第七章天然氣流量計算

單位時間內流過管路橫截面積的天然氣流體數量，稱為天然氣流量。天然氣流量常用體積流量表示。測量氣體流量的方法和儀表種類較多，而用于天然氣的主要有三類：

1.容積式流量計容積式流量計是使氣體充滿一定容積的空間來測量流量，如羅茨流量計、濕式流量計和皮囊式流量計等。

2.速度式流量計速度式流量計是以測量在管道內流體平均流速為依據，在已知管道截面積的條件下，測量氣體流量。如孔板差壓流量計、監(jiān)界速度流量計等。

1第七章天然氣流量計算

單位時間內流過管路橫截面積的天然3.質量式流量計為一種處于發(fā)展中的儀表，它不受溫度、壓力、氣體偏差系數影響，具有直讀瞬時和累計的特點。如渦輪流量計，靶式流量計等。第一節(jié)

差壓法測氣原理一、孔板差壓流量計它是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經節(jié)流元件時產生的壓力差與其流量間的對應關系，通過測量壓差實現對流量的測量。23.質量式流量計2

如圖7-1所示，差壓式流量計由節(jié)流裝置、導壓管和差壓計三大部分所組成。

圖7－1差壓式流量計組成示意圖－上游側第二阻流件；2－上游側第一阻流件；3、5－孔板前后測量管；4－孔板和孔板夾持器；6－下游側第一阻流件；7－導壓管；8－差壓計；L0－第一阻流件與第二阻流件之間的直管段；L1L2－孔板上下游側的直管段

3

圖7－1差壓式流量計組成示意圖－上游側第二阻流件；2二、差壓法測氣原理充滿管道的流體，當它流經管道內節(jié)流裝置(如孔板)時，流速將在節(jié)流裝置處形成局部收縮，將使部分壓能轉為動能，其結果使流速增加，靜壓降低，在節(jié)流裝置前后產生了壓力降，

如圖7-2所示。流束局部收縮：被測流體流經節(jié)流裝置時，節(jié)流裝置前后的特性和壓力分布圖7-2所示。圖7-2孔板前后壓力和流速分布圖4二、差壓法測氣原理圖7-2孔板前后壓力和流速分布圖4

差壓的產生：由于流體運動的慣性，流經節(jié)流裝置后流體將繼續(xù)保持原來的流動方向，在孔板出口端面Ⅱ處形成一最小收縮截面F2，此處流速截面最小，流速達最大，壓力最低。此后，流束又逐漸擴大，壓力逐漸恢復升高，直至流體充滿整個管道，壓力恢復到最大值。標準孔板所產生的壓差，通過導壓管將差壓訊號傳遞給差壓計，并由差壓計顯示出來。角接取壓：角接取壓孔板夾持器可以是單獨鉆孔取壓器件，或是環(huán)室取壓。

單獨鉆孔取壓規(guī)定上游側靜壓由前夾緊環(huán)取出，下游側靜壓由后夾緊環(huán)取出。環(huán)室取壓規(guī)定孔板上游側靜壓由前環(huán)室取出，下游側靜壓由后環(huán)室取出。見圖7-3。5差壓的產生：由于流體運動的慣性，流經節(jié)流裝置后流體將法蘭取壓：指測量管法蘭上帶有符合有關規(guī)定的取壓器件，并規(guī)定上、下游取壓孔的間距均為25.4mm，且是從孔板的上游端面量起。取壓孔間距是指取壓孔軸線與孔板的某一規(guī)定端面的距離。見圖7-4圖7-4法蘭取壓孔板夾持器

圖7-3角接取壓孔板夾持器

1－孔板；2－夾緊環(huán)；a－環(huán)隙寬度或取壓孔直徑；f－環(huán)隙厚度；c、c`－上、下游夾緊環(huán)長度；b－夾緊環(huán)內徑；s－上游臺階到夾緊環(huán)的距離6法蘭取壓：指測量管法蘭上帶有符合有關規(guī)定的取壓器件，并規(guī)定上其原理為：流體通過節(jié)流裝置處，流束將形成局部收縮，使部分壓能轉化為動能，使流速增加，靜壓降低，在節(jié)流裝置前后產生壓差，流量越大，壓差也越大，反之，越小，通過測量壓差的大小，就可間接地計算氣體流量。7其原理為：流體通過節(jié)流裝置處，流束將形成局部收縮，使三、氣動差壓變送器1.氣動差壓變送器的工作原理氣動差壓變送器是將差壓轉換為成比例的標準信號（0.02～0.10MPa）它基于力矩平衡原理工作，采用了負反饋的補償線路。單杠桿差壓變送器結構如圖7-5所示。

