流量計量基礎加氣

湖北省計量院桑曉鳴流量計量基礎知識一、流量的定義根據(jù)JJF1004-2004《流量計量名詞術語及定義》中對流量的定義，流體流過一定截面積的量稱為流量。（有單相流，多相流，管道流和自然流）流量也是瞬時流量和累計流量的統(tǒng)稱。瞬時流量一般用q表示；（體積流量單位有：L/h,m3/h，L/s,m3/s,等）累積流量一般用Q表示；（質(zhì)量流量單位有：kg/s,t/s,kg/h,t/h等）

在運用中，一般流量的定義是指：單位時間內(nèi)通過有效截面積的流體的體積或質(zhì)量。（1）或V——體積，m3;——流速，m/s;t——時間，h;S——截面積，m2;m——質(zhì)量，kg;ρ——密度，kg/m3；二、流量常用的參數(shù)流量計量中常用的流體物性參數(shù)主要有：流體的密度、流體的粘度、熱膨脹率、壓縮系數(shù)、雷諾數(shù)

1、流體的密度

（2）式中：——流體密度，kg/m3；m——流體的質(zhì)量，kg；V——流體的體積，m3流體的密度：是單位體積內(nèi)的流體質(zhì)量。1）液體的密度壓力不變時，液體密度計算式為：（3）式中：——溫度t時液體的密度，kg/m3；——20℃時液體的密度，kg/m3；——液體的體積膨脹系數(shù)，1/℃；

t——液體的溫度，℃。溫度不變時，液體密度計算式為：（4）式中：——壓力P1時液體的密度，kg/m3；——壓力P0時液體的密度，kg/m3；——液體的體積壓縮系數(shù)1/MPa；

P0、P1——液體的壓力，MPa。通常壓力的變化對液體密度的影響很小，在5MPa以下可以忽略不計,但是對于碳氫化合物，即使在較低壓力下，亦應進行壓力修正。

計算1：汽油93號密度：=725.0

kg/m3；=12*10-4/℃修正到t=30℃時的密度：=725.0（1-12*10-4（30-20））=716.3kg/m3計算2：壓縮天然氣在大氣壓下的密度：ρ0=0.75kg/m3在9.0MPa（9.0+0.1=9.1MPa絕壓）時的壓縮因子為0.85=0.75*（1-0.85（1-9.1））=5.91kg/m32）氣體的密度工作狀態(tài)下干氣體的密度計算式為：（此公式的前兩個參數(shù)是可以變化的，如流量Q和Qn）（5）式中：ρ——工作狀態(tài)下干氣體的密度，kg/m3；ρn——標準狀態(tài)下（293.15k，101.325kPa）干氣體的密度，

kg/m3；p——工作狀態(tài)下氣體的絕對壓力，kPa；pn——標準狀態(tài)下絕對壓力，kPa；T——工作狀態(tài)下氣體的絕對溫度，K；Tn——標準狀態(tài)下絕對溫度，293.15K；Zn——標準狀態(tài)下氣體的壓縮系數(shù)；Z——工作狀態(tài)下氣體的壓縮系數(shù)。2、流體的粘度

定義：流體在運動時，其內(nèi)部相鄰流層間要產(chǎn)生抵抗相對滑動（抵抗變形）的內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為流體的粘性。

流體本身阻滯其質(zhì)點相對滑動的性質(zhì)稱為流體的粘性。流體粘性的大小用粘度來度量。同一流體的粘度隨流體的溫度和壓力而變化。通常溫度上升，液體的粘度下降，而氣體粘度上升。液體粘度只在很高壓力下才需進行壓力修正，而氣體的粘度與壓力、溫度的關系十分密切。表征流體粘度常用有如下二種：動力粘度和運動粘度。

1）動力粘度及其表示方法粘度：（6）η的物理意義：流程間發(fā)生相對滑動所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力與單位流層距離上的流層間速度梯度的比值。式中：

η——流體的動力粘度，

Pas

（帕?秒）——單位面積上的內(nèi)摩擦力，Pau——流體流動速度，m/s;h——流體流層間距離，m；

2)運動粘度：運動粘度是從動力粘度推導出來的表征粘度的另一參數(shù)，其關系式為：

——運動粘度，單位：m2/s

——密度，單位：kg/m3

式中：——流體的動力粘度，Pas（帕?秒)

