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1、1,天然气计量讲座,第1讲 基础知识,电话/传真：（028） 85605469电子邮箱： ,2,第一讲 基础知识,概述计量及其特点 计量的范围与领域 计量的基本内容 计量的分类 计量的精密度、正确度、准确度计量的发展阶段,3,第一讲 基础知识（续）,计量的作用和意义天然气的基础知识流量计量的基本概念 流量计量的特点流量计量中常用的物性参数关于气体流量测量单位标准立方米的意义计量单位例题与讨论,4,天然气计量讲座,第一讲 基础知识,5,1 .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1.6元左右（某些
2、地方的民用气在2元以上），天然气将会成为我国的主要能源之一。,图1.1 天然气在能源中所占的比例,6,目前每年全球天然气的消耗量已达2.4万亿立方米，消费年增长率达3.9%；预测未来10年，在全球能源结构中，天然气消费所占一次能源消费量将从现在的23.8%上升至35%。,7,天然气工业对国民经济的主要影响,8,天然气工业对国民经济的主要影响,目前世界一次能源消费结构为：石油38.5%、天然气23.7 %、煤炭24.7%、核能6.6%、水电6.5%。石油、煤炭和天然气三大能源占世界一次能源消费总量的80%以上。,天然气发展对我国能源结构的影响,9,天然气工业对国民经济的主要影响,大多数发达国家的
3、天然气在一次能源中的消费比例都在2030%之间，其中独联体为55%，英国为35%，加拿大为29%，美国为26%，德国为21%，就连油气资源贫脊的日本，天然气的消费也占一次能源总量的12%。而我国目前仅占3%，远低于世界平均水平，与亚洲平均8.8%的水平也有较大差距，远远滞后于世界发达国家，和中国能源消费地位极其不协调。,天然气发展对我国能源结构的影响,10,按人均年耗气量统计，1999年全世界人均年耗气量为0.3吨（油当量、以下同）；前苏联和北美地区位居世界榜首，人均年耗气量分别为1.65吨和1.6吨；欧洲人均年耗气量约0.7吨；亚洲地区人均年耗气量约0.1吨。我国目前的人均年耗气量为0.01
4、5吨左右，仅相当于世界平均水平的1/20。,天然气发展对我国能源结构的影响,11,天然气发展对我国能源结构的影响,12,我国天然气消费量从1953年占全国能源消费总量的0.02%上升到2000年的3%。由于工业结构调整力度进一步加大和国家对环保要求的提高，1999年国内煤炭比1998年减产16.4%，使油气在整个能源消费结构中所占比例明显提高。国内天然气市场有较大的发展潜力，天然气发电和工业用气以及城市燃气等消费需求将快速增长。2000年，全国天然气消费为270亿立方米，主要用做能源和化工原料，用于发电和民用的比例很小。预测2010年，全国天然气消费约1000亿立方米：2020年则达到2000
5、亿立方米以上，占整个能源构成的10。其中用于发电占42%；用做城市燃气占22%；用于化工占16；其他工业用户占20%。,天然气发展对我国能源结构的影响,13,天然气工业对国民经济的主要影响,14,天然气发展对环境保护的主要作用 大气中CO2浓度的不断增加，产生了越来越明显的温室效应，造成气候的显著变化，给人类生存环境带来巨大威胁。1997年在日本通过的京都议定书，要求发达国家20082012年温室气体排放比1990年降低5.2%。如果现在不加控制,预计20302040年大气中CO2含量将达到极限值550PPm。天然气的主要成分是甲烷(CH4)燃烧后生成CO2和H2O，产生的温室气体只有煤炭的1
6、/2，石油的2/3，用天然气代替煤炭可减少可减少90%以上氮氧化物和98%以上二氧化硫排放量，对环境造成的污染远远小于石油和煤炭。所以，天然气作为一种清洁能源，越来越受到人们的青睐。,15,天然气发展对环境保护的主要作用 我国政府历来十分重视环境给人类生存所带来的影响，将保护环境做为我国国民经济和社会可持续发展的一项重要国策。一组数字显示，上海市每年酸雨发生率为11%，江苏省为21%，杭州等浙江主要城市高达50%。过量使用煤炭是造成这种状况的主要原因，用天然气替代煤炭是解决这一顽症的重要途径。目前，我国的北京、天津、重庆、成都等大中城市把天然气作为清洁燃料用于工业和居民生活，并已开始使用天然气
7、汽车，在一定程度上遏制了大气环境的恶化。,16,1.2 计量及其特点,什么叫计量？计量就是“实现单位统一、量值准确可靠的活动”。 什么叫测量？测量就是“以确定量值为目的的一组操作。” 热工测量都是用传感器把非电量的物理量转换成电量的测量。什么叫计量学？计量学就是“关于测量的科学”。 计量的对象主要是物理量。,17,计量的内容通常概括为六个方面：计量单位；计量器具；量值传递和溯源；物理常量、材料和物质特性的测定：数据处理、测量理论和方法；计量管理、监督和计量保证。计量的特点可归纳为四个方面：准确性、一致性、溯源性和法制性。,18,计量及其特点,计量-度量衡量是现象、物体或物质可定性区别和定量确定
8、的一种属性。计量（检定）与测量,19,1.3 计量的范围与领域,计量的范围 ：一切可测量的计量测试 当前，比较成熟和普遍开展的计量科技领域有几何量(亦称长度)、热工、力学、电磁、无线电、时间频率、声学、光学、化学和电离辐射，即所谓“十大计量”。,20,1.4 计量的基本内容,计量的基本内容可概括为：1计量单位与单位制；2计量器具，包括复现计量单位的计量基准、标准器具以及普通(工作)计量器具；3量值传递、溯源与检定测试；4物理常数以及材料与物质特性的测定；5误差理论与数据处理以及计量人员的专业技能；6计量管理。,21,1.5计量的分类,1科学计量2工程计量3法制计量,22,计量的分类 （续）,计