圖7－5單桿差變壓器結構圖

1－膜盒；2－彈簧片；3－主杠桿；4－軸封膜片；5－頂針架；6－擋板；7－噴嘴；8－氣動放大器；9－波紋管8三、氣動差壓變送器圖7－5單桿差變壓器結構圖1－膜盒；2單杠桿機構受力情況如圖7-6所示在主杠桿上作用兩個力：一個是測量力F，另一個是反饋力Ff，其大小分別為：Fi；、Ff作用在主杠桿上，產生了測量力矩Mi；、和反饋力矩Mf，它們的方向相反，大小分別為當主杠桿處于平衡狀態(tài)時，則M一M，即：

（7－1）（7－2）（7－3）（7—4）（7—5）圖7-6差壓變送器杠桿機構受力圖9單杠桿機構受力情況如圖7-6所示（7－1）（7－2）（7－32．安裝及操作

（1）節(jié)流裝置的安裝（2）變送器的安裝（3）操作（自學）

3．LGE系列的可換孔板流量計LGE系列可換孔板節(jié)流計量裝置（現W10—3油田對潿洲終端供氣用）是一種結構新穎的流量檢測儀表，其特點是將節(jié)流元件（孔板）精確地安裝在固定的座體內，在不拆動管線或不停止流體輸送的情況下，可以方便地對孔板進行更換和對計量管道進行清掃，從而保證了計量精度，減小維護的工作量。4．FOXBORO系列差壓流量計海上油田普遍使用易于維護、高精確度的氣體差壓式流量計，主要有FOXBORO氣動的13A、15A、13Hd／pcellTM系列和電動823d／pcellTM系列。

102．安裝及操作10（1）安裝要求

見圖（7—7）以上的安裝是按照美國

GASASSOCIATION標準的要求。在變送器前面使用一個整流葉片（STRAIGHTENINGVANES），目的是在孔板和STRAIGHTENINGVANES之間形成一個平穩(wěn)的、線性的流體，以達到精確計量氣體流量的目的。STRAIGHTENINGVANES是一個由多個焊在一起的導引管組成并固定在計量管壁上的儀器，該儀器由FOXBORO生產，在國內也叫整流器。圖7－7變送器安裝示意圖

11（1）安裝要求見圖（7—7）圖7－71）對孔板噴嘴上、下游管段的要求2）對設置測壓孔的要求3）變送器安裝位置要求

要滿足以上所述基本安裝要求，具體如圖7－8。圖7－8差壓式流量變送器安裝位置圖121）對孔板噴嘴上、下游管段的要求圖7－8差壓式流量變送器安

第二節(jié)

氣計量

近年隨著電子工業(yè)的發(fā)展，已引進計算機進行計量數據的處理，但基礎仍然為孔板流量計。天然氣流量計量系統(tǒng)一般如圖7－10所示，主要由：①計量直管段；③標準孔板；③標準孔板夾持器；④溫度、壓力、記錄儀（目前一般采用變送器）；⑤流量記錄儀或計算機；⑥專門從流量計算機讀取數據并進行有效存儲管理的計算機等組成。

圖7－10天然氣流量計量系統(tǒng)簡圖

13

第二節(jié)氣計量

近年隨著電子工業(yè)的發(fā)展一、單井氣計量1．孔板流量計測量單井氣量的常規(guī)計算目前，使用孔板流量計測量單井氣量一般使用以下實用公式:標準狀況指在溫度為15℃、壓力為760mmHg的環(huán)境下?？装寰C合校正系數K由Ko、Re、Y三個校正系數產生。Ko為孔板校正系數，是截面積比m的函數，截面積比m由下式得到：

式中：d——孔板直徑，mm；D——管道內徑，mm。孔板直徑d和管道內徑D間的關系見圖7－9。（7－6）

（7－7）

14一、單井氣計量（7－6）（7－7）14根據壓差取樣口的位置分為法蘭取樣和管線取樣，見圖7－11。由截面積比m的值和壓差取樣口的位置，查相應的圖7－12或圖7－13，可得到Ko。圖7－11（a）壓差管線取樣圖7－12（b）壓差法蘭取樣15根據壓差取樣口的位置分為法蘭取樣和管線取樣，見

