天然气流量计算

天然气流量计算1第一页，共五十页，编辑于2023年，星期五3.质量式流量计为一种处于发展中的仪表，它不受温度、压力、气体偏差系数影响，具有直读瞬时和累计的特点。如涡轮流量计，靶式流量计等。第一节

差压法测气原理一、孔板差压流量计它是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流元件时产生的压力差与其流量间的对应关系，通过测量压差实现对流量的测量。2第二页，共五十页，编辑于2023年，星期五

如图7-1所示，差压式流量计由节流装置、导压管和差压计三大部分所组成。

图7－1差压式流量计组成示意图－上游侧第二阻流件；2－上游侧第一阻流件；3、5－孔板前后测量管；4－孔板和孔板夹持器；6－下游侧第一阻流件；7－导压管；8－差压计；L0－第一阻流件与第二阻流件之间的直管段；L1L2－孔板上下游侧的直管段

3第三页，共五十页，编辑于2023年，星期五二、差压法测气原理充满管道的流体，当它流经管道内节流装置(如孔板)时，流速将在节流装置处形成局部收缩，将使部分压能转为动能，其结果使流速增加，静压降低，在节流装置前后产生了压力降，

如图7-2所示。流束局部收缩：被测流体流经节流装置时，节流装置前后的特性和压力分布图7-2所示。图7-2孔板前后压力和流速分布图4第四页，共五十页，编辑于2023年，星期五

差压的产生：由于流体运动的惯性，流经节流装置后流体将继续保持原来的流动方向，在孔板出口端面Ⅱ处形成一最小收缩截面F2，此处流速截面最小，流速达最大，压力最低。此后，流束又逐渐扩大，压力逐渐恢复升高，直至流体充满整个管道，压力恢复到最大值。标准孔板所产生的压差，通过导压管将差压讯号传递给差压计，并由差压计显示出来。角接取压：角接取压孔板夹持器可以是单独钻孔取压器件，或是环室取压。

单独钻孔取压规定上游侧静压由前夹紧环取出，下游侧静压由后夹紧环取出。环室取压规定孔板上游侧静压由前环室取出，下游侧静压由后环室取出。见图7-3。5第五页，共五十页，编辑于2023年，星期五法兰取压：指测量管法兰上带有符合有关规定的取压器件，并规定上、下游取压孔的间距均为25.4mm，且是从孔板的上游端面量起。取压孔间距是指取压孔轴线与孔板的某一规定端面的距离。见图7-4图7-4法兰取压孔板夹持器

图7-3角接取压孔板夹持器

1－孔板；2－夹紧环；a－环隙宽度或取压孔直径；f－环隙厚度；c、c`－上、下游夹紧环长度；b－夹紧环内径；s－上游台阶到夹紧环的距离6第六页，共五十页，编辑于2023年，星期五其原理为：流体通过节流装置处，流束将形成局部收缩，使部分压能转化为动能，使流速增加，静压降低，在节流装置前后产生压差，流量越大，压差也越大，反之，越小，通过测量压差的大小，就可间接地计算气体流量。7第七页，共五十页，编辑于2023年，星期五三、气动差压变送器1.气动差压变送器的工作原理气动差压变送器是将差压转换为成比例的标准信号（0.02～0.10MPa）它基于力矩平衡原理工作，采用了负反馈的补偿线路。单杠杆差压变送器结构如图7-5所示。

图7－5单杆差变压器结构图

1－膜盒；2－弹簧片；3－主杠杆；4－轴封膜片；5－顶针架；6－挡板；7－喷嘴；8－气动放大器；9－波纹管8第八页，共五十页，编辑于2023年，星期五单杠杆机构受力情况如图7-6所示在主杠杆上作用两个力：一个是测量力F，另一个是反馈力Ff，其大小分别为：Fi；、Ff作用在主杠杆上，产生了测量力矩Mi；、和反馈力矩Mf，它们的方向相反，大小分别为当主杠杆处于平衡状态时，则M一M，即：

（7－1）（7－2）（7－3）（7—4）（7—5）图7-6差压变送器杠杆机构受力图9第九页，共五十页，编辑于2023年，星期五2．安装及操作

（1）节流装置的安装（2）变送器的安装（3）操作（自学）

3．LGE系列的可换孔板流量计LGE系列可换孔板节流计量装置（现W10—3油田对涠洲终端供气用）是一种结构新颖的流量检测仪表，其特点是将节流元件（孔板）精确地安装在固定的座体内，在不拆动管线或不停止流体输送的情况下，可以方便地对孔板进行更换和对计量管道进行清扫，从而保证了计量精度，减小维护的工作量。4．FOXBORO系列差压流量计海上油田普遍使用易于维护、高精确度的气体差压式流量计，主要有FOXBORO气动的13A、15A、13Hd／pcellTM系列和电动823d／pcellTM系列。

