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天然气流量计装置管路流场对检定影响
发布时间:2020-3-12 08:22:54

摘要:在国家天然气流量计计量站大流量检定系统的应用过程中,由于工作需开启不同的检定管路,所实施的核查级标准表和被检工作表具有多样化的组合方式,且工作流量较大,其检定结果准确度非常易受介质流场不稳定性的影响。为此,基于典型大流量检定装置的流程模型,通过采用FLUENT模拟不同检定口径在不同流量点下的不同工作组合模式,计算得到不同管路工作条件下的天然气体积流量测定误差值。研究分析结果表明:计量站的标准表不同组合方式工作条件对检定工作质量具有不同的影响,工作管路的口径越大而造成的介质流动不稳定性产生的检定结果准确度影响越明显,通过改善检定系统中标准表与检测表的管容和增大进、入口管路的间距可降低检定误差,从而一定程度地消除介质流动状态带给计量检定的影响,有效提高天然气流量计检测的量传水平。
0引言
  为保证天然气贸易结算的公平公正,需对广泛应用于各计量站的天然气流量计实施强制检定,检定系统的准确度和可靠性是影响计量检定结果的重要影响因素,也是保证公平贸易的重要保障。一般而言,在国家天然气流量计量站的大流量检定装置中,由于检定管路的口径大和工作流量大,这就要求管内天然气应获得一个充分发展的轴对称的速度分布,以避免局部流动的不稳定性对检定结果造成一定的误差影响。因此,探索分析检定管路流场对检定结论准确度的影响,确定标准表与检测表间的间距和合适的管容条件,对提高计量检定工作质量有着十分重要的作用。
1大流量检定系统流程简化模型
  国家石油天然气大流量计量站武汉分站是中国石化依托川气东送管道建设的国际先进水平的天然气流量计量高压实流检定站,能够对DN500mm及以下的天然气流量计实施校准或检定。该站使用的检定系统基于标准表法原理,采用小流量检定系统,大流量检定系统及检定台位分区域组合成而。如图1所示,大流量检定系统设置6组由1台标准涡轮流量计和1台核查超声流量计串联组配的标准表管路(DN200mm)、5组检定台位(分别为DN150mm、DN200mm、DN250mm、DN300mm和DN400mm)和1组移动式标准装置检定接口(DN300mm)。
  通常,大流量检定装置需根据检定要求打开流量计检定管路、核查级标准表和工作级标准组合表来开展检定工作,其检定流量计管径范围(DN150~DN400)mm,压力等级4.0MPa、6.3MPa、10.0MPa,流量范围(25~9600)m2/h。

  为了便于模拟天然气在管道内的流场状况,简化大流量检定装置流程模型如图2所示。模型左端连接标准表,是为介质入口侧;模型右端连接被检表,是为介质出口侧。在实际的检定工作过程中,根据被检表各检定点的流量值实施核查级标准流量计的多种组合使用。[5-8]因此,本文以几种较为典型的组合开展分析,总结标准表与被检表间的距离确定和检定结果准确度影响规律。

2模拟单根管路的检定结果准确度影响
2.1构建网格模型
  采用FLUENT模拟计算DN400管路在4MPa、20℃、检定点流量1000m3/h时的管内天然气流场状况。如图3所示,在GAMBIT建立三种不同管路条件模型并划分网格,即分别模拟单根入口管和出口管距离很近、较近和较远的不同情况。模型中y轴拟合汇管轴向,D汇=0.6m、L汇=7m;x-轴拟合入口管轴向,D入=0.2m、L入=3m;x+轴拟合出口管轴向,D出=0.4m、L出=10m。

2.2计算结果分析
  根据武汉分站天然气的基础物性,在FLUENT中创建流体材料,经计算得到流动稳定后的管内天然气流速分布如图4所示。

  通过观察出口管路分别在2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m和10m处的截面流速分布,并计算三种组合类型在相应截面上的体积流量大小,如图5所示。对比入口流量,可清楚的知道各截面上流量值发生了波动,这是由于天然气在管道内流场稳定性发生变化而产生的影响。因此,要最大程度地消除天然气流场不稳定性对检定结果准确度的影响就需设置合理的标准表与被检表间的距离。根据本文的模拟结果可知:对模型1的管路情况,将被检表设置在4m处误差最小;对模型2的管路情况,将被检表设置在6m处误差最小;对模型3的管路情况,将被检表设置在2m处误差最小。

3模拟组合管路的检定结果准确度影响
3.1构建网格模型
  采用FLUENT模拟计算DN250管路在6MPa、20℃、检定点流量2000m3/h时,三根入口管组合情况下的的管内天然气流场状况。同理,在GAMBIT中建立模型并划分网格,如图6所示。

3.2计算结果分析
  同样根据武汉分站天然气的基础物性,在FLU-ENT中计算得到流动稳定后的出口管内天然气在2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m和10m处的流速分布如图7所示。

  由图7可以看出,出口管道内天然气流动状况在截面4m处趋于基本稳定,5m后的天然气的流动状态变化已然非常的微小。如图8所示,分别计算各截面的体积流量,并与入口流量对比发现被检表设置2m处误差最小。通过天然气流场稳定性与截面流量的影响关系可知,设置合理的检定设备位置,以保证介质流动稳定性可有效的提高检定结果准确度。

4结论
  在实际的流量检定工作中,核查级标准流量计和被检流量计可有多种的组合方式,要最大程度地消除天然气的流动状态带给计量检定的影响,必须要确定标准表与检测表间的合适间距和管容。通过对天然气流量计量站的大流量检定台上不同口径在不同流量点下的不同工作组合模式进行流场模拟分析,计算得出不同管容截面上的体积流量和将产生的计量误差。
(1)对比模拟被检流量计口径分别在DN400mm与DN250mm时的检定结果准确度,DN400mm时的检定误差最大近乎3%,可见大口径的流量计检定工作质量受介质流场稳定性的影响更为明显。
(2)对比模拟单根入口管和三根入口管组合情况下的管内天然气流场变化对检定结果准确度的影响,可知标准表的不同组合方式造成的影响程度并不相同。
(3)对比模拟较大被检流量计口径(DN400mm)条件,在入口管分别位于汇管不同位置时的最小误差截面位置在4m、6m和2m处,可知适当减小两表管容,增大入口管路和出口管路之间的水平距离可有效的降低检定误差。

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