為簡化計算過程將雷諾數系數Re、膨脹系數Y值取互?？装鍓翰頗w由孔板流量計的Barton記錄儀記錄在Barton卡片上。由于有些記錄儀以英寸水柱為單位，孔板壓差Hw的值需轉換為毫米水柱，毫米水柱和英寸水柱的轉換關系為：1毫米水柱＝1英寸水柱×25．4?？装鍓翰頗W平均值由下式得出：

（7－8）

16（7－8）16

氣體壓縮系數Zo，是視溫Tr和視壓pr的函數。Tr和pr由下式得到

測試分離器壓力Po（指絕對壓力）單位為105Pa；測試分離器溫度To（指絕對溫度）可由下式得出T＝T℃＋273，K；Tc和Pc由氣相對密度查圖7－15獲得。利用已知po和pc，To和Tc計算出視溫Tr和視壓pr，通過視溫Tr和視壓pr查圖7－16，可得到氣體壓縮系數Zo。將各參數的值代人公式，經計算可得到單井氣產量。（7－9）Pr＝

（7－10）17氣體壓縮系數Zo，是視溫Tr和視壓pr的函數。Tr和p2．單井氣量的計算實例例

某生產井產氣的各測量參數值如下：孔板直徑

d=63.5rnm；管道內徑

D=142·5mm；測試分離器壓力

po＝3.35MPa；測試分離器溫度

To＝58℃；氣相對密度

由孔板直徑d＝63.5mm和管道內徑D＝142.5mm得截面積比m=63.5／142.5=0.1986由截面積比m=0.1986，查相應的圖7－13，可得到Ko=0.615為簡化計算過程將雷諾數系數Re、膨脹系數Y的值取1氣體壓縮系數Zo的獲得方法：182．單井氣量的計算實例18測試分離器壓力Po（指絕對壓力）=3.35＋0.1=3.36MPa=33.6×105Pa測試分離器溫度To（指絕對溫度）=58＋273=331K由氣相對密度0.746，查圖7－15得TC＝227K和Pc=46.0105Pa通過視溫Tr和視壓Pr查圖7－16，可得到氣體壓縮系數Z。=0．93將各參數的值代人公式：

Tr=

視溫

視壓

Tc=

qg=0.18943Kd2

=0.18943

=8363.7519測試分離器壓力Po（指絕對壓力）=3.35＋0.1=3.36二

油田總產氣量的計量油田總產氣量的計量的計算方法：1.單井產氣量累計法根據各生產井單井測試的產氣量求和累計可計算出油田總產氣量。式中：Qg——油田總產氣量；qg——生產井單井產氣量;n——生產井井數；T——生產井生產小時數。2．Pr輸氣量累計法將油田的各外輸氣流量計流量值進行累計，再加上原油分離器氣出口的氣量得到油田總產氣量。Qg=

(7－12)

20二油田總產氣量的計量Qg=(7－12)20注意講法：三、現場實用計算公式(1)流量計卡片

CWD雙波紋管差壓計所用記錄紙為園形，由鐘表機構驅動，24小時順時針方向轉動一圈。廣泛使用的記錄紙為L-100(最大格數為100格)的開方卡片。開方卡片的特點是各同心園的間隔不是等距離的，并且從卡片上讀出的記錄數不是靜壓、差壓的直接讀數，而是靜壓、差壓值的平方根相當于最大規(guī)格的百分數。即：將讀得的格數經換算后，才能得出靜壓，差壓的具體數值，其換算如下：21注意講法：21格數與差壓的關系格數與靜壓的關系式中

Hmax、pmax——流量計的最大差壓和附記壓力(最大靜壓)，Pa、MPa；

hw、p1——實測的差壓和靜壓值；

h、p——流量開方卡片上差壓和靜壓實際指示格數。（7-2-27）（7-2-28）22格數與差壓的關系（7-2-27）（7-2-28）22由上述兩式可得

例5-1已知某雙波紋管差壓計差壓量程為40000Pa，附記壓力為6.4MPa，使用L-100開方卡片，差壓指示格數h’＝60格。靜壓指示格數為p’＝50格，求實際靜、差壓值。

