天然气计量—基础知识

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：[phone]电子邮箱：[e-mail]2020/1/321.1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。0%5%10%15%20%25%19701982199020002010世界中国图1.1天然气在能源中所占的比例2020/1/331.2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。2020/1/34图1.2空间双弯头流态2020/1/35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。2020/1/36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。2020/1/37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：101.325kPa,15℃–美国的标准参比条件：14.7psi,60℉–欧洲的标准参比条件：101.325kPa,0或15℃–GB/T19205规定我国的标准参比条件：101.325kPa,20℃2020/1/38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。2020/1/391.3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。2020/1/3101.4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，某些类型的流量计在计算流量时，要用到温度数据。2020/1/3111.5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0.3~0.5%.标准参比条件下的压缩因子（Zn)的计算方法标准有ISO6976，ASTMD3588和GB/T11062。2020/1/312压缩因子测量在孔板等流量计的标准参比条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：fnzZZF2020/1/3131.6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：ZRTMP2020/1/314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ISO6976，ASTMD3588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：anrG密度和相对密度也可用仪器在线或离线测量。2020/1/3151.7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（ASTMD1826）取代了水流式。我国用于煤气发热量测量的标准GB12206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ISO6976、ASTMD3588和GB/T11062。2020/1/3161.8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都使用甲烷的粘度代替天然气粘度。2020/1/3171.9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：DvRed2020/1/3181.10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：VPcc2020/1/3191.11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/T17281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。