天然气计量教程——流量

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廖德云
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第四章 天然气流量测量仪表
2、腰轮流量计（容积式） 结构组成： 腰轮流量计由壳体、腰轮转子组件（即内部 测量元件）、驱动齿轮与计数指示组件等构
成。
在腰轮流量计的壳体内有一个计量室，计量 室内有一对或两对可以相切旋转的腰轮（由 此得名腰轮流量计），在流量计壳体外面与 两个腰轮同轴安装了一对驱动齿轮，它们相
15～200
±1～4
±0.5～5 ±0.2～ 0.5 ±0.2
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需直管段，
需直管段，无压损 无直管段要求，需装 过滤器，压损中等 无直管段要求，压损 小
10～400
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第四章 天然气流量测量仪表
2、流量计的分类：
类 别 工作原理 仪表名称 涡轮流量计 体 积 流 量 计 涡街流量计 电磁流量计
9. 流体的压缩系数和膨胀系数 在一定的温度下，流体体积随压力增大而缩小的特性，称为流体的压缩性；在一定压
力下，流体的体积随温度升高而增大的特性，称为流体的膨胀性。
10、层流
流体在管道中的流线平行于管轴时的流动,或者说当流体流动时，流线之间没有
质点交换，迹线有条不紊，层次分明的流动工况。 11、紊流
1、节流式差压流量计 ③常见的节流装置
文丘里管
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第四章 天然气流量测量仪表
1、节流式差压流量计 ④差压式流量计算
C——
E—— d——孔板开孔直径，单位为毫米(mm)； FG——相对密度系数；
标准孔板体积流量计算实用公式
qvn——天然气在标准参比条件下的体积
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第四章 天然气流量测量仪表
1、流量测量方法 差压式流量测量法
利用伯努利方程原理，通过测量流体差压信号来反映流量的；
速度式流量测量法
通过直接测量流体流速来得出流量的；
容积式测量 利用标准小容积来连续测量流量的；
质量流量测量法
以测量流体质量流量为目的的。
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第四章 天然气流量测量仪表
6、管流 充满管道截面的流体流动称为管流，管流分为层流和紊流；
7、层流
流体在管道中的流线平行于管轴时的流动 ,或者说当流体流动时，流线之间没有
质点交换，迹线有条不紊，层次分明的流动工况。
8、紊流 流体在管道中流动的流线相对混乱的流动 ;
第四章 天然气流量测量仪表
1、节流式差压流量计 ③常见的节流装置
高级可换孔板节流装置
优点： （1） 实现不断流更换孔板 （2） 换孔板时只需操作一个手柄就可提升 孔板，省力、简单； （3） 根据流量的变化，更换孔板变得十分 容易，从而很方便地使流量计处于最佳的量 程范围； （4） 不需附设计量旁路，简化了工艺流程, 减小了计量站的占地面积； （5）孔板更换清洗的时间大大缩短，5min即 可完成，减少了天然气漏计少计的现象。
流体在管道中流动的流线相对混乱的流动;
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第四章 天然气流量测量仪表
计量参比条件 ： 为了实现气体体积流量的计算，而统一指定的某一压力和温度作为流量结算的参
比条件，称为计量参比条件。
我国天然气计量标准参比条件是：0.101325MPa，20℃。
qvn
p f Pa Tn Z n qvf Pn Tf Z f
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第四章 天然气流量测量仪表
1、节流式差压流量计 历史悠久、技术成熟、应用最广泛。
按检测件的作用原理分:节流式、动压头式、水力阻力式、离心式、动压增益式
和射流式等几大类，节流式和动压头式应用最为广泛。
②差压式流量计的组成
差压式流量计组成框图
节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。 引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。 差压变送器：产生的差压转换为标准电信号。
天然气计量基础
主要内容
一、计量基础知识
二、天然气压力测量 三、天然气温度测量
四、天然气流量测量
五、计量标准及量值溯源
