天然氣流量計量標準裝置的工藝流程優化

鄭立東 蒲文 蘭燕華

摘要：天然氣計量標準工藝流程管件的設備種類較多，在使用過程中會受到外界因素的影響，在實際運行過程中，只有在投產運行之后影響計量標準的因素才會顯現出來，因此相應的整改難度系數非常大。通過分析建設初期科學優化流量及計量標準的工藝流程，才能夠有效提高流量計在測量過程中的精確度，減少外界因素對你流量計計量標準裝置性能的影響，才能夠有效提高流量計的工作效率。

關鍵詞：天然氣;計量標準;工藝流程

天然氣流量計量標準裝置要想獲得準確可靠的數據傳遞工作，需要加強工藝流程的優化以及對天然氣介質流態工況條件的確定，對于天然氣流量計量標準的影響。因此，在進行建設初期，需要建立相關的數據模型，對工藝流程進行優化，能夠有效提高天然氣計量標準裝置的精確度。

1工藝流程流體力學理論計算

標準裝置檢定工藝流程主要包括：標準支路、檢定支路、匯管和彎管等設備組成。為了能夠有效減少管道容量對于檢定結果的影響，因此需要采取分區域設置，由小流量檢定系統、大流量檢定系統及檢定臺位的組成。

利用流體力學對三維流場進行仿真模擬設計，流程的求解需要建立在流體力學的基礎上，形成連續性方程，動量方程和能量方程，在這些方程計算過程中需要考慮到質質量守恒定律、牛頓第二定律以及能量守恒定律三個基本原理。另外，由于管道內的流體會處于湍流狀態，還需要進行湍流方程對流程控制的求解過程。

不同模式下的湍流模型，主要在計算湍流粘性方法，控制湍流擴散和體壁面上位置的處理，因此需要結合天然氣流量的實際情況，選擇合適的湍流模型。

2建模和數值模擬

2.1仿真模型建立

在管道系統中彎管是最基本的結構件，彎管主要安裝在測量管道的上游，在模型建立過程中，閥門、整流器等其他阻流元件都能夠與彎管進行組合。通過分析彎管對管路流場的影響建立起3D模型。

模型主要有入口緩沖管道、上游彎管、檢測直管道、出口緩沖管道等部分組成，根據工業生產中的實行標準，彎管的半徑是管道直徑的1.5倍。為了確保氣體能夠充分流過上游彎道達到下游的測量值管道，因此需要設置合理的緩沖管道長度，管道利用法蘭進行連接，并且在不同的位置設置檢測截面。

不同類型的流量計應用的環境和工作范圍不同，例如加油站所使用的流量計需要流量小、量程小的計量儀器。但是對于原油運輸的流量計需要使用大型流量計，并且流量計的測量范圍要大，對精度的要求稍微低一些。如果使用小型流量計對大流量進行檢測，會導致計量不匹配，產生的誤差也會更大。

2.2入口彎頭對標準管路速度分布的影響

天然氣站場內的大小流量檢定系統入口均采用彎頭設計，彎頭的曲率半徑存在兩種規格，分別為1D和1.5D。不同規格的曲率半徑彎頭所引起的管道內流量變形，對于下游標準支路會產生不同的影響，并且也會對計量結果帶來明顯誤差，因此在識記過程中需要進行仿真計算，才能夠獲得精確的數據結果。

2.3整流器下游速度場分析

（1）在流量計上游安裝整流器能夠有效縮短流量計前面的直管長度，通常情況下在進行天然氣流量計算過程中會安裝板式整流器，板式整流器的作用可以有效優化管道內流體的不對稱性，使流體在較短的直管段內可以充分流動。在進行大小流量檢定系統過程中選擇檢定之路，模擬檢定支路板式整流器后直管段內不同位置的天然氣速度分布曲線，可以有效分析流產恢復穩定所需要的直管長度，可以有效計算出流量計安裝直管段的最低要求。另外，現場檢定工作準備完成以后，使計算機進入檢定狀態，斷開與流量計所連接的脈沖發訊器，查看計算機是否有瞬時流量顯示，如果沒有瞬時流量顯示，可以對流量計進行檢定工作。

2.4修正方法

天然氣流量計量的特性曲線必須保持良好的線性關系，途徑流量計裝置的流體必須是完全通過的流體，管道中的測定流體流速對于消除渦流和脈動流的影響。為了確保途徑渦輪流量計的流體充分通過，需要在流量計裝置的上游和下游區域留出相當長的長度，以使流體形成一種充分發展的流程。但是，由于安裝條件的限制，通常難以形成流體充分發展的流量模式，這會影響流量計裝置的性能。研究人員在兩個方面進行了大量研究，以消除或抵消這種影響。一方面，研究了渦輪流動設備的各個上游所需管道的實際長度，所以在進行安裝時應該加長管道的長度來減少漩渦流動因素對渦輪流量計的誤差影響。

3數值模擬結果分析

在日常管的連接過程中，各種角度的彎管都會得到廣泛使用，因此利用軟件模擬設計，彎管角度從15°到90°之間的管道模型。

氣體流場固定截面流速相對誤差會隨著彎管角度變化而形成相應的曲線關系，測量不同角度彎管下的流體誤差，實驗結果表明，隨著彎管角度的不斷增大，相對誤差會形成遞增變化，其變化的軌跡近似于拋物線。由此可以說明，彎管角度的變化是影響流體損失的一個重要因素，彎管角度越大所形成的流體損失就會越大，會直接影響到下游流程的流量計算結果。

當氣體流過彎管時，對下游直管道進行測量，氣體流速誤差相對于雷諾數的變化趨勢，由此可以說明，氣體流速誤差會隨著湍流程度的大小而出現明顯增加。在川流不完全發展的階段中，相對誤差會隨著他流程度的增加而呈現出遞增變化，在曲線圖中的增幅較為明顯。

4結束語

綜上所述，通過相應的數據模擬分析，及時了解氣體在管道內的流體變化狀況，可以為天然氣流量計的工藝流程進行優化，相應的工藝流程優化具有以下標準：

（1）確定工藝流程的支路和檢定支路上游增加匯管的方式，減少上游彎路管道對于下游氣體流量的影響。

（2）通過被檢流量計以及超聲流量計在上游安裝整流器的方式，可以減少天然氣流動狀態對于計量結果的影響，從而有效提高天然氣流量計量標準裝置的精確度。

參考文獻

[1]秦云松，張吉軍，林媛媛.天然氣流量計量標準裝置的工藝流程優化[J].天然氣工業，2017

[2]裴全斌，沈超.天然氣流量計算機標準裝置的實驗方法研究[J].計量技術，2018：31-33.

[3]晁宏洲，黃明基，方林劍.高壓天然氣流量標準裝置設計優化[J].石油工業技術監督，2019：40-42+49.

中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司輸氣管理處? 重慶? 401120