范围内，该电脉冲信号与流经涡轮流量传感器处流体的体积流量成正比。涡轮流量计的理论流量方程为：式中n为涡轮转速；qv为体积流量；A为流体物性（密度、粘度等），涡轮结构参数（涡轮倾角、涡轮直径、流道截面积等）有关的参数；B为与涡轮顶隙、流体流速分布有关的系数；C为与摩擦力矩有关的系数。②涡街流量计：在流体中安放非流线型旋涡发生体，流体在旋涡发生体两侧交替地分离释放出两列规则的交替排列的旋涡涡街。在一定的流量（雷诺数）范围内，旋涡的分离频率与流经涡街流量传感器处流体的体积流量成正比。涡街流量计的理论流量方程为：式中，qf为工况下的体积流量，m3/s；D为表体通径，mm；M为旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面积之比；d为旋涡发生体迎流面宽度，mm；f为旋涡的发生频率，Hz；Sr为斯特劳哈尔数，无量纲。③旋进涡轮流量计：当流体通过螺旋形导流叶片组成的起旋器后，流体被强迫围绕中心线强烈地旋转形成旋涡轮，通过扩大管时旋涡中心沿一锥形螺旋形进动。在一定的流量（雷诺数）范围内，旋涡流的进动频率与流经旋进涡流量传感器处流体的体积流量成正比。旋进旋涡流量计的理论流量方程为：式中，qf为工况下的体积流量，m3/s；f为旋涡频率，Hz；K为流量计仪表系数，P/m3(p为脉冲数)。④时差式超声波流量计：当超声波穿过流动的流体时，在同一传播距离内，其沿顺流方向和沿逆流方向的传播速度则不同。在较宽的流量（雷诺数）范围内，该时差与被测流体在管道中的体积流量（平均流速）成正比。超声波流量计的流量方程式为：式中，qf为工况下的体积流量，m3/s；V为流体通过超声换能器皿1、2之间传播途径上的声道长度，m；L为超声波在换能器1、2之间传播途径上的声道长度，m；X为传播途径上的轴向分量，m；t1为超声波顺流传播的时间，s；t2为超声波逆流传播的时间，s。速度式气体流量计一般由流量传感器和显示仪组成，对温度和压力变化的场合则需配置压力计（传感器或变送器）、温度计（传感器或变送器）、流量积算仪（温压补偿）或流量计算机（温压及压缩因子补偿）；对准确度要求更高的场合（如贸易天然气），则另配置在线色谱仪连续分析混合气体的组分或物性值计算压缩因子、密度、发热量等。（3）容积式流量计在容积式流量计的内部，有一构成固定的大空间和一组将该空间分割成若干个已知容积的小空间的旋转体，如腰轮、皮膜、转筒、刮板、椭圆齿轮、活塞、螺杆等。旋转体在流体压差的作用下连续转动，不断地将流体从已知容积的小空间中排出。根据一定时间内旋转体转动的次数，即可求出流体流过的体积量。容积式流量计的理论流量计算公式：式中，qf为工况下的体积流量，m3/s；n为旋转体的流速，周/s；V为旋转体每转一周所排流体的体积，m3/周。浮子流量计。浮子流量计在中型和小型实验装置上使用很广泛，这是因为浮子式流量计简单、直观、价格低廉，适合作一般指示。浮子流量计有玻璃锥管型和金属锥管型两大类，玻璃锥管型的不足之处是耐压不高和玻璃锥管易碎，另外，流体温度压力对示值影响大。一般可根据流体实际温度和压力按式（3.28）进行人工换算。式中由于引入рn,在被测气体不为空气时，也可利用该公式进行换算。qv=qvf(3.28)式中qv――实际体积流量，Nm3/h；qvf――仪表示值，m3/h；ρn――被测气体在标准状态下的密度，kg/Nm3；ρan――空气在标准状态下的密度，kg/Nm3；Tn、Pn――气体在标准状态下的绝对温度、绝对压力；Tf、Pf――气体在工作状态下的绝对温度、绝对压力。（2）湿空气干部分流量测量问题①湿空气干部分流量测量的必要性。在化工生产的氧化反应过程中，一般是将空气送入反应器，而真正参与反应的仅仅是空气中的氧，由于空气中的氮和氧保持恒定比例，所以测量得到进入反应器的氮氧混合物流量，也就可以计算出氧的流量。但是压缩机和鼓风机从大气中吸入的空气除了氮氧成分之外（微量成分忽略不计），总是包含一定数量的水蒸汽，而且水蒸气的饱和含量是随着其温度的变化而变化的。为了将氧化反应控制在理想状态，须对进入反应器的氮氧混合气流进行精确测量，也即将进入反应器的空气中的水蒸气予以扣除，得到湿空气的干部分流量，这是湿气体中需要测量干部分流量的一个典型例子。②湿空气密度的求取。湿空气由其干部分和所含的水蒸气两部分组成。标准状态下湿气体的密度可用式（3.29）计算。рn=рgn+рsn(3.29)式中?рn――湿空气在标准状态下（101.325kPa,20℃）的密度，kg/m3；рgn――湿空气在标准状态下干部分的密度，kg/m3；рsn――湿空气在标准状态下湿部分的密度，kg/m3；工作状态下湿空气的密度可按式（3.30）计算。ρf=ρgf+ρsf(3.30)рf――湿空气在工作状态下的密度，kg/m3；ρgf――湿空气在工作状态下干部分的密度，kg/m3;ρsf――湿空气在工作状态下湿部分的密度，kg/m3；ρgf和ρsf分别按式（3.31）和式（3.32）计算。ρgf＝ρgn(3.31)ρsf=(3.32)式中f――工作状态下湿气体相对湿度，0～100％；psfmax————工作状态下饱和水蒸气压力；ρsf————工作状态下水蒸汽密度，kg/m3；ρsfmax————工作状态下饱和水蒸汽密度，kg/m3；其余符号意义同式（3.28）。③不同原理流量计测量湿空气干部分流量时的计算公式a.频率输出的涡街流量计。频率输出的涡街流量计用来测量湿空气流量时，其输出的每一个脉冲信号都代表湿空气在工作状态下的一个确定的体积值。这时，要计算湿空气中的干部分，只需在从工作状态下的体积流量换算到标准状态（101.325kPa,20℃）下体积流量时，从总压中扣除水蒸气压力，如式（3.33）所示。qvg=qvf=3.6(3.33)式中qvg——湿空气干部分体积流量，Nm3/h；qvf——湿空气工作状态下体积流量，m3/h；f——涡街流量计输出频率，P/s(1P=0.1Pa·s)；Kt——工作状态下流量系数，P/L。b.模拟输出的涡街流量计。模拟输出的涡街流量计用来测量湿空气的干部分流量时，只有工作状态（pf、f、Tf、Zf）与设计状态（pd、d、Td、Zd）一致时，无需补偿就能得到准确结果。如果有一个或一个以上?不一致，可用式（3.34）进行补偿。qv=Aiqmax=(3.34)式中Ai———涡街流量计模拟输出，％；qmax————流量测量上限，Nm3/h；pd————设计状态湿空气绝压,kPa(Mpa);d——设计状态湿空气相对湿度；psdmax————设计状态湿空气中饱和水蒸气压力，与pd单位一致；Td————设计状态湿空气温度，K；