天然氣流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工藝流程優(yōu)化

鄭立東 蒲文 蘭燕華

摘要：天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)工藝流程管件的設(shè)備種類較多，在使用過(guò)程中會(huì)受到外界因素的影響，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，只有在投產(chǎn)運(yùn)行之后影響計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的因素才會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，因此相應(yīng)的整改難度系數(shù)非常大。通過(guò)分析建設(shè)初期科學(xué)優(yōu)化流量及計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的工藝流程，才能夠有效提高流量計(jì)在測(cè)量過(guò)程中的精確度，減少外界因素對(duì)你流量計(jì)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置性能的影響，才能夠有效提高流量計(jì)的工作效率。

關(guān)鍵詞：天然氣;計(jì)量標(biāo)準(zhǔn);工藝流程

天然氣流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置要想獲得準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)傳遞工作，需要加強(qiáng)工藝流程的優(yōu)化以及對(duì)天然氣介質(zhì)流態(tài)工況條件的確定，對(duì)于天然氣流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的影響。因此，在進(jìn)行建設(shè)初期，需要建立相關(guān)的數(shù)據(jù)模型，對(duì)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，能夠有效提高天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的精確度。

1工藝流程流體力學(xué)理論計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定工藝流程主要包括：標(biāo)準(zhǔn)支路、檢定支路、匯管和彎管等設(shè)備組成。為了能夠有效減少管道容量對(duì)于檢定結(jié)果的影響，因此需要采取分區(qū)域設(shè)置，由小流量檢定系統(tǒng)、大流量檢定系統(tǒng)及檢定臺(tái)位的組成。

利用流體力學(xué)對(duì)三維流場(chǎng)進(jìn)行仿真模擬設(shè)計(jì)，流程的求解需要建立在流體力學(xué)的基礎(chǔ)上，形成連續(xù)性方程，動(dòng)量方程和能量方程，在這些方程計(jì)算過(guò)程中需要考慮到質(zhì)質(zhì)量守恒定律、牛頓第二定律以及能量守恒定律三個(gè)基本原理。另外，由于管道內(nèi)的流體會(huì)處于湍流狀態(tài)，還需要進(jìn)行湍流方程對(duì)流程控制的求解過(guò)程。

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

2建模和數(shù)值模擬

2.1仿真模型建立

在管道系統(tǒng)中彎管是最基本的結(jié)構(gòu)件，彎管主要安裝在測(cè)量管道的上游，在模型建立過(guò)程中，閥門、整流器等其他阻流元件都能夠與彎管進(jìn)行組合。通過(guò)分析彎管對(duì)管路流場(chǎng)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(cè)直管道、出口緩沖管道等部分組成，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)，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(guò)上游彎道達(dá)到下游的測(cè)量值管道，因此需要設(shè)置合理的緩沖管道長(zhǎng)度，管道利用法蘭進(jìn)行連接，并且在不同的位置設(shè)置檢測(cè)截面。

不同類型的流量計(jì)應(yīng)用的環(huán)境和工作范圍不同，例如加油站所使用的流量計(jì)需要流量小、量程小的計(jì)量?jī)x器。但是對(duì)于原油運(yùn)輸?shù)牧髁坑?jì)需要使用大型流量計(jì)，并且流量計(jì)的測(cè)量范圍要大，對(duì)精度的要求稍微低一些。如果使用小型流量計(jì)對(duì)大流量進(jìn)行檢測(cè)，會(huì)導(dǎo)致計(jì)量不匹配，產(chǎn)生的誤差也會(huì)更大。

2.2入口彎頭對(duì)標(biāo)準(zhǔn)管路速度分布的影響

天然氣站場(chǎng)內(nèi)的大小流量檢定系統(tǒng)入口均采用彎頭設(shè)計(jì)，彎頭的曲率半徑存在兩種規(guī)格，分別為1D和1.5D。不同規(guī)格的曲率半徑彎頭所引起的管道內(nèi)流量變形，對(duì)于下游標(biāo)準(zhǔn)支路會(huì)產(chǎn)生不同的影響，并且也會(huì)對(duì)計(jì)量結(jié)果帶來(lái)明顯誤差，因此在識(shí)記過(guò)程中需要進(jìn)行仿真計(jì)算，才能夠獲得精確的數(shù)據(jù)結(jié)果。