9、量学科分类（1）通用计量学 （5）品质计量学（2）应用计量学 （6）法制计量学（3）技术计量学 （7）经济计量学 （4）理论计量学,23,1.6 计量的精密度、正确度、准确度,计量的精密度、正确度、准确度，是计量的几个基本概念 。,24,设图中的圆心O为被测量的“真值”，黑点为其测得值,25,1精密度计量的精密度(precision of measurement)，系指在相同条件下，对被测量进行多次反复测量，测得值之间的一致(符合)程度。表征仪表读数精密性的指标是分辨率。 2正确度计量的正确度(correctness of measurement)，系指被测量的测得值与其“真值”的接近程度。,
10、26,3准确度计量的精确度亦称精确度(accuracy of measurement)，系指被测量的测得值之间的一致程度以及与其“真值”的接近程度，即是精密度和正确度的综合概念。,27,1.7 计量的发展阶段,1古典阶段 2经典阶段 3现代阶段,28,1.8 计量的作用和意义,1计量与科学技术 2计量与生产3计量与人民生活 4计量与贸易5计量与国防,29,1.9 天然气基础知识,1.9.1 概 述 1.9.2 天然气的物理性质1 天然气的生成 天然气是指从气田或油田中采出的以甲烷为主要成份的混合气体,是烃类气体和杂质的混合物。,30,con,2 天然气的组成天然气的主要成份有：甲烷(CH4)、
11、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、异丁烷(i-C4H10)、正丁烷(n-C4H10)、戊烷(C5H12)及微量的重碳氢化合物和少量的其它气体，如：氮气(N2)、硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、氦气(He)、氢气(H2)等。,31,从气井中生产的天然气，往往含有以下杂质：1、气体、液体和固体杂质；2、液体杂质有水和油；3、固体杂质有泥沙、岩石颗粒等；4、气体杂质有H2S、CO2等；,32,天然气中的杂质有以下危害：1.增加输气阻力，使管线输送能力下降；2.含硫地层水会腐蚀管线和设备；3.天然气中的固体杂质在高速流动时会冲蚀管壁；4.使天然气流量测量不准。,33,3 物质
12、的相对分子质量和气体的有关特性 3.1 化学分析中常用的一些量和单位 3.2 相对分子质量 3.2.1 相对原子质量 经过研究和实践，国际上一致同意以一种碳原子的质量的1/12(约1.661027 kg)作为标准，其它原子的质量跟它比较所得到的值，就是这种原子的相对原子质量。,34,3.2.2 化合物的相对分子质量化学式(分子式)中各原子的相对原子质量的总和就是相对分子质量。 3.3 天然气中常见气体组份的物性参数,35,1.9.3 气体状态方程PV ZnRT （1.9-1） （1.9-2）,36,天然气的超压缩因子FZ：因天然气特性偏离理想气体定律而导出的修正系数。FZ也是一个随着压力P、温
13、度T的变化而变化的参数，即：FZf（P，T，天然气的组份）,37,1.9.4 天然气质量要求 天然气质量应符合国家标准GB 17820-1999天然气。该标准根据硫和二氧化碳含量对天然气进行分类，提出了天然气的技术要求，以保证输气管道的安全运行和天然气的安全使用，有利于提高环境质量，适应我国天然气工业的发展需要。,38,1产品(天然气)分类和技术要求 :1.1 天然气根据硫和二氧化碳含量分为一类、二类和三类。1.2 天然气的技术指标应符合表2-10的规定。1.3 作为民用燃料的天然气，总硫和硫化氢含量应符合一类或二类气的技术指标。,39,40,2 输送、储存和使用2.1 在天然气交接点的压力和
14、温度条件下，天然气中应不存在液态烃。2.2 天然气中固体颗粒含量应不影响天然气的输送和利用。2.3 天然气在输送、储存和使用的过程中，应符合GB 50183原油和天然气工程设计防火规范 和 GB 50251输气管道工程设计规范的有关规定。,41,1.10 流量计量的基本概念,基本概念 流量就是在单位时间内流体通过一定截面积的量。,42,这个量用流体的体积来表示称为瞬时体积流量（qv），简称体积流量；用流量的质量来表示称为瞬时质量流量（qm），简称质量流量。它的表达式是：,43,从t1到t2这一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值称为累积流量，它们的表达式是：,44,1.11 流量计量的特点,
15、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。1.11.1 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。,45,流量测量的特点,1.11.2 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。1.11.3 对流体清洁程度的控制 气体中含有过多的液体和固
16、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。,46,流量测量的特点,1.11.4 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。1.11.5 应考虑节约能源 天然气的输送是靠压差进行的，必要时还要进行增压。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。,47,流量测量的特点,1.11.6 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： 101.325 kPa, 15 美国的标准参比条件： 14.7 psi ,60 欧洲的标准参比条件： 101.325 kPa, 0 或 15我国的标准参比条件： 101.325 kPa, 20,
