中原油田天然气产销厂 河南省濮阳市457001
摘要:想要进一步提升天然气流量计量标准装置的可靠性以及精准度,就需要进行量值溯源以及传递工作的分析,这两项工作极其的重要,需要保证工艺流程为天然气的流态传递提供良好的介质,并且消除天然气运输过程中所产生的管道振动以及噪音等相关问题。针对此种情况,在优化设计的初期,通过流体力学理论以及三维仿真模拟的应用,能够实现对现有的工艺流程进行具体的分析,进而进行优化策略的设计,可以有效地提升计量标准装置自身的精准度的把控。
关键词:天然气;流量计量;标准设置;工艺流程;优化设计
1工艺流程流体力学理论计算
笔者在本文的论述中选择某地分站的工作级标准装置,并且对其工艺流程进行数据的采集,详细的工艺流程如下图1所示:
通过图1流程示意图中的数据能够得知,该检定工艺较为复杂。在该工艺流程设计的过程中,为了能够进一步消除管道容量对最终检定结果的影响,所以采用了分区域设置的设计方法。通过计算流体力学软件的应用,能够对该检定工艺流程进行三位流场的仿真模拟,在对流场求解的过程中,需要将数据的采集建立在流体力学的基本方程式之上,其中包含有连续性方程、动量方程以及能量方程三种。除此之外,因为管道内天然气流体的运输绝大多数情况下都处于湍流的状态下,还需要通过湍流方程来对消除流场控制求解过程中所产生的数据误差。
所使用的计算流体力学软件在实际的应用过程中,能够提供多种湍流模型计算的模板,现阶段k-ε模板是最长使用的一种,该种模板还可以进一步细分,分别是标准型、重组型以及可实现型。所使用软件提供的湍流计算模型在形式上存在有一定的类似性,最主要的区别就是在于湍流黏性计算、控制湍流扩散计算以及湍流普朗特数计算上。根据笔者所研究的武汉分站的实际情况,在实际计算的过程中选择了重组化模型,该模型的计算也被称之为RNG模型。
通过流体计算软件的应用能够对管道内部湍流流场的过程中,基于上述的三个基本方程进行计算工作,并且根据湍流模型在给定边界条件下进行最终结果的计算,以此为基础能够得到天然气流场内部各种变量的具体数值。
2检定工艺流程三位速度场模拟分析与研究
管道内部气体流动速度的分析是影响流量计剂量准确度一个非常重要的因素,并且根据实际情况的不同需要对管道内部的流场进行分析,从而能够进一步了解流场的分布规律,从而进行针对性优化设计。对现场工艺流程进行具体的分析,笔者发现影响天然气计量检定结果的主要原因有:坚定去入口弯头以及整流器两个方面,以此为基础进行仿真计算模拟的进行。
2.1入口弯头对标准管路速度分布的影响
在笔者所研究的分站检定系统设计的过程中,大小流量鉴定系统入口都是进行了弯头的设计,并且具相关规定,通用弯头的曲率半径为1D以及1.5D两种规格。这两种不同的曲率半径弯头作为阻流件会对管内流态所产生的影响会有明显的差距,但是真实的影像数据还需要通过仿真计算来进行分析研究。
2.1.1小流量检定系统弯头的下有速度分布
为了能够进一步提升研究的速度,所选择的是标准管路中的DN100的支路来对不同位置的速度进行分析计算。第一步是对不同曲率半径下的汇管内部速度进行云图的绘制,第二步是对不同检定流量、不同曲率半径下标准管路不同位置处的速度进行分布曲线的绘制。在实际的模拟过程中所使用的检定流量为0.25Qmax,从而进行云图的绘制,实际的云图情况如下图2所示:
通过所绘制的以上云图实际情况可以得出以下结论:曲率半径的不同,入口管道内流畅分布也会呈现出不同的状态,所使用的1D曲率半径弯头在液体输送的过程中下游段液体装填会呈现出较大的畸形变化,但是伴随正液体进入到直管道的部分,也体会伴随着管道的延伸畸形情况得到一定的环节,特别是达到回关之后因为汇管自身具有一定的缓冲作用,那么传输液体的畸形问题就会得到良好的解决,其他种类的支路都呈现出相同的状态。
然后需要对不同流量下标准支路的速度分布规律进行计算,同样是以DN100标准支路作为研究对象,通过软件的应用分析器在0.25Qmax、0.7Qmax、1Qmax流量的情况下,距离标准之路汇管1d、5d、10d、15d、25d、35d(该处d所表示的是标准管路的直径)所呈现出的速度分布情况。在距离汇管1d距离处,两种不同曲率半径弯头会呈现出不同的状态,所以冠冕界面的速度分布也会出现了一定的畸形,但是正提升的数据较为相近,在进入整流器之前,两种曲率半径条件下的速度分布较为均匀,没有达到充分发展的要求。
2.1.2大流量检定系统不同曲率半径弯头下游速度分布
笔者对大流量检定区工艺流程进行模拟实验,模拟实验的结果与之前所叙述的流量检定系统工艺存在着相通性,所产生的数据结果基本一致,所以两者可以归为一类进行处理,不需要过多进行阐述。
2.2整流器下游速度场分析
流量计上游进行整流器的应用可以进一步的缩短流量计前管段的长度,并且通过板式整流器的应用可以进一步提升管道内部流体不对称情况的出现,能够使天然气流体在较短的时间内在直管段得到充分的流动。针对此种情况在大小流量检定系统中选择一条支路作为模拟的对象从而得到流量计安装直管段的最低要求。
2.2.1小流量检定区不同鉴定流量时整流器后速度分布
小流量检定区所模拟的支路为DN50,不同板式整流器的不同位置速度分布也有所不同。
2.2.2大流量检定区在不同检定流量时板式整流器后的速度分布
笔者对大流量检定区工艺流程进行模拟实验,模拟实验的结果与之前所叙述的流量检定系统工艺存在着相通性,所产生的数据结果基本一致,所以两者可以归为一类进行处理,不需要过多进行阐述。
3优化建议
①在汇管自身的缓冲作用加持之家,由弯头曲率半径所引发的支路流场分布影响基本上可以忽略不计,针对此种情况,可以通过增加汇管的方法来消除弯管对流态的影响;②在局里板式整流器下游的10d位置处,流场能够恢复到充分发展的状态,从而能够精准的流量值计算的条件,所以在整流板后方10d的伟指出进行流量计的应用能够进一步缩减直管的长度,从而减少流态对流量及计量结果的影响因为,进一步提升工艺流程的优化效果。
结束语
计量技术在各个行业都得到了广泛的应用,同时计量技术在行业中占据了重要的地位。计量数据的准确性是衡量计量技术诚实的重要标准。而天然气是工业发展的重要能源之一,天然气的流量计量应该受到重视。虽然天然气流量计量技术起步时间晚,仍然存在着不完善的地方,但是现代科学技术水平的提高和经济的迅速发展,天然气流量计量技术也会不断完善。
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