2.3整流器下游速度場(chǎng)分析

（1）在流量計(jì)上游安裝整流器能夠有效縮短流量計(jì)前面的直管長(zhǎng)度，通常情況下在進(jìn)行天然氣流量計(jì)算過(guò)程中會(huì)安裝板式整流器，板式整流器的作用可以有效優(yōu)化管道內(nèi)流體的不對(duì)稱性，使流體在較短的直管段內(nèi)可以充分流動(dòng)。在進(jìn)行大小流量檢定系統(tǒng)過(guò)程中選擇檢定之路，模擬檢定支路板式整流器后直管段內(nèi)不同位置的天然氣速度分布曲線，可以有效分析流產(chǎn)恢復(fù)穩(wěn)定所需要的直管長(zhǎng)度，可以有效計(jì)算出流量計(jì)安裝直管段的最低要求。另外，現(xiàn)場(chǎng)檢定工作準(zhǔn)備完成以后，使計(jì)算機(jī)進(jìn)入檢定狀態(tài)，斷開與流量計(jì)所連接的脈沖發(fā)訊器，查看計(jì)算機(jī)是否有瞬時(shí)流量顯示，如果沒(méi)有瞬時(shí)流量顯示，可以對(duì)流量計(jì)進(jìn)行檢定工作。

2.4修正方法

天然氣流量計(jì)量的特性曲線必須保持良好的線性關(guān)系，途徑流量計(jì)裝置的流體必須是完全通過(guò)的流體，管道中的測(cè)定流體流速對(duì)于消除渦流和脈動(dòng)流的影響。為了確保途徑渦輪流量計(jì)的流體充分通過(guò)，需要在流量計(jì)裝置的上游和下游區(qū)域留出相當(dāng)長(zhǎng)的長(zhǎng)度，以使流體形成一種充分發(fā)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(fā)展的流量模式，這會(huì)影響流量計(jì)裝置的性能。研究人員在兩個(gè)方面進(jìn)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(dòng)設(shè)備的各個(gè)上游所需管道的實(shí)際長(zhǎng)度，所以在進(jìn)行安裝時(shí)應(yīng)該加長(zhǎng)管道的長(zhǎng)度來(lái)減少漩渦流動(dòng)因素對(duì)渦輪流量計(jì)的誤差影響。

3數(shù)值模擬結(jié)果分析

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

氣體流場(chǎng)固定截面流速相對(duì)誤差會(huì)隨著彎管角度變化而形成相應(yīng)的曲線關(guān)系，測(cè)量不同角度彎管下的流體誤差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著彎管角度的不斷增大，相對(duì)誤差會(huì)形成遞增變化，其變化的軌跡近似于拋物線。由此可以說(shuō)明，彎管角度的變化是影響流體損失的一個(gè)重要因素，彎管角度越大所形成的流體損失就會(huì)越大，會(huì)直接影響到下游流程的流量計(jì)算結(jié)果。

當(dāng)氣體流過(guò)彎管時(shí)，對(duì)下游直管道進(jìn)行測(cè)量，氣體流速誤差相對(duì)于雷諾數(shù)的變化趨勢(shì)，由此可以說(shuō)明，氣體流速誤差會(huì)隨著湍流程度的大小而出現(xiàn)明顯增加。在川流不完全發(fā)展的階段中，相對(duì)誤差會(huì)隨著他流程度的增加而呈現(xiàn)出遞增變化，在曲線圖中的增幅較為明顯。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)模擬分析，及時(shí)了解氣體在管道內(nèi)的流體變化狀況，可以為天然氣流量計(jì)的工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，相應(yīng)的工藝流程優(yōu)化具有以下標(biāo)準(zhǔn)：

（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(duì)于下游氣體流量的影響。

（2）通過(guò)被檢流量計(jì)以及超聲流量計(jì)在上游安裝整流器的方式，可以減少天然氣流動(dòng)狀態(tài)對(duì)于計(jì)量結(jié)果的影響，從而有效提高天然氣流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的精確度。

參考文獻(xiàn)

[1]秦云松，張吉軍，林媛媛.天然氣流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工藝流程優(yōu)化[J].天然氣工業(yè)，2017

[2]裴全斌，沈超.天然氣流量計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法研究[J].計(jì)量技術(shù)，2018：31-33.

[3]晁宏洲，黃明基，方林劍.高壓天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2019：40-42+49.

中國(guó)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