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第四章 天然气流量测量仪表
国际天然气贸易计量分为体积计量、质量计量和能量计量三种，工业发达国家采 用以能量计量为主，体积计量为辅的方式，我国天然气贸易计量是在法定的质量指标
第四章 天然气流量测量仪表
1、节流式差压流量计 ①测量原理
当流体流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增
加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。
流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。
理论基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。
Avn——体积流量计量系数视采用计量单
位而定。秒体积流量(m3/s)计量系数
ε——
Fz—— FT——
P1——孔板上游侧取压孔气流绝对静压，
单位为兆帕(MPa)
Avns=3.1795×10-6；小时体积流量(m3/h)
计量系数Avnh=0.011446；日体积流量 (m3/d)计量系数 Avnd=0.27471； 中原油田分公司
非标准节流装置
成熟程度较差，尚未列入标准文件的检测件。 （1）低雷诺数：1/4圆孔板，锥形入口孔板，双重孔板，双斜孔板，半圆孔板 等； （2）脏污介质：圆缺孔板，偏心孔板，环状孔板，楔形孔板，弯管节流件等； （3）低压损：罗洛斯管，道尔管，道尔孔板，双重文丘里喷嘴，通用文丘里管
等；（4）临界流节流装置：音速文丘里喷嘴等等！ 中原油田分公司 廖德云
孔板，成为最主要的计量仪表。
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第四章 天然气流量测量仪表
容积式流量计
涡轮流量计
超声流量计
质量流量计
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螺旋转子流量计 廖德云 ldeyun@163.com
第四章 天然气流量测量仪表
1、流量 单位时间内流经某一截面的流体数量。
流量可用体积流量、质量流量和能量流量。
上下游取压中心 位于距离孔板两 侧端面(25.4mm) 中原油田分公司
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第四章 天然气流量测量仪表
1、节流式差压流量计 ③常见的节流装置
标准喷嘴：它是一个以管道中心线为旋转轴的对称体。
喷嘴安装示意图 中原油田分公司
喷嘴结构示意图 廖德云 ldeyun@163.com
中原油田分公司 廖德云 高级可换孔板节流装置 ldeyun@163.com
第四章 天然气流量测量仪表
1、节流式差压流量计 ③常见的节流装置
标准孔板节流装置
一体化孔板节流装置
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第四章 天然气流量测量仪表
1、节流式差压流量计 ③常见的节流装置
标准孔板节流装置
2、体积流量
单位时间内流过的流体以体积表示，称为体积流量。常用Q表示
3、质量流量 单位时间流过的流体以质量表示，称为质量流量。常用 M表示。
质量流量和体积流量之间的换算关系是M=Q*ρ ， ρ是流体的密度。
常用单位有用m3/s、 m3/h、 t/h、L/h和kg/h等。 4、累积流量——一段时间内流体体积流量或质量流量的累计值 5、流量计量——对在一定通道内流动流体的流量进行测量。
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第四章 天然气流量测量仪表
1、节流式差压流量计 ③常见的节流装置
简易可换孔板节流装置
简易可换孔板节流装置
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第四章 天然气流量测量仪表
1、节流式差压流量计 ③常见的节流装置
普通可换孔板节流装置
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第四章 天然气流量测量仪表
1、节流式差压流量计 ③常见的节流装置
标准喷嘴：它是一个以管道中心线为旋转轴的对称体。
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第四章 天然气流量测量仪表
1、节流式差压流量计 ③常见的节流装置
文丘里管
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第四章 天然气流量测量仪表
50～1000 50～500 100～1200
准确度％
安装要求、特点
