天然氣流量計量標準裝置的工藝流程優化

馮海軍

摘 要：本文給出了分析大流量天然氣計量表混裝置的三維仿真、優化策略以及提高氣體流量測量精度。我們希望通過對本文的討論，提供行業從業人員的幫助和借鑒料，推動我國燃氣計量表混裝置流程的改進。

關鍵詞：天然氣;流量計量;標準設置;工藝流程;優化設計

1.天然氣流量計量研究現狀

天然氣流量計量技術是一種計量氣流量過程中氣流量的技術。氣體計量系統的整體性能直接影響測量精度。為提高計量精度，建立了計量體系標準，包括天然氣流量、儀器參數、安全標準等。

1.1國外現狀調查。早些時候對國外天然氣的計量進行了調查。1990年代后期，天然氣質量指數確定了三個重要標準：安全衛生、經濟和環境。在天然氣流量計量方面，確定了氣流量計算、超聲波基準測量、渦輪計量和壓縮因子的代表性標準;計量系統（氣燃料測量系統）定義了流量計量的準確性和參數中允許的最大誤差測量。實流測定方法是通過測量運行狀態下氣體的物性參數來測量氣體流量。

1.2調查國內的現狀。我們對天然氣計量的研究起步較晚。天然氣測量系統和天然氣標準的技術要求是根據國家天然氣開發要求和國外標準發布的。前者規定了氣體測量系統的設置和調整要求，給出了不同計量系統的溫度、壓力、壓縮系數、熱產生、質量和密度的具體要求，并限制了相應測量手段的精度。該法對天然氣的定義不同，允許對進口到中國的天然氣進行質量控制。區分容積法、速度法、差壓法、面積法以及質量法的氣流測量。容積法由兩個空間體組成，根據流體壓力損失引起的旋轉數和通過小空間的流量計算氣體流量。天然氣流量是根據伯努利方程和連續性方程計算的。

2.我國天然氣流量計量技術發展趨勢

2.1自動化、智能和遠程管理計量方法。近年來，隨著技術的飛速進步，天然氣計量正在發展為智能、自動化和實時的利用。同時，利用大型企業采用的SCADA在線監測系統等互聯網技術，對天然氣計量進行遠程控制和在線管理。在氣體流量計量系統中，每次計量所需的數據只是所需數據的一小部分。為了準確計量天然氣，還必須測量氣體的壓力、溫度、密度和氣相色譜。這些參數通常由輔助儀器測量。同時，測量數據必須通過數據處理系統進行處理、存儲和處理。因此，新系統被集成到氣體計量系統中，以便通過系統間的協調實現準確、低成本的氣體實時計量。

2.2促進天然氣計量的實施，促進我國天然氣計量。隨著我們市場經濟的不斷改善和天然氣貿易的日益全球化，各國越來越多地要求天然氣貿易的公平性，能量計量被公認為然氣貿易交接的最公平手段。因此，從天然氣計量向能源計量的過渡對我國的發展至關重要。此外，為了促進天然氣能量計量，我們應發展天然氣能量源系統和相關技術，如提高氣體發熱量測量儀器的精度和建立氣體分析標準。

3.工藝流程流體力學理論計算

本文選擇了某地分站的標準運行級設備，并收集了其技術工藝的數據。檢定過程更加復雜。在設計過程中，使用區域參數設計方法進一步消除管道容量對最終檢定結果的影響。應用檢定工藝模擬三位流場過程。為了求解流場，需要建立基于流體力學基本方程的數據收集，包括連續性方程、動量方程和能量方程。此外，由于管道中的天然氣流體在大多數情況下都是湍流，因此在使用湍流表達式求解流量控制時需要消除數據錯誤。在實際應用中，流體力學軟件可以提供用于計算湍流模型的多個模板，目前，k-ε是最長的使用模板，可以細分，并且是標準的、可重復的和可行的。主要區別在于湍流黏性的計算、湍流擴散的計算和湍流數目的計算。根據我所研究的實際情況，重組模式是在實際計算中選定的，也稱為RNG模式。流體計算軟件應用程序可以使用上述三個基本方程計算管道內的湍流場，然后根據給定邊界條件下的湍流模型計算最終結果，從而得出天然氣流場變量的特定值。

4.檢定工藝流程三位速度場模擬分析與研究

管道內氣體速度分析是影響流量計測量精度的一個重要因素。并根據實際需要對管道內部流場進行分析，以便更好地了解流場分布，實現目標優化設計，影響氣體測量驗證結果的主要原因是去除入口端彎頭和整流裝置，然后根據工藝分析進行仿真。

4.1入口的彎頭對標準管道流量分布的影響。在分站檢定系統設計過程中，為入口彎管設計并規范了小流量識別系統的輸入。標準彎頭的彎曲半徑為1D以及1.5D。兩個不同彎曲半徑的彎管用曲率半徑彎頭，它們在管道內的流動狀態差別很大，但實際圖像數據分析和仿真研究。（1）確定了檢定的速度分布若要進一步提高研究速度，請在標準管路中的不同位置選取DN100分支的速度，以進行分析計算。第一步是為具有不同曲率半徑的管道云圖的繪制，第二步是為具有不同檢定流量和曲率半徑的不同標準管路位置繪制速度分布曲線。實際模擬中使用的檢定流量過程為0.25qmax用于云圖的繪制。實際云如以下圖1所示：

以上云圖可得出以下結論：繪制圖中的管道內流暢也可能具有不同的曲率半徑狀態。所使用的1D彎曲半徑彎頭在液體輸送過程中可能會導致下游段充填發生重大異常變化，但隨著正常液體進入直管道，可以斷定與管道的延伸變形存在聯系，特別是在回關之后關閉后，液體輸送的異常問題會很好計算了不同流量下的標準分支流量分布規律，研究對象為標準分支DN100。當流量為0.25、0.7和1Qmax時，標準分支的流量分配由1、5、10、15、25和35d指示（標準分支的直徑由d指示）。在1d流動距離處，具有不同曲率半徑的兩條彎頭具有不同的狀態，因此皇冠界面速度分布可能會扭曲，但得到的數據相對相似。進入整流器之前，兩種曲率半徑條件下的速度相對均勻，不符合整體展開要求。

4.2對整流器下游速度場的分析。使用流量計的上游整流裝置可進一步縮短流量計前端段的長度，使用板式整流裝置可進一步改善管道內流體的不對稱，使天然氣流體在短時間內完全進入直段。在這種情況下，請在小型流量檢查系統中選取子電路做為模擬物件，以取得在不同流量檢查區域安裝流量檢查器右側區段所需的最小介面卡速度分布。

5.優化建議

根據匯管本身的緩沖功能，彎管的彎曲半徑對分支流場的影響微乎其微。在這種情況下，可以通過添加匯管來消除彎曲對流效果。10d板型適配器下游，流場可恢復到完全展開狀態，流量值可精確計算因此，在整流板后方10d應用流量計可以進一步縮短直線段長度，從而減少流量類型對流量和測量的影響，進一步提高流程優化效率。

通過對測量檢定過程進行仿真分析，可以控制管道中氣體流量類型的變化，并為優化過程提供基礎。基于分析結果，標準設備通過在檢定過程的標準分支和檢定分支中添加上游匯管來優化流程，從而減少上游彎頭對下游流類型的影響。為了減小流量狀態對測量結果的影響，提高標準測量裝置的精度，在被檢流量計和超聲波流量計的上游安裝10d整流器。

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