10第十页，共五十页，编辑于2023年，星期五（1）安装要求

见图（7—7）以上的安装是按照美国

GASASSOCIATION标准的要求。在变送器前面使用一个整流叶片（STRAIGHTENINGVANES），目的是在孔板和STRAIGHTENINGVANES之间形成一个平稳的、线性的流体，以达到精确计量气体流量的目的。STRAIGHTENINGVANES是一个由多个焊在一起的导引管组成并固定在计量管壁上的仪器，该仪器由FOXBORO生产，在国内也叫整流器。图7－7变送器安装示意图

11第十一页，共五十页，编辑于2023年，星期五1）对孔板喷嘴上、下游管段的要求2）对设置测压孔的要求3）变送器安装位置要求

要满足以上所述基本安装要求，具体如图7－8。图7－8差压式流量变送器安装位置图12第十二页，共五十页，编辑于2023年，星期五

第二节

气计量

近年随着电子工业的发展，已引进计算机进行计量数据的处理，但基础仍然为孔板流量计。天然气流量计量系统一般如图7－10所示，主要由：①计量直管段；③标准孔板；③标准孔板夹持器；④温度、压力、记录仪（目前一般采用变送器）；⑤流量记录仪或计算机；⑥专门从流量计算机读取数据并进行有效存储管理的计算机等组成。

图7－10天然气流量计量系统简图

13第十三页，共五十页，编辑于2023年，星期五一、单井气计量1．孔板流量计测量单井气量的常规计算目前，使用孔板流量计测量单井气量一般使用以下实用公式:标准状况指在温度为15℃、压力为760mmHg的环境下。孔板综合校正系数K由Ko、Re、Y三个校正系数产生。Ko为孔板校正系数，是截面积比m的函数，截面积比m由下式得到：

式中：d——孔板直径，mm；D——管道内径，mm。孔板直径d和管道内径D间的关系见图7－9。（7－6）

（7－7）

14第十四页，共五十页，编辑于2023年，星期五根据压差取样口的位置分为法兰取样和管线取样，见图7－11。由截面积比m的值和压差取样口的位置，查相应的图7－12或图7－13，可得到Ko。图7－11（a）压差管线取样图7－12（b）压差法兰取样15第十五页，共五十页，编辑于2023年，星期五

为简化计算过程将雷诺数系数Re、膨胀系数Y值取互。孔板压差Hw由孔板流量计的Barton记录仪记录在Barton卡片上。由于有些记录仪以英寸水柱为单位，孔板压差Hw的值需转换为毫米水柱，毫米水柱和英寸水柱的转换关系为：1毫米水柱＝1英寸水柱×25．4。孔板压差HW平均值由下式得出：

（7－8）

16第十六页，共五十页，编辑于2023年，星期五

气体压缩系数Zo，是视温Tr和视压pr的函数。Tr和pr由下式得到

测试分离器压力Po（指绝对压力）单位为105Pa；测试分离器温度To（指绝对温度）可由下式得出T＝T℃＋273，K；Tc和Pc由气相对密度查图7－15获得。利用已知po和pc，To和Tc计算出视温Tr和视压pr，通过视温Tr和视压pr查图7－16，可得到气体压缩系数Zo。将各参数的值代人公式，经计算可得到单井气产量。（7－9）Pr＝

（7－10）17第十七页，共五十页，编辑于2023年，星期五2．单井气量的计算实例例

某生产井产气的各测量参数值如下：孔板直径

d=63.5rnm；管道内径

D=142·5mm；测试分离器压力

po＝3.35MPa；测试分离器温度

To＝58℃；气相对密度

由孔板直径d＝63.5mm和管道内径D＝142.5mm得截面积比m=63.5／142.5=0.1986由截面积比m=0.1986，查相应的图7－13，可得到Ko=0.615为简化计算过程将雷诺数系数Re、膨胀系数Y的值取1气体压缩系数Zo的获得方法：18第十八页，共五十页，编辑于2023年，星期五测试分离器压力Po（指绝对压力）=3.35＋0.1=3.36MPa=33.6×105Pa测试分离器温度To（指绝对温度）=58＋273=331K由气相对密度0.746，查图7－15得TC＝227K和Pc=46.0105Pa通过视温Tr和视压Pr查图7－16，可得到气体压缩系数Z。=0．93将各参数的值代人公式：