（7-2-29）23由上述兩式可得（7-2-29）23解：由公式（7-2-27）、（7-2-28）

代入數據計算得

p1=1.6MPahw=14400Pa

故實際靜壓值為1.6MPa，實際差壓值為14400Pa

24解：由公式（7-2-27）、（7-2-28）24(1)算術平均法

將記錄卡片上每小時的平均靜壓和平均差壓格數分別相加，并除以全天的生產小時。顯然，算術平均法要求記錄出的曲線較平緩，取點數較多，算術平均法的精確度才高。因此，算術平均法受取點次數的限制，在靜、差壓波動大的場合使用誤差較大。(2)相當半徑法用徑向方根求積儀將記錄卡片上靜、差壓指針劃出的不規(guī)則曲線所包圍的面積用描跡針重復劃出，此時，徑面方根求積儀上所顯示出的數據就是曲線所包圍面積的相當半徑，即靜、差壓的指示格數。25(1)算術平均法25徑向方根求積分包括記錄園盤和求積分兩部分組成，求積儀結構如圖7-5所示。使用方法：先將記錄卡片中心孔套在記錄紙盤中心軸上，用壓緊螺母壓緊記錄紙，再將求積儀的計算機構回零位，把求積儀曲線槽套在記錄紙盤中心軸上，移動描述跡針從始點沿靜、差壓曲線回轉一周，回到始點位置。從計算機構上讀出的數值，即為24小時靜、差壓的平均格數。

3.取值方法和計算規(guī)定為檢查流量計記錄值的準確性，應隨時對流量計的零位進行校對。

26徑向方根求積分包括記錄園盤和求積分兩部分組成，求積差壓的零位在卡片的零位線上。而靜壓是絕對壓力，其零位應在當地大氣壓所相對立的格數上。如取當

地大氣壓力為0.101325MPa，可由靜壓換算公式求出靜壓指針起始點格數。

例5-2已知：某臺流量計，附記壓力為16MPa，使用L-100開方卡片，記錄筆指針起始點格數應在何處？解

格

因此，靜壓記錄筆指針起始點位置應放在7.96格處。

27差壓的零位在卡片的零位線上。而靜壓是絕對壓力，其零位應在當地解：Pmax＝=答：這臺儀表Pmax為6兆帕，Hmax為0.025兆帕。28解：Pmax＝=281.卡片參數換算公式等格卡片的換算公式如下：

(9－36)開方卡片的換算公式：（9－37）當換算靜壓時公式變?yōu)椋海?－38）291.卡片參數換算公式29（9－39）（9－40）當換算差壓時公式變?yōu)椋?/p>

（9－41）

（9－42）30

開方卡片參數之間的換算關系應熟練掌握，靈活應用。等格卡片與開方卡片參數的相互換算:由式（9－36）（9－38）2得：現場上經常使用的是L＝100格卡片，則上式變?yōu)椋海?－43）31開方卡片參數之間的換算關系應熟練掌握，靈活應用?！怖?－2〕某站新到CWD－430儀表一臺，因儀表的銘牌丟失，故不知儀表的規(guī)范。經校驗知道，在L＝100的開方卡片上，靜壓指針在70格時，真重壓力為2.94兆帕（絕）；差壓指針在60格時；U形管壓力計上為0.009兆帕的壓差。試問這臺儀表的規(guī)格p大`H各是多少兆帕？解：答：該日靜壓開方卡片的格數應為77.5，差壓開方卡片的格數應為83.7。32〔例9－2〕某站新到CWD－430儀表一臺，因儀表的銘牌丟失〔例9-3〕某井站某日值班人員誤把等格卡片當作開方卡片裝在儀表上，當日靜壓平均格子數為60，差壓平均格數為70，請將這等格卡片的格子數換算為開方卡片的格子數。解：答：該日靜壓開方卡片的格數應為77.5，差壓開方卡片的格數應為83.7。33〔例9-3〕某井站某日值班人員誤把等格卡片當作開方卡片裝在儀2.零位格的計算公式為了檢查流量計記錄值的準確性，每周都要校對流量計的零（0）位格數。流量計記錄的差壓是孔板上.下流壓力之差。因此它的0位格應在卡片的0刻度線上，而靜壓力是絕對壓力，所以0位格應在當地大氣壓相對應的格數上，四川地區(qū)取大氣壓力＝0.1兆帕。故靜壓0位格，由靜壓換算公式可求出。使用等格卡片時，由（9－36）式得：

