摘要:在國(guó)家天然氣流量計(jì)計(jì)量站大流量檢定系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，由于工作需開(kāi)啟不同的檢定管路，所實(shí)施的核查級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表和被檢工作表具有多樣化的組合方式，且工作流量較大，其檢定結(jié)果精度非常易受介質(zhì)流場(chǎng)不穩(wěn)定性的影響。為此，基于典型大流量檢定裝置的流程模型，通過(guò)采用FLUENT模擬不同檢定口徑在不同流量點(diǎn)下的不同工作組合模式，計(jì)算得到不同管路工作條件下的天然氣體積流量測(cè)定誤差值。研究分析結(jié)果表明:計(jì)量站的標(biāo)準(zhǔn)表不同組合方式工作條件對(duì)檢定工作質(zhì)量具有不同的影響，工作管路的口徑越大而造成的介質(zhì)流動(dòng)不穩(wěn)定性產(chǎn)生的檢定結(jié)果精度影響越明顯，通過(guò)改善檢定系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)表與檢測(cè)表的管容和增大進(jìn)、入口管路的間距可降低檢定誤差，從而一定程度地消除介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)帶給計(jì)量檢定的影響，有效提高天然氣流量計(jì)檢測(cè)的量傳水平。
0引言
　　為保證天然氣貿(mào)易結(jié)算的公平公正，需對(duì)廣泛應(yīng)用于各計(jì)量站的天然氣流量計(jì)實(shí)施強(qiáng)制檢定，檢定系統(tǒng)的精度和可靠性是影響計(jì)量檢定結(jié)果的重要影響因素，也是保證公平貿(mào)易的重要保障。一般而言，在國(guó)家天然氣流量計(jì)量站的大流量檢定裝置中，由于檢定管路的口徑大和工作流量大，這就要求管內(nèi)天然氣應(yīng)獲得一個(gè)充分發(fā)展的軸對(duì)稱(chēng)的速度分布，以避免局部流動(dòng)的不穩(wěn)定性對(duì)檢定結(jié)果造成一定的誤差影響。因此，探索分析檢定管路流場(chǎng)對(duì)檢定結(jié)論精度的影響，確定標(biāo)準(zhǔn)表與檢測(cè)表間的間距和合適的管容條件，對(duì)提高計(jì)量檢定工作質(zhì)量有著十分重要的作用。
1大流量檢定系統(tǒng)流程簡(jiǎn)化模型
　　國(guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站武漢分站是中國(guó)石化依托川氣東送管道建設(shè)的國(guó)際先進(jìn)水平的天然氣流量計(jì)量高壓實(shí)流檢定站，能夠?qū)�DN500mm及以下的天然氣流量計(jì)實(shí)施校準(zhǔn)或檢定。該站使用的檢定系統(tǒng)基于標(biāo)準(zhǔn)表法原理，采用小流量檢定系統(tǒng)，大流量檢定系統(tǒng)及檢定臺(tái)位分區(qū)域組合成而。如圖1所示，大流量檢定系統(tǒng)設(shè)置6組由1臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)和1臺(tái)核查超聲流量計(jì)串聯(lián)組配的標(biāo)準(zhǔn)表管路(DN200mm)、5組檢定臺(tái)位(分別為DN150mm、DN200mm、DN250mm、DN300mm和DN400mm)和1組移動(dòng)式標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定接口(DN300mm)。
　　通常，大流量檢定裝置需根據(jù)檢定要求打開(kāi)流量計(jì)檢定管路、核查級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表和工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)組合表來(lái)開(kāi)展檢定工作，其檢定流量計(jì)管徑范圍(DN150～DN400)mm，壓力等級(jí)4.0MPa、6.3MPa、10.0MPa，流量范圍(25～9600)m2/h。

　　為了便于模擬天然氣在管道內(nèi)的流場(chǎng)狀況，簡(jiǎn)化大流量檢定裝置流程模型如圖2所示。模型左端連接標(biāo)準(zhǔn)表，是為介質(zhì)入口側(cè);模型右端連接被檢表，是為介質(zhì)出口側(cè)。在實(shí)際的檢定工作過(guò)程中，根據(jù)被檢表各檢定點(diǎn)的流量值實(shí)施核查級(jí)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的多種組合使用。［5－8］因此，以幾種較為典型的組合開(kāi)展分析，總結(jié)標(biāo)準(zhǔn)表與被檢表間的距離確定和檢定結(jié)果精度影響規(guī)律。