熱膨脹率是指流體溫度變化1℃時其體積的相對變化率，即：

式中：——流體的熱膨脹率，1/℃；V——流體原有體積，m3；ΔV——流體因溫度變化膨脹的體積，m3；ΔT——流體溫度變化值，℃。上式可變化為：V-V0=βV0(t-t0)再變化為：V=V0(1+β(t-t0)）3、熱膨脹率4、壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)是指當流體溫度不變，所受壓力變化時，其體積的變化率，即：式中：Z——流體的壓縮系數(shù)，1/Pa；V——壓力為p時的流體體積m3；△V——壓力增加△p時流體體積的變化量，m3。5、雷諾數(shù)Red雷諾數(shù)Red是表示慣性力與黏性力之比的無量綱參數(shù)：式中

——流速，m/s;——特征尺寸，對管道常取直徑d作為特征尺寸，m;——運動黏度，m2/s;

1）紊流(Red>2320)紊流是時間和空間上不規(guī)則（隨機）的速度波動疊加在平均流速上的流動，也稱湍流。（氣體流量計計量中大多屬于此）2）層流(Red<2320)層流是流體的質(zhì)點作分層運動，在流層之間不發(fā)生混雜的流動。紊流主要是慣性力起主要作用，層流主要是黏性力起作用。三、流量計量基礎（１）連續(xù)性方程（２）伯努利方程3.1連續(xù)性方程歐拉于1753年提出：把流體看成是由無限多流體質(zhì)點所組成的無間隙的連續(xù)介質(zhì)，這就稱作流體的連續(xù)性。連續(xù)性的氣體在封閉管道中作定常流流動時，流過截面積1和截面積2的質(zhì)量流量相等（質(zhì)量守恒定律），即qm——氣體質(zhì)量流量；Ρ——氣體密度；υ——氣體平均流速；A——有效截面面積；伯努利方程表示能量的平衡關系：實際氣體的伯努利方程：

——壓力水頭（壓頭）；——速度水頭（速度頭）；——位置水頭（位頭）；——損失水頭。3.2伯努利方程在理想不可壓縮流體的恒定流動中，位于同一條流線上任意兩個流體質(zhì)點的單位總機械能相等。總機械能包括了：位置勢能、壓強勢能、動能，三種形式的能量可以各有消漲，相互轉(zhuǎn)換，但總量不會增減。伯努利方程是能量守恒原理在流體力學中的具體體現(xiàn)，故被稱之為能量方程。伯努利方程的物理意義：伯努利方程的推導：以左圖所示的封閉管道中流體作為研究對象。管道左、右端截面面積分別為S1、S2，經(jīng)過一段很短時間dt后，這段流體的左端S1由a1移到b1，右端S2由a2移到b2，兩端移動的距離分別為和。左端流入的體積和流體質(zhì)量：右端流入的體積和流體質(zhì)量：因為理想流體是不可壓縮的

，所以：左端的力對流體做的功為：右端的力對流體做的負功(因為右邊對這段流體的作用力向左，而這段流體的位移向右)，所做的功為：兩側(cè)外力對研究流體所做的功為：

我們研究的是理想流體的定常流動，流體的密度ρ和各點的流速v沒有改變，所以研究對象(a1到a2之間的流體)的動能和重力勢能的總和都沒有改變。這樣，根據(jù)能量守恒定律，機械能的改變就等于流出的那部分流體的機械能減去流入的那部分流體的機械能。（理想流體沒有粘滯性，不考慮摩擦力的做功。）

即可得到：整理后，即：再化簡，即有：壓力能、動能、壓力能統(tǒng)稱為機械能，所以次方程可以說是機械能守恒的一種表示式，它是能量方程中的一種。壓力能動能位能a1和a2是在流體中任取的，所以上式可表述為：實際氣體的伯努利方程整個管道的能量損失——沿程能量損失簡稱沿程損失，是發(fā)生在緩變流整個流程中的能量損失，是由流體的粘滯力造成的損失?！植磕芰繐p失，簡稱局部損失，是發(fā)生在流動狀態(tài)急劇變化的急變流中的能量損失。是主要由流體微團的碰撞、流體中的渦流等造成的損失。加氣機的加氣介質(zhì)目前國內(nèi)加氣機有兩種型式，一種是石油液化氣加氣機，一種是車用壓縮天然氣加氣機兩種各有優(yōu)缺點：以下是壓縮天然氣的技術指標：