式中——0位格數。其余符號同前。

342.零位格的計算公式34使用L＝100的開方卡片時，由（9－40）式推導得：由上式可知，當使用100格開方卡片時，流量計的靜壓規(guī)范（儀表附記壓力值）的不同而相應變化。對于一臺固定了的流量計，它的附記壓力已定，則0

p大（兆帕）1.62.5461016

p0（格）252015.812.9107.93.流量計卡片換算系數F

在流量計卡片上讀出來的值（格數），不是流量公式中的靜，差壓值，為了計算方便，將卡片讀數換算為靜，差壓值讀數。換算過程：

35使用L＝100的開方卡片時，由（9－40）式推導得：3636則式中F——流量計卡片換算系數；

Fp——靜壓卡片換算系數；

FH——差壓卡片換算系數。其余符號同前

[例9—4]有一臺CWD—430型差壓計，最大靜壓P大=1600千帕（絕），最大差壓H大=70格，靜壓指示格數=60格，求靜壓P1及差壓hw;當Ah用0.008686及0.26915時，卡片系數F分別是多少？37則37解：38解：38答：靜壓P1為576千帕（絕），差壓hw為4900帕；當Ah用0.008686及0.26915時，卡片系數F分別是0.4和0.0129。3939三、天然氣銷售計量在天然氣銷售計量中，國外多以能量流量作為結算依據。

=式中：W——能量熱值，MJ或

Btu（BRITISHTHERMALUNIT）；Qg——英制標準狀態(tài)（600F，14.696psi）或公制標準狀態(tài)（200C，0．101325MPa）流量；V——每標準立方米或立方英尺所含的熱量，MJ／m3（由實驗分析確定）。1．天然氣計量系統(tǒng)的工藝流程

=40三、天然氣銷售計量=402．天然氣流量計檢定簡介氣體流量計量值傳遞系統(tǒng)如圖7－17所示。標準孔板節(jié)流裝置的檢定主要是檢查測量孔板，看孔板的各項指標是否符合要求?？装褰Y構示意圖如圖4－18。(1)檢定技術要求1）外觀2）幾何尺寸和極限偏差3）形狀和位置公差孔板各部位的形狀和位置公差應符合表7－1。412．天然氣流量計檢定簡介41

表7－1孔板各部位的形狀和位置公差要求

42表7－1孔板各部位的形4）表面粗糙度孔板各部位的表面粗糙度應符合表7－2。

表7－42～6in計量站由兩取壓孔間部件機械缺陷引起的常見誤差表7－2孔板各部位的表面粗糙度要求

單位：434）表面粗糙度表7－42～6in計量站由兩取壓孔間部件機3．常見孔板計量誤差原因及檢驗（1）誤差原因天然氣計量精度由多種因素控制，但主要由以下兩大因素來控制：一方面是工程設計，另一方面是日常操作和維護管理。表7—3和表7—4是美國聯(lián)合氣體管道公司及佛羅里達輸氣工程公司對差壓式標準孔板計量的一些研究數據，研究表明，在絕大多數情下，計量的天燃氣體積要比實際體積少（2）檢驗由于計量的重要性，對其進行檢驗是非常必要的，以確保其合法及公正的利益。下面是對計量進行檢驗的幾個要點：443．常見孔板計量誤差原因及檢驗44①錯誤計量：②保密性：數據及合同等相關事宜。③文件記錄：文件存檔的完整性和連續(xù)性。

④證書：計量關鍵設備的有效性。⑤計算機的正確性：用一公認的標準程序來檢驗計算程序是否正確。⑥對錯誤計量進行糾正的合理性。

45①錯誤計量：45第三節(jié)墊圈流量計和臨界速度流量計

一、墊圈流量計

墊圈流量計主要是用于小產量(日產量小于8000m3)的氣井，尚未安裝輸氣管線時，在井場試氣測氣井流量。

1.工作原理

墊圈流量計也是壓差式流量計。氣體流經孔板產生節(jié)流，形成壓力差。當氣流速度小于臨界流速時，壓力差越大，流量越大。只要測出壓力差，即可求出流量。墊圈流量計的孔板下游直接通大氣，上流壓力就是壓力差。

46第三節(jié)墊圈流量計和臨界速度流量計

一、墊圈流量計462.結構

如圖7-19所示，

圖7－19

墊圈流量計

1－測氣短節(jié)

2－孔板

3－壓帽

4－膠皮管

5－U型壓力計

6－取壓管472.結構圖7－19墊圈流量計1－測氣短節(jié)2－孔板3.計算公式4.適用范圍與測試要求墊圈流量計只適用于測量較小氣體流量，一般為幾十到幾km3/d。它具有結構簡單，攜帶方便等優(yōu)點，一般適用于鉆井中途測試和完井測試。也適合于油井測伴生氣量。

qsc＝0.922×d2×

（7－13)483.計算公式qsc＝二、臨界速度流量計臨界速度流量計具有結構簡單、所取參數少、計算簡便、測量范圍廣等優(yōu)點，故廣泛用于氣藏探井和尚未接通輸送管線的新井產氣量的