2模擬單根管路的檢定結(jié)果精度影響
2.1構(gòu)建網(wǎng)格模型
　　采用FLUENT模擬計(jì)算DN400管路在4MPa、20℃、檢定點(diǎn)流量1000m3/h時(shí)的管內(nèi)天然氣流場(chǎng)狀況。如圖3所示，在GAMBIT建立三種不同管路條件模型并劃分網(wǎng)格，即分別模擬單根入口管和出口管距離很近、較近和較遠(yuǎn)的不同情況。模型中y軸擬合匯管軸向，D匯=0.6m、L匯=7m;x－軸擬合入口管軸向，D入=0.2m、L入=3m;x+軸擬合出口管軸向，D出=0.4m、L出=10m。

2.2計(jì)算結(jié)果分析
　　根據(jù)武漢分站天然氣的基礎(chǔ)物性，在FLUENT中創(chuàng)建流體材料，經(jīng)計(jì)算得到流動(dòng)穩(wěn)定后的管內(nèi)天然氣流速分布如圖4所示。

　　通過(guò)觀察出口管路分別在2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m和10m處的截面流速分布，并計(jì)算三種組合類(lèi)型在相應(yīng)截面上的體積流量大小，如圖5所示。對(duì)比入口流量，可清楚的知道各截面上流量值發(fā)生了波動(dòng)，這是由于天然氣在管道內(nèi)流場(chǎng)穩(wěn)定性發(fā)生變化而產(chǎn)生的影響。因此，要最大程度地消除天然氣流場(chǎng)不穩(wěn)定性對(duì)檢定結(jié)果精度的影響就需設(shè)置合理的標(biāo)準(zhǔn)表與被檢表間的距離。根據(jù)模擬結(jié)果可知:對(duì)模型1的管路情況，將被檢表設(shè)置在4m處誤差最小;對(duì)模型2的管路情況，將被檢表設(shè)置在6m處誤差最小;對(duì)模型3的管路情況，將被檢表設(shè)置在2m處誤差最小。

3模擬組合管路的檢定結(jié)果精度影響
3.1構(gòu)建網(wǎng)格模型
　　采用FLUENT模擬計(jì)算DN250管路在6MPa、20℃、檢定點(diǎn)流量2000m3/h時(shí)，三根入口管組合情況下的的管內(nèi)天然氣流場(chǎng)狀況。同理，在GAMBIT中建立模型并劃分網(wǎng)格，如圖6所示。

3.2計(jì)算結(jié)果分析
　　同樣根據(jù)武漢分站天然氣的基礎(chǔ)物性，在FLU-ENT中計(jì)算得到流動(dòng)穩(wěn)定后的出口管內(nèi)天然氣在2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m和10m處的流速分布如圖7所示。

　　由圖7可以看出，出口管道內(nèi)天然氣流動(dòng)狀況在截面4m處趨于基本穩(wěn)定，5m后的天然氣的流動(dòng)狀態(tài)變化已然非常的微小。如圖8所示，分別計(jì)算各截面的體積流量，并與入口流量對(duì)比發(fā)現(xiàn)被檢表設(shè)置2m處誤差最小。通過(guò)天然氣流場(chǎng)穩(wěn)定性與截面流量的影響關(guān)系可知，設(shè)置合理的檢定設(shè)備位置，以保證介質(zhì)流動(dòng)穩(wěn)定性可有效的提高檢定結(jié)果精度。

4結(jié)論
　　在實(shí)際的流量檢定工作中，核查級(jí)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì)可有多種的組合方式，要最大程度地消除天然氣的流動(dòng)狀態(tài)帶給計(jì)量檢定的影響，必須要確定標(biāo)準(zhǔn)表與檢測(cè)表間的合適間距和管容。通過(guò)對(duì)天然氣流量計(jì)量站的大流量檢定臺(tái)上不同口徑在不同流量點(diǎn)下的不同工作組合模式進(jìn)行流場(chǎng)模擬分析，計(jì)算得出不同管容截面上的體積流量和將產(chǎn)生的計(jì)量誤差。
(1)對(duì)比模擬被檢流量計(jì)口徑分別在DN400mm與DN250mm時(shí)的檢定結(jié)果精度，DN400mm時(shí)的檢定誤差最大近乎3%，可見(jiàn)大口徑的流量計(jì)檢定工作質(zhì)量受介質(zhì)流場(chǎng)穩(wěn)定性的影響更為明顯。
(2)對(duì)比模擬單根入口管和三根入口管組合情況下的管內(nèi)天然氣流場(chǎng)變化對(duì)檢定結(jié)果精度的影響，可知標(biāo)準(zhǔn)表的不同組合方式造成的影響程度并不相同。
(3)對(duì)比模擬較大被檢流量計(jì)口徑(DN400mm)條件，在入口管分別位于匯管不同位置時(shí)的最小誤差截面位置在4m、6m和2m處，可知適當(dāng)減小兩表管容，增大入口管路和出口管路之間的水平距離可有效的降低檢定誤差。

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