天然气流量计量标准装置的工艺流程优化

冯海军

摘 要：本文给出了分析大流量天然气计量表混装置的三维仿真、优化策略以及提高气体流量测量精度。我们希望通过对本文的讨论，提供行业从业人员的帮助和借鉴料，推动我国燃气计量表混装置流程的改进。

关键词：天然气;流量计量;标准设置;工艺流程;优化设计

1.天然气流量计量研究现状

天然气流量计量技术是一种计量气流量过程中气流量的技术。气体计量系统的整体性能直接影响测量精度。为提高计量精度，建立了计量体系标准，包括天然气流量、仪器参数、安全标准等。

1.1国外现状调查。早些时候对国外天然气的计量进行了调查。1990年代后期，天然气质量指数确定了三个重要标准：安全卫生、经济和环境。在天然气流量计量方面，确定了气流量计算、超声波基准测量、涡轮计量和压缩因子的代表性标准;计量系统（气燃料测量系统）定义了流量计量的准确性和参数中允许的最大误差测量。实流测定方法是通过测量运行状态下气体的物性参数来测量气体流量。

1.2调查国内的现状。我们对天然气计量的研究起步较晚。天然气测量系统和天然气标准的技术要求是根据国家天然气开发要求和国外标准发布的。前者规定了气体测量系统的设置和调整要求，给出了不同计量系统的温度、压力、压缩系数、热产生、质量和密度的具体要求，并限制了相应测量手段的精度。该法对天然气的定义不同，允许对进口到中国的天然气进行质量控制。区分容积法、速度法、差压法、面积法以及质量法的气流测量。容积法由两个空间体组成，根据流体压力损失引起的旋转数和通过小空间的流量计算气体流量。天然气流量是根据伯努利方程和连续性方程计算的。

2.我国天然气流量计量技术发展趋势

2.1自动化、智能和远程管理计量方法。近年来，随着技术的飞速进步，天然气计量正在发展为智能、自动化和实时的利用。同时，利用大型企业采用的SCADA在线监测系统等互联网技术，对天然气计量进行远程控制和在线管理。在气体流量计量系统中，每次计量所需的数据只是所需数据的一小部分。为了准确计量天然气，还必须测量气体的压力、温度、密度和气相色谱。这些参数通常由辅助仪器测量。同时，测量数据必须通过数据处理系统进行处理、存储和处理。因此，新系统被集成到气体计量系统中，以便通过系统间的协调实现准确、低成本的气体实时计量。

2.2促进天然气计量的实施，促进我国天然气计量。随着我们市场经济的不断改善和天然气贸易的日益全球化，各国越来越多地要求天然气贸易的公平性，能量计量被公认为然气贸易交接的最公平手段。因此，从天然气计量向能源计量的过渡对我国的发展至关重要。此外，为了促进天然气能量计量，我们应发展天然气能量源系统和相关技术，如提高气体发热量测量仪器的精度和建立气体分析标准。

3.工艺流程流体力学理论计算

本文选择了某地分站的标准运行级设备，并收集了其技术工艺的数据。检定过程更加复杂。在设计过程中，使用区域参数设计方法进一步消除管道容量对最终检定结果的影响。应用检定工艺模拟三位流场过程。为了求解流场，需要建立基于流体力学基本方程的数据收集，包括连续性方程、动量方程和能量方程。此外，由于管道中的天然气流体在大多数情况下都是湍流，因此在使用湍流表达式求解流量控制时需要消除数据错误。在实际应用中，流体力学软件可以提供用于计算湍流模型的多个模板，目前，k-ε是最长的使用模板，可以细分，并且是标准的、可重复的和可行的。主要区别在于湍流黏性的计算、湍流扩散的计算和湍流数目的计算。根据我所研究的实际情况，重组模式是在实际计算中选定的，也称为RNG模式。流体计算软件应用程序可以使用上述三个基本方程计算管道内的湍流场，然后根据给定边界条件下的湍流模型计算最终结果，从而得出天然气流场变量的特定值。

4.检定工艺流程三位速度场模拟分析与研究

管道内气体速度分析是影响流量计测量精度的一个重要因素。并根据实际需要对管道内部流场进行分析，以便更好地了解流场分布，实现目标优化设计，影响气体测量验证结果的主要原因是去除入口端弯头和整流装置，然后根据工艺分析进行仿真。

4.1入口的弯头对标准管道流量分布的影响。在分站检定系统设计过程中，为入口弯管设计并规范了小流量识别系统的输入。标准弯头的弯曲半径为1D以及1.5D。两个不同弯曲半径的弯管用曲率半径弯头，它们在管道内的流动状态差别很大，但实际图像数据分析和仿真研究。（1）确定了检定的速度分布若要进一步提高研究速度，请在标准管路中的不同位置选取DN100分支的速度，以进行分析计算。第一步是为具有不同曲率半径的管道云图的绘制，第二步是为具有不同检定流量和曲率半径的不同标准管路位置绘制速度分布曲线。实际模拟中使用的检定流量过程为0.25qmax用于云图的绘制。实际云如以下图1所示：

以上云图可得出以下结论：绘制图中的管道内流畅也可能具有不同的曲率半径状态。所使用的1D弯曲半径弯头在液体输送过程中可能会导致下游段充填发生重大异常变化，但随着正常液体进入直管道，可以断定与管道的延伸变形存在联系，特别是在回关之后关闭后，液体输送的异常问题会很好计算了不同流量下的标准分支流量分布规律，研究对象为标准分支DN100。当流量为0.25、0.7和1Qmax时，标准分支的流量分配由1、5、10、15、25和35d指示（标准分支的直径由d指示）。在1d流动距离处，具有不同曲率半径的两条弯头具有不同的状态，因此皇冠界面速度分布可能会扭曲，但得到的数据相对相似。进入整流器之前，两种曲率半径条件下的速度相对均匀，不符合整体展开要求。

4.2对整流器下游速度场的分析。使用流量计的上游整流装置可进一步缩短流量计前端段的长度，使用板式整流装置可进一步改善管道内流体的不对称，使天然气流体在短时间内完全进入直段。在这种情况下，请在小型流量检查系统中选取子电路做为模拟物件，以取得在不同流量检查区域安装流量检查器右侧区段所需的最小介面卡速度分布。

5.优化建议

根据汇管本身的缓冲功能，弯管的弯曲半径对分支流场的影响微乎其微。在这种情况下，可以通过添加汇管来消除弯曲对流效果。10d板型适配器下游，流场可恢复到完全展开状态，流量值可精确计算因此，在整流板后方10d应用流量计可以进一步缩短直线段长度，从而减少流量类型对流量和测量的影响，进一步提高流程优化效率。

通过对测量检定过程进行仿真分析，可以控制管道中气体流量类型的变化，并为优化过程提供基础。基于分析结果，标准设备通过在检定过程的标准分支和检定分支中添加上游汇管来优化流程，从而减少上游弯头对下游流类型的影響。为了减小流量状态对测量结果的影响，提高标准测量装置的精度，在被检流量计和超声波流量计的上游安装10d整流器。

参考文献：

[1]吴谷.计量与标准天然气实流标准装置[J].计量与测试技术，2019（4）：35-36.

[2]丁昌雷.高压天然气流量标准装置[J].计量学报，2019，29（5）：479-483.

[3]段秀光.标准表法流量标准装置检定规程：JJG 643[S].北京：中国计量出版社，2019.

[4]李韬生.涡轮流量计检定规程：JJG 1037[S].北京：中国质检出版社，2019.