加氣機的加氣介質(zhì)以下是石油液化氣的技術指標：加氣機的加氣介質(zhì)液化石油氣是技術上很成熟的產(chǎn)品，最輝煌的時候基本壟斷了民用燃氣市場。它的成分以丙烷、丁烷為主，再加上丙烯、丁烯，所以也有資料講以C3、C4為主。碳多了，熱值高一點。但它的成分很混雜，還有少量的C5、C6及其他不易揮發(fā)的化合物。等易揮發(fā)的成分基本燒完了，高分子的成分才開始揮發(fā)，由于它不是灶具重點的技術領域，所以會出現(xiàn)空氣預混不足、從而燃燒不完全、嚴重熏鍋的現(xiàn)象。液化石油氣及其燃氣用具的標準氣壓是2800Pa。天然氣（naturalgas）又稱油田氣、石油氣、石油伴生氣。開采石油時，只有氣體稱為天然氣；石油和石油氣，這個石油氣稱為油田氣或稱石油伴生氣。天然氣的化學組成及其理化特性因地而異，主要成分是甲烷，還含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫等。無硫化氫時為無色無臭易燃易爆氣體，密度多在0.6～0.8g/cm3，比空氣輕。通常將含甲烷高于90%的稱為干氣，含甲烷低于90%的稱為濕氣。

液態(tài)的約是580kg/m3，氣態(tài)的約為：2.35kg/m3至2.5kg/m3加氣機的加氣介質(zhì)天然氣的主要成分是甲烷，一個碳原子，熱值相對要低很多，但其優(yōu)點是成分單一，所以燃燒性很好。管道供氣時的壓力為2000Pa。天然氣的液化條件很高，使用又要恢復的氣態(tài)，所以液化天然氣主要用在幾種特定的環(huán)境，一是長途的車輛運輸，二是城市交通汽車的燃料，因為減壓條件的復雜性，所以液化天然氣不宜作為家庭生活燃氣。

常溫、常壓下甲烷的密度為0.7174kg/m3，相對密度為0.5548。天然氣的密度一般為0.75kg/m3～0.8kg/m3，相對密度一般為0.58～0.62

車用壓縮天然氣1、車用壓縮天然氣技術要求為了滿足汽車發(fā)動機的需要和安全生產(chǎn)的要求，車用壓縮天然氣必須達到以下技術要求：

(1)低熱值等于或大于33．4MJ／Nm3；(2)H2S含量小于或等于10mg／Nm3；(3)含塵量小于或等于5mg／Nm3；(4)CO2含量小于或等于3％；(5)脫水后氣體在常壓下露點溫度低于或等于54℃。2、壓縮天然氣加氣站工藝流程低壓原料氣進入CNG加氣站后，經(jīng)調(diào)壓計量、脫硫、脫水、加壓、儲存、充裝等環(huán)節(jié)，最后輸出高壓壓力大于(20MPa)車用壓縮天然氣。2．1原料天然氣城市輸配管網(wǎng)供氣的CNG加氣站、其低壓原料氣壓力等于或大于0．3MPa、與壓縮機要求的進氣壓力相匹配。川西地區(qū)有豐富的天然氣資源，供應CNG加氣站的原料天然氣有兩種：一種來自川渝供氣環(huán)網(wǎng)(北環(huán)輸氣干線與南環(huán)輸氣干線)，有一定量的硫化氫含量；另一種為西油局系統(tǒng)供氣，其天燃氣組份中無硫化氫。2．2進氣調(diào)壓計量系統(tǒng)低壓原料天然氣進入CNG加氣站后，首先進入調(diào)比計量系統(tǒng)、這個系統(tǒng)包括過濾、分離、調(diào)壓、計量、緩沖等裝置。若原料氣組份中含有超標硫化氫成份時，應設置脫硫裝置、進行脫硫處理。車用壓縮天然氣2．3深度脫水原料天然氣進入脫水裝置的吸附塔、塔內(nèi)的4A型分子篩能有效吸附天然氣中的水份，使天然氣中的水含量達到車用壓縮天然氣水含量的要求。深度脫水裝置及其設置有兩種：

