淺析整流板對天然氣流量計(jì)量的影響

上海自動化儀表有限公司隨著國家節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略的實(shí)施，天然氣發(fā)展迅速，計(jì)量糾紛及輸差問題也日益突出，如何準(zhǔn)確計(jì)量確保買賣雙方的合法利益成為關(guān)注的重點(diǎn)，天然氣

為多組分氣體，影響計(jì)量結(jié)果的因素較多，文章主要分析整流板對超聲流量計(jì)計(jì)量結(jié)果的影響，為流量計(jì)的安裝、選型、檢定提供技術(shù)支撐。

按照GB/T18604《用氣體超聲流量計(jì)測量天然氣流量》要求［1］，進(jìn)入超聲流量計(jì)的天然氣應(yīng)是對稱的充分發(fā)展的紊流速度分布，但由于上游管路的

管道配件、調(diào)壓閥及直管段長度等會影響進(jìn)入流量計(jì)的氣體速度剖面，從而影響測量準(zhǔn)確度。為了減小流速剖面對計(jì)量的影響，各流量計(jì)廠家均配備

了整流板安裝至流量計(jì)前10D位置，用于減少旋渦和改善天然氣速度分布。

不同廠家流量計(jì)的聲道布置及流量計(jì)算數(shù)學(xué)模型不同，對進(jìn)入流量計(jì)的流態(tài)要求不同，配套的整流板也不同，是三個廠家配套的整流板，由圖可以看

出，每款整流板的開孔布局、分布方式均不相同。由于大家對流量計(jì)整流板關(guān)注的少，錯誤的認(rèn)為只要有整流板就能保證流量計(jì)的準(zhǔn)確度，在流量計(jì)

配整流板時未嚴(yán)格按照廠家要求進(jìn)行配置，同時送檢流量計(jì)時也未將配套整流板同時送檢［2］，導(dǎo)致檢定過程用整流板與現(xiàn)場應(yīng)用過程整流板不一

致。為了確認(rèn)整流板對超聲流量計(jì)計(jì)量的影響［4］，本文首先采用三維仿真模擬，利用模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算不同整流板對同一流量計(jì)的影響量

，然后通過在檢定站進(jìn)行實(shí)流測試對模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

1三維仿真模擬計(jì)算

1.1建立模型

利用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT對三維流場進(jìn)行仿真，對流場的求解建立在流體力學(xué)的基本控制方程之上，即連續(xù)性方程、動量方程和能量方程，這些

方程遵守了質(zhì)量守恒、牛頓第二定律和能量守恒三個物理學(xué)基本原理。同時由于管道內(nèi)流體處于湍流狀態(tài)，還需使用湍流方程對流場控制求解［5］

。FLUENT中有多種湍流模型，其中k－ε模型是目前應(yīng)用非常為廣泛的模型，該模型又分為標(biāo)準(zhǔn)k－ε模型，重組化的k－ε模型和可實(shí)現(xiàn)的k－ε模型

。

三種湍流模型在形式上類似，主要差別在于計(jì)算湍流粘性的方法、控制湍流擴(kuò)散的湍流普朗特?cái)?shù)、體壁面位置上如何進(jìn)行處理等存在不同。結(jié)合天然

氣流量計(jì)計(jì)量的工況條件和相關(guān)文獻(xiàn)資料，采用重組化的k－ε模型(ＲNG模型)。計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT計(jì)算管道內(nèi)湍流流場時，正是基于上述三

個基本控制方程，同時結(jié)合合適的湍流模型并在給定邊界條件下進(jìn)行求解，得到了流場內(nèi)部各變量。

通過實(shí)驗(yàn)測試分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與三維仿真模擬結(jié)果基本一致，三種類型整流板對流量計(jì)計(jì)量結(jié)果有一定的影響，Daniel與Elster影響的偏差非常大，

Sick處于中間位置，計(jì)量結(jié)果的非常大偏差可達(dá)0.6%，同時在不同流速下，整流板對計(jì)量結(jié)果的影響不同，在40%Qmax流量點(diǎn)處影響相對較小，在往

大流量或者小流量偏移時影響量逐漸變大。

2.2流態(tài)剖面影響試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證流速剖面對計(jì)量的影響，選用一臺DN150Daniel流量計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)［8］，流量范圍為47～1846m3/h，分別對不安裝整流板、整流板部分整流孔

堵塞及整流板正常安裝條件下進(jìn)行測試。

三種安裝條件下測試結(jié)果偏差較大，說明流速剖面對計(jì)量結(jié)果影響較大，在上游10D處安裝整流板可有效較小流態(tài)的畸變，測試結(jié)果相對可靠，其他

安裝條件與之對比可分析出安裝對計(jì)量的影響。在不安裝整流板時計(jì)量結(jié)果相對偏大0.3%左右，整流板部分堵塞時，計(jì)量結(jié)果相對偏大0.6%左右。對

于不同類型的流量計(jì)安裝條件對計(jì)量結(jié)果的影響不盡相同，該測試結(jié)果僅對被測流量計(jì)適用，測試結(jié)果表明安裝條件的不同會導(dǎo)致經(jīng)過流量計(jì)的流體

流態(tài)不同，對計(jì)量有較大影響，至于影響趨勢及影響量需經(jīng)過大量理論及試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3案例分析

在某長輸管道計(jì)量站內(nèi)計(jì)量用流量計(jì)為DN400Elster超聲流量計(jì)，在應(yīng)用過程中與下游計(jì)量監(jiān)督站出現(xiàn)較大的計(jì)量交接差，通過對計(jì)量系統(tǒng)的排查，

發(fā)現(xiàn)檢定時選用的是相同口徑的Daniel整流板，未選用Elster配套整流板，為了確認(rèn)是否是整流板的影響，利用移動標(biāo)準(zhǔn)裝置到現(xiàn)場進(jìn)行了在線實(shí)流

測試，測試結(jié)果與前檢定結(jié)果有較大偏差，非常大偏差為0.7%。

4 結(jié)論及建議

( 1) 整流板對天然氣流體具有整流效果，可有效提高流量計(jì)計(jì)量的準(zhǔn)確度，不同型號整流板適用不同類型的流量計(jì)，不能混用，混用后會引入較大

的偏差，偏差非常大可達(dá) 0. 7% 。

( 2) 通過三維模擬仿真及流量計(jì)計(jì)量的數(shù)學(xué)模型可分析不同整流板對流量計(jì)的影響量，通過模擬和大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可建立一套整流板對流量計(jì)計(jì)量

的修正模型，在檢定與使用過程中選用整流板不同時可通過模型進(jìn)行修正補(bǔ)償，同時可在計(jì)量系統(tǒng)評定時通過該方法定量分析計(jì)量結(jié)果的偏差。

( 3) 上海自動化儀表有限公司建議流量計(jì)使用及檢定時采用相同的整流板，有條件的場站可將在用整流板與流量計(jì)整體送檢，避免因整流板選型造成計(jì)量偏差。