本发明公开了分步运算式天然气能量计量装置，包括壳体，壳体内设有发热量分析处理模块、流量综合分析处理模块以及能量计算模块；发热分析处理模块用于天然气单位发热量计算，并将计算结果传输至能量计算模块；流量综合分析处理模块用于获取天然气感知信息，计算得到标况流量信息并传输至能量计算模块；能量计算模块根据获取到的标况流量信息和对应时段的天然气单位发热量信息，进行天然气能量的计算。本发明能量计量装置一体化设计，各功能模块参数匹配性好，计量更准确；一体化设计，有利于提高客户采购效率，提升设备管理工作效率，且采用分步运算方式，可降低模块的运算负荷，有效提升运算速度和效率，减少运算故障。