淺析整流板對天然氣流量計量的影響

上海自動化儀表有限公司隨著國家節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略的實施，天然氣發(fā)展迅速，計量糾紛及輸差問題也日益突出，如何準(zhǔn)確計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，影響計量結(jié)果的因素較多，文章主要分析整流板對超聲流量計計量結(jié)果的影響，為流量計的安裝、選型、檢定提供技術(shù)支撐。

按照GB/T18604《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》要求［1］，進(jìn)入超聲流量計的天然氣應(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量的影響，各流量計廠家均配備

了整流板安裝至流量計前10D位置，用于減少旋渦和改善天然氣速度分布。

不同廠家流量計的聲道布置及流量計算數(shù)學(xué)模型不同，對進(jìn)入流量計的流態(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的準(zhǔn)確度，在流量計

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計量的影響［4］，本文首先采用三維仿真模擬，利用模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，計算不同整流板對同一流量計的影響量

，然后通過在檢定站進(jìn)行實流測試對模擬計算結(jié)果進(jìn)行驗證。

1三維仿真模擬計算

1.1建立模型

利用計算流體力學(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，主要差別在于計算湍流粘性的方法、控制湍流擴(kuò)散的湍流普朗特數(shù)、體壁面位置上如何進(jìn)行處理等存在不同。結(jié)合天然

氣流量計計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)。計算流體力學(xué)軟件FLUENT計算管道內(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。

通過實驗測試分析，實驗結(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計量結(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)剖面影響試驗驗證

為了驗證流速剖面對計量的影響，選用一臺DN150Daniel流量計進(jìn)行試驗［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量的影響。在不安裝整流板時計量結(jié)果相對偏大0.3%左右，整流板部分堵塞時，計量結(jié)果相對偏大0.6%左右。對

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

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

3案例分析

在某長輸管道計量站內(nèi)計量用流量計為DN400Elster超聲流量計，在應(yīng)用過程中與下游計量監(jiān)督站出現(xiàn)較大的計量交接差，通過對計量系統(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，可有效提高流量計計量的準(zhǔn)確度，不同型號整流板適用不同類型的流量計，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計量的數(shù)學(xué)模型可分析不同整流板對流量計的影響量，通過模擬和大量的試驗數(shù)據(jù)可建立一套整流板對流量計計量

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，同時可在計量系統(tǒng)評定時通過該方法定量分析計量結(jié)果的偏差。

( 3) 上海自動化儀表有限公司建議流量計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整體送檢，避免因整流板選型造成計量偏差。