Tr=

视温

视压

Tc=

qg=0.18943Kd2

=0.18943

=8363.7519第十九页，共五十页，编辑于2023年，星期五二

油田总产气量的计量油田总产气量的计量的计算方法：1.单井产气量累计法根据各生产井单井测试的产气量求和累计可计算出油田总产气量。式中：Qg——油田总产气量；qg——生产井单井产气量;n——生产井井数；T——生产井生产小时数。2．Pr输气量累计法将油田的各外输气流量计流量值进行累计，再加上原油分离器气出口的气量得到油田总产气量。Qg=

(7－12)

20第二十页，共五十页，编辑于2023年，星期五注意讲法：三、现场实用计算公式(1)流量计卡片

CWD双波纹管差压计所用记录纸为园形，由钟表机构驱动，24小时顺时针方向转动一圈。广泛使用的记录纸为L-100(最大格数为100格)的开方卡片。开方卡片的特点是各同心园的间隔不是等距离的，并且从卡片上读出的记录数不是静压、差压的直接读数，而是静压、差压值的平方根相当于最大规格的百分数。即：将读得的格数经换算后，才能得出静压，差压的具体数值，其换算如下：21第二十一页，共五十页，编辑于2023年，星期五格数与差压的关系格数与静压的关系式中

Hmax、pmax——流量计的最大差压和附记压力(最大静压)，Pa、MPa；

hw、p1——实测的差压和静压值；

h、p——流量开方卡片上差压和静压实际指示格数。（7-2-27）（7-2-28）22第二十二页，共五十页，编辑于2023年，星期五由上述两式可得

例5-1已知某双波纹管差压计差压量程为40000Pa，附记压力为6.4MPa，使用L-100开方卡片，差压指示格数h’＝60格。静压指示格数为p’＝50格，求实际静、差压值。

（7-2-29）23第二十三页，共五十页，编辑于2023年，星期五解：由公式（7-2-27）、（7-2-28）

代入数据计算得

p1=1.6MPahw=14400Pa

故实际静压值为1.6MPa，实际差压值为14400Pa

24第二十四页，共五十页，编辑于2023年，星期五(1)算术平均法

将记录卡片上每小时的平均静压和平均差压格数分别相加，并除以全天的生产小时。显然，算术平均法要求记录出的曲线较平缓，取点数较多，算术平均法的精确度才高。因此，算术平均法受取点次数的限制，在静、差压波动大的场合使用误差较大。(2)相当半径法用径向方根求积仪将记录卡片上静、差压指针划出的不规则曲线所包围的面积用描迹针重复划出，此时，径面方根求积仪上所显示出的数据就是曲线所包围面积的相当半径，即静、差压的指示格数。25第二十五页，共五十页，编辑于2023年，星期五径向方根求积分包括记录园盘和求积分两部分组成，求积仪结构如图7-5所示。使用方法：先将记录卡片中心孔套在记录纸盘中心轴上，用压紧螺母压紧记录纸，再将求积仪的计算机构回零位，把求积仪曲线槽套在记录纸盘中心轴上，移动描述迹针从始点沿静、差压曲线回转一周，回到始点位置。从计算机构上读出的数值，即为24小时静、差压的平均格数。

3.取值方法和计算规定为检查流量计记录值的准确性，应随时对流量计的零位进行校对。

26第二十六页，共五十页，编辑于2023年，星期五差压的零位在卡片的零位线上。而静压是绝对压力，其零位应在当地大气压所相对立的格数上。如取当

地大气压力为0.101325MPa，可由静压换算公式求出静压指针起始点格数。

例5-2已知：某台流量计，附记压力为16MPa，使用L-100开方卡片，记录笔指针起始点格数应在何处？解

格

因此，静压记录笔指针起始点位置应放在7.96格处。

27第二十七页，共五十页，编辑于2023年，星期五解：Pmax＝=答：这台仪表Pmax为6兆帕，Hmax为0.025兆帕。28第二十八页，共五十页，编辑于2023年，星期五1.卡片参数换算公式等格卡片的换算公式如下：

(9－36)开方卡片的换算公式：（9－37）当换算静压时公式变为：（9－38）29第二十九页，共五十页，编辑于2023年，星期五（9－39）（9－40）当换算差压时公式变为：

