天然气流量计量标准装置的工艺流程优化

郑立东 蒲文 兰燕华

摘要：天然气计量标准工艺流程管件的设备种类较多，在使用过程中会受到外界因素的影响，在实际运行过程中，只有在投产运行之后影响计量标准的因素才会显现出来，因此相应的整改难度系数非常大。通过分析建设初期科学优化流量及计量标准的工艺流程，才能够有效提高流量计在测量过程中的精确度，减少外界因素对你流量计计量标准装置性能的影响，才能够有效提高流量计的工作效率。

关键词：天然气;计量标准;工艺流程

天然气流量计量标准装置要想获得准确可靠的数据传递工作，需要加强工艺流程的优化以及对天然气介质流态工况条件的确定，对于天然气流量计量标准的影响。因此，在进行建设初期，需要建立相关的数据模型，对工艺流程进行优化，能够有效提高天然气计量标准装置的精确度。

1工艺流程流体力学理论计算

标准装置检定工艺流程主要包括：标准支路、检定支路、汇管和弯管等设备组成。为了能够有效减少管道容量对于检定结果的影响，因此需要采取分区域设置，由小流量检定系统、大流量检定系统及检定台位的组成。

利用流体力学对三维流场进行仿真模拟设计，流程的求解需要建立在流体力学的基础上，形成连续性方程，动量方程和能量方程，在這些方程计算过程中需要考虑到质质量守恒定律、牛顿第二定律以及能量守恒定律三个基本原理。另外，由于管道内的流体会处于湍流状态，还需要进行湍流方程对流程控制的求解过程。

不同模式下的湍流模型，主要在计算湍流粘性方法，控制湍流扩散和体壁面上位置的处理，因此需要结合天然气流量的实际情况，选择合适的湍流模型。

2建模和数值模拟

2.1仿真模型建立

在管道系统中弯管是最基本的结构件，弯管主要安装在测量管道的上游，在模型建立过程中，阀门、整流器等其他阻流元件都能够与弯管进行组合。通过分析弯管对管路流场的影响建立起3D模型。

模型主要有入口缓冲管道、上游弯管、检测直管道、出口缓冲管道等部分组成，根据工业生产中的实行标准，弯管的半径是管道直径的1.5倍。为了确保气体能够充分流过上游弯道达到下游的测量值管道，因此需要设置合理的缓冲管道长度，管道利用法兰进行连接，并且在不同的位置设置检测截面。

不同类型的流量计应用的环境和工作范围不同，例如加油站所使用的流量计需要流量小、量程小的计量仪器。但是对于原油运输的流量计需要使用大型流量计，并且流量计的测量范围要大，对精度的要求稍微低一些。如果使用小型流量计对大流量进行检测，会导致计量不匹配，产生的误差也会更大。

2.2入口弯头对标准管路速度分布的影响

天然气站场内的大小流量检定系统入口均采用弯头设计，弯头的曲率半径存在两种规格，分别为1D和1.5D。不同规格的曲率半径弯头所引起的管道内流量变形，对于下游标准支路会产生不同的影响，并且也会对计量结果带来明显误差，因此在识记过程中需要进行仿真计算，才能够获得精确的数据结果。

2.3整流器下游速度场分析

（1）在流量计上游安装整流器能够有效缩短流量计前面的直管长度，通常情况下在进行天然气流量计算过程中会安装板式整流器，板式整流器的作用可以有效优化管道内流体的不对称性，使流体在较短的直管段内可以充分流动。在进行大小流量检定系统过程中选择检定之路，模拟检定支路板式整流器后直管段内不同位置的天然气速度分布曲线，可以有效分析流产恢复稳定所需要的直管长度，可以有效计算出流量计安装直管段的最低要求。另外，现场检定工作准备完成以后，使计算机进入检定状态，断开与流量计所连接的脉冲发讯器，查看计算机是否有瞬时流量显示，如果没有瞬时流量显示，可以对流量计进行检定工作。

2.4修正方法

天然气流量计量的特性曲线必须保持良好的线性关系，途径流量计装置的流体必须是完全通过的流体，管道中的测定流体流速对于消除涡流和脉动流的影响。为了确保途径涡轮流量计的流体充分通过，需要在流量计装置的上游和下游区域留出相当长的长度，以使流体形成一种充分发展的流程。但是，由于安装条件的限制，通常难以形成流体充分发展的流量模式，这会影响流量计装置的性能。研究人员在两个方面进行了大量研究，以消除或抵消这种影响。一方面，研究了涡轮流动设备的各个上游所需管道的实际长度，所以在进行安装时应该加长管道的长度来减少漩涡流动因素对涡轮流量计的误差影响。

3数值模拟结果分析

在日常管的连接过程中，各种角度的弯管都会得到广泛使用，因此利用软件模拟设计，弯管角度从15°到90°之间的管道模型。

气体流场固定截面流速相对误差会随着弯管角度变化而形成相应的曲线关系，测量不同角度弯管下的流体误差，实验结果表明，随着弯管角度的不断增大，相对误差会形成递增变化，其变化的轨迹近似于抛物线。由此可以说明，弯管角度的变化是影响流体损失的一个重要因素，弯管角度越大所形成的流体损失就会越大，会直接影响到下游流程的流量计算结果。

当气体流过弯管时，对下游直管道进行测量，气体流速误差相对于雷诺数的变化趋势，由此可以说明，气体流速误差会随着湍流程度的大小而出现明显增加。在川流不完全发展的阶段中，相对误差会随着他流程度的增加而呈现出递增变化，在曲线图中的增幅较为明显。

4结束语

综上所述，通过相应的数据模拟分析，及时了解气体在管道内的流体变化状况，可以为天然气流量计的工艺流程进行优化，相应的工艺流程优化具有以下标准：

（1）确定工艺流程的支路和检定支路上游增加汇管的方式，减少上游弯路管道对于下游气体流量的影响。

（2）通过被检流量计以及超声流量计在上游安装整流器的方式，可以减少天然气流动状态对于计量结果的影响，从而有效提高天然气流量计量标准装置的精确度。

参考文献

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[2]裴全斌，沈超.天然气流量计算机标准装置的实验方法研究[J].计量技术，2018：31-33.

[3]晁宏洲，黄明基，方林剑.高压天然气流量标准装置设计优化[J].石油工业技术监督，2019：40-42+49.

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