(1)低壓脫水裝置，設置在壓縮機前，原料天然氣經(jīng)調(diào)壓計量系統(tǒng)后，即進入深度脫水裝置，經(jīng)過脫除水份的天然氣進入壓縮機，對壓縮機亦有一定的保護作用；

(2)高壓脫水裝置，設置在壓縮機后，原料天然氣經(jīng)調(diào)壓計量系統(tǒng)后即進入壓縮機，壓縮后的天然氣壓力升高至25MPa，然后進入深度脫水裝置脫除水份。車用壓縮天然氣2．4壓縮機裝置低壓天然氣經(jīng)壓縮機加壓后，天然氣壓力升高到25MPa。我省使用比較普遍的壓縮機是：V—1．55／3—250一III、L一2．5／3—250、L一7／3—250等三種型號。目前、四川省建設的CNG加氣站生產(chǎn)規(guī)模多為10000Nm’／d和15000Nm’／d，一般配備3臺壓縮機，通常有3種組合方式：3臺V型壓縮機、3臺L型壓縮機、或1臺L型壓縮機與2臺V型壓縮機組合。備注：L一2．5／3—250含義：L表示壓縮機是L型，

2.5表示排量Nm3/min，3表示進氣3公斤，250排氣250公斤車用壓縮天然氣2．5儲氣系統(tǒng)為了滿足汽車不均衡加氣的需要，CNG加氣站必須設置高壓儲氣系統(tǒng)、以儲存壓縮機加壓的高壓氣。儲氣系統(tǒng)采用的儲氣方式有以下幾種：

(1)小氣瓶儲氣，單個小氣瓶水容積僅50升，需要氣瓶數(shù)量多、接點多、泄漏點多、維護與周檢工作量大。

(2)管井儲氣，使用API進口石油套管加裝高壓封頭，立式深埋地下100米、形成水容積1．9m3的儲氣管井。這種儲氣管井的有關技術，如全程固井、聯(lián)接密封、維護。與檢驗等尚需進一步深入與提高。(3)大型容器儲氣、常用的有以下幾種：多層包扎的天然氣儲氣罐、公稱直徑為DN800、水容積規(guī)格為2、3、4m3。分臥式與立式兩種；柱型(球型)單層結(jié)構高壓儲氣罐、水容積規(guī)格為2、3、4m3或以上；引進美國CPI公司制造的高壓儲氣瓶，單個儲氣瓶水容積1．3m3，系無縫鍛造，按需要由多個氣瓶組合使用。車用壓縮天然氣2．6售氣售氣機是用來給CNG加氣汽車添加高壓天然氣。它由科里奧利質(zhì)量流量計、微電腦控制售氣裝置和壓縮天然氣氣路系統(tǒng)組成。其屏幕顯示售氣單價、累計金額和售氣總量。3生產(chǎn)消耗定額我省建成的CNG加氣站規(guī)模多為10000Nm3／d或15000Nm3／d、其生產(chǎn)消耗是影響運行成本和經(jīng)濟效益的重要部分，必須嚴格控制。以10000Nm3／d規(guī)模的CNG加氣站為例，生產(chǎn)消耗如下：天然氣進站量10500—10800Nm3／d天然氣進銷差500—800Nm3／d脫硫劑耗量84．2kg／d吸附劑耗量5kg／d循環(huán)水量20t／d電耗量900Kwh／d潤滑油耗量3kg／d加氣機加氣機JQJ型加氣機巨創(chuàng)牌JQJ型壓縮天然氣加氣機，是一種以科力奧利質(zhì)量流量計為核心．用于計量充入CNG汽車高壓儲氣瓶壓縮天然氣的一種高準確度、高效率的智能型計量裝置。巨創(chuàng)牌JQJ系列加氣機是我公司與美國MicroMotion高準質(zhì)量流量計和流量變送器技術合作的結(jié)晶．性能穩(wěn)定優(yōu)越，計量準確度高．整機進口元件比例為85％。本機采用高性能的控制微處理器．雙面液晶顯示，功能廣泛，操作簡便，電器部分采用了防爆結(jié)構，安全可靠。主要功能★直沖功能站上信息實時監(jiān)控功能★掉電顯示及儲存功能★直控加氣機功能★雙面液晶顯示功能★下發(fā)訊息功能★清零功能★超大容量儲存功能★手動緊急關閥功能★數(shù)據(jù)緩存功能★拉斷安全保護功能★數(shù)據(jù)查詢、報表生成及打印功能★超壓及過流保護功能★加氣曲線生成功能★參數(shù)設置功能★數(shù)據(jù)備份恢復功能★定量加氣功能★卡機聯(lián)動功能★超容量數(shù)據(jù)保護、管理、查詢功能