（9－41）

（9－42）30第三十页，共五十页，编辑于2023年，星期五开方卡片参数之间的换算关系应熟练掌握，灵活应用。等格卡片与开方卡片参数的相互换算:由式（9－36）（9－38）2得：现场上经常使用的是L＝100格卡片，则上式变为：（9－43）31第三十一页，共五十页，编辑于2023年，星期五〔例9－2〕某站新到CWD－430仪表一台，因仪表的铭牌丢失，故不知仪表的规范。经校验知道，在L＝100的开方卡片上，静压指针在70格时，真重压力为2.94兆帕（绝）；差压指针在60格时；U形管压力计上为0.009兆帕的压差。试问这台仪表的规格p大`H各是多少兆帕？解：答：该日静压开方卡片的格数应为77.5，差压开方卡片的格数应为83.7。32第三十二页，共五十页，编辑于2023年，星期五〔例9-3〕某井站某日值班人员误把等格卡片当作开方卡片装在仪表上，当日静压平均格子数为60，差压平均格数为70，请将这等格卡片的格子数换算为开方卡片的格子数。解：答：该日静压开方卡片的格数应为77.5，差压开方卡片的格数应为83.7。33第三十三页，共五十页，编辑于2023年，星期五2.零位格的计算公式为了检查流量计记录值的准确性，每周都要校对流量计的零（0）位格数。流量计记录的差压是孔板上.下流压力之差。因此它的0位格应在卡片的0刻度线上，而静压力是绝对压力，所以0位格应在当地大气压相对应的格数上，四川地区取大气压力＝0.1兆帕。故静压0位格，由静压换算公式可求出。使用等格卡片时，由（9－36）式得：

式中——0位格数。其余符号同前。

34第三十四页，共五十页，编辑于2023年，星期五使用L＝100的开方卡片时，由（9－40）式推导得：由上式可知，当使用100格开方卡片时，流量计的静压规范（仪表附记压力值）的不同而相应变化。对于一台固定了的流量计，它的附记压力已定，则0

p大（兆帕）1.62.5461016

p0（格）252015.812.9107.93.流量计卡片换算系数F

在流量计卡片上读出来的值（格数），不是流量公式中的静，差压值，为了计算方便，将卡片读数换算为静，差压值读数。换算过程：

35第三十五页，共五十页，编辑于2023年，星期五36第三十六页，共五十页，编辑于2023年，星期五则式中F——流量计卡片换算系数；

Fp——静压卡片换算系数；

FH——差压卡片换算系数。其余符号同前

[例9—4]有一台CWD—430型差压计，最大静压P大=1600千帕（绝），最大差压H大=70格，静压指示格数=60格，求静压P1及差压hw;当Ah用0.008686及0.26915时，卡片系数F分别是多少？37第三十七页，共五十页，编辑于2023年，星期五解：38第三十八页，共五十页，编辑于2023年，星期五答：静压P1为576千帕（绝），差压hw为4900帕；当Ah用0.008686及0.26915时，卡片系数F分别是0.4和0.0129。39第三十九页，共五十页，编辑于2023年，星期五三、天然气销售计量在天然气销售计量中，国外多以能量流量作为结算依据。

=式中：W——能量热值，MJ或

Btu（BRITISHTHERMALUNIT）；Qg——英制标准状态（600F，14.696psi）或公制标准状态（200C，0．101325MPa）流量；V——每标准立方米或立方英尺所含的热量，MJ／m3（由实验分析确定）。1．天然气计量系统的工艺流程

=40第四十页，共五十页，编辑于2023年，星期五2．天然气流量计检定简介气体流量计量值传递系统如图7－17所示。标准孔板节流装置的检定主要是检查测量孔板，看孔板的各项指标是否符合要求。孔板结构示意图如图4－18。(1)检定技术要求1）外观2）几何尺寸和极限偏差3）形状和位置公差孔板各部位的形状和位置公差应符合表7－1。41第四十一页，共五十页，编辑于2023年，星期五

表7－1孔板各部位的形状和位置公差要求

42第四十二页，共五十页，编辑于2023年，星期五4）表面粗糙度孔板各部位的表面粗糙度应符合表7－2。

表7－42～6in计量站由两取压孔间部件机械缺陷引起的常见误差表7－2孔板各部位的表面粗糙度要求

单位：43第四十三页，共五十页，编辑于2023年，星期五3．常见孔板计量误差原因及检验（1）误差原因天然气计量精度由多种因素控制，但主要由以下两大因素来控制：一方面是工程设计，另一方面是日常操作和维护管理。表7—3和表7—4是美国联合气体管道公司及佛罗里达输气工程公司对差压式标准孔板计量的一些研究数据，研究表明，在绝大多数情下，计量的天燃气体积要比实际体积少（2）检验由于计量的重要性，对其进行检验是非常必要的，以确保其合法及公正的利益。下面是对计量进行检验的几个要点：44第四十四页，共五十页，编辑于2023年，星期五①错误计量：②保密性：数据及合同等相关