需直管段，压损大
±1～2
需直管段，压损中等 需直管段，压损小
体 积 流 量 计
均速管
转子流量计
液、气、蒸 汽 液、气 液、气、蒸 汽 液、气 液 液、气 液
25～9000
4～150
±1
±2
需直管段，压损小
垂直安装
靶式流量计
弯管流量计 椭圆齿轮流量计 容流 积量 式计 直接对仪表排出 的定量流体计数 确定流量 腰轮流量计 刮板流量计
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第四章 天然气流量测量仪表
1、节流式差压流量计 ③常见的节流装置
标准孔板
具有测量精度高，安装方便，使用范围广、造 价低等特点。广泛应用于各种介质的流量测量。 公称通径 DN15 ～ DN3000 （ mm ），适用介质 各 种液体,气体,饱和蒸汽,过热蒸汽
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泥浆、油漆、稀润滑脂等就属于非牛顿流体）否则应采取相应措施除去杂质。 （3）气流流经孔板时，其流束必须与管道轴线平行，不得有旋转流。
（4）孔板下游侧静压力与上游侧静压力之比大于或等于0.75。
（5）可接受的速度剖面条件为：横截面上任一点局部流速与最大流速的比值， 与很长直管段后管道横截面上之流速比值相差在 5％之内一致。
超声波流量计
液 气 固体粉料 液、气 液、气
需直管段， 无压损
质 量 流 量 计
直接式
间接式
直接检测与 热式质量流量计 质量流量成 冲量式质量流量计 比例的量来 科氏质量流量计 质量流量 同时测体积 体积流量经密度补偿 流量和流体 密度来计算 温度、压力补偿 质量流量
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下，以体积或能量的方法进行交接计量，目前基本上以体积计量为主。
天然气均以管道输送为主，采用流量计动态计量，所以天然气工作计量器具基本
上就是各类流量计、组分分析仪、流量计算机及补偿用的压力、温度仪表。
随着西气东输工程等大规模的天然气管道建设，管输天然气计量设备、仪表的配 备水平迅速提高，在新建的A级计量站中，超声流量计、涡轮流量计几乎全部取代了
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第四章 天然气流量测量仪表
1、节流式差压流量计 ③常见的节流装置
按照标准化程度分为：
标准节流装置：按照标准文件设计、制造、安装和使用，无须经实流校准即可
确定其流量值并估算流量测量误差;
主要有：标准孔板、ISA1932 喷嘴、长径喷嘴、文丘里管 GB2624-81规定的标准节流装置主要有：标准孔板、ISA1932 喷嘴
可测流体种 安装要求、 适用管径mm 准确度％ 类 特点
液、气 液、气 导电液体 4～600 ±0.1～0.5
需直管段， 装过滤器
需直管段
通过测量管 速流度量式 道截面上流 计 体平均流速 来测量流量
150～1000 ±0.5～1
直管段要求 6～2000 ±0.5～1.5 不高，无压 损
＞10 ±1 ±1 ±0.2～2 ±0.15 ±0.5
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第四章 天然气流量测量仪表
2、流量计的分类：
类 别 工作原理 仪表名称
孔板 节 流 式 差流 压量 式计 流体流过通管道 中的阻力件时产 生的压力差与流 量之间有确定关 系，通过测量差 压值求得流量 喷嘴 文丘里管 液、气、蒸 汽
可测流体种 类
适用管径mm
8、雷诺数
是流体流动中惯性力与粘性力比值的量度。是表征流体流动特性的一个重要参 数。 雷诺数小于2300时，表示流体黏性力较大，呈层流状态；大于 20000时，流体惯 性力较大，呈紊流状态；在2300和20000之间为层流到紊流的过渡区。 中原油田分公司 廖德云 ldeyun@163.com
第四章 天然气流量测量仪表
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第四章 天然气流量测量仪表
1、节流式差压流量计 ③常见的节流装置
标准孔板工作原理示意图
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第四章 天然气流量测量仪表
1、节流式差压流量计 ③常见的节流装置
标准孔板节流装置取压方式：
环室取压 单独钻孔取压。
Δp——气流流经孔板时产生的差压，
单位为帕(Pa)。 廖德云 ldeyun@163.com
第四章 天然气流量测量仪表
1、节流式差压流量计 ⑤气流条件
（1）气流通过节流装置必须是保持亚音速、稳定的或仅随时间缓慢变化的流动，
不适用于脉动流流量测量。
（2）气流必须是单相的牛顿流体（是指满足牛顿内摩擦定律的流体，如果是