★金額在卡上功能★卸壓及排污保護功能★卡掛失及解掛失功能★稅控功能★灰卡及自動解灰功能★監(jiān)控加氣過程功能★卡密碼保護功能★三線切閥功能（單線進氣加氣機無此功能）

★多種類型加氣卡及集成客戶單價功能★IC卡及中央管理系統(tǒng)功能★卡相關信息顯示功能★加氣信息采集功能★小票打印功能加氣機加氣機檢定裝置加氣機檢定裝置是專用于檢測檢測加氣機的一套檢測系統(tǒng)，分標準表法和質(zhì)量法。以下是質(zhì)量法的原理示意圖加氣機檢定裝置質(zhì)量法工作原理及方法：主標準器【注解】1、經(jīng)過不確定度分析和計算，利用天平技術參數(shù)，質(zhì)量法氣體流量標準裝置中的主標準器在檢測中帶來的不確定度分量在0.1%（k=2）左右2、配套設備——瞬時流量指示儀：準確度等級不低于2.5級——儲氣容器：應符合要求——精密壓力計：壓力范圍(0~40)MPa，準確度等級不低于0.4級——標準砝碼：不低于F2等級，質(zhì)量在最大加氣量的(0.8~1.0)倍之間。3、主標準器及配套設備均應滿足防爆要求。原理：將加氣機的壓縮天然氣通過加氣槍加入檢定裝置中的儲氣罐，當達到規(guī)定壓力（10MPa~16MPa）時關閉閥門，用電子天平稱重。過程：清除儲氣容器表面的霜和水。打開加氣槍閥和氣瓶閥門對儲氣容器進行加氣，觀察精密壓力計示值，當儲氣容器上壓力達到流量區(qū)要求的起始壓力時，關閉氣瓶閥門和加氣槍閥，斷開接入點。將儲氣容器平穩(wěn)放置在電子天平上，然后將電子天平示值歸零（去皮）。將加氣機示值回零。連接接入點，打開氣瓶閥門和加氣槍閥門對儲氣容器進行充氣，觀察精密壓力計示值，當儲氣容器上壓力達到流量區(qū)要求的終止壓力時，停止加氣。關閉氣瓶閥門和加氣槍閥，斷開接入點。記錄電子天平示值和加氣機示值，計算本次測量示值誤差。加氣機檢定裝置以下是標準表法的檢定裝置：加氣機檢定裝置標準表法工作原理及方法：裝置是一種用標準表（質(zhì)量流量計，擴展不確定度U=0.15%k=2）檢定加氣機中質(zhì)量流量計（0.5級）的方法。過程：清除儲氣容器表面的霜和水。開啟加氣機，打開加氣槍閥和氣瓶閥門對儲氣容器進行加氣，觀察精密壓力計示值，當儲氣容器上壓力達到流量區(qū)要求的起始壓力時，關閉氣瓶閥門。將加氣機示值回零，同時將標準表回零（或記錄標準表初始值）。打開加氣機閥門和氣瓶閥門對儲氣容器進行充氣，觀察精密壓力計示值，當儲氣容器上壓力達到流量區(qū)要求的終止壓力時，停止加氣。關閉加氣槍閥。記錄標準表示值和加氣機示值，計算本次測量示值誤差。加氣機檢定裝置

謝謝！水表試驗裝置水表試驗裝置是用來檢測水表示值誤差的裝置。通常