气体回流对孔板流量计的上游和下游压力的影响

气体回流对孔板流量计的上游和下游压力的影响分析。

从上游和下游孔板流量的影响出发，根据现场数据，利用solidworks软件建立了DN150标准孔板流量计的几何模型，在CFD软件的基础上对孔板流量计内部流场进行了数值模拟分析。结果表明：天然气在管道中回流工况越严重，对孔板流量计的上游、下游压力变化影响越大。随管输出量的增加，回流程度逐渐平缓，孔板上流动基本不受上游涡的影响，上游段压力变化幅度较小，对孔板流量的影响也较小。

孔板流量计与其它流量计相比，具有结构简单、耐用可靠、维护方便等优点，已成为天然气工业中经常使用的流量计量装置[1-2]。但不能消除城市天然气管网用户用气量的差异[3]。特别是在用气高峰期间，输气站汇管连接的各个供气支路相互影响严重。其主要表现为：大流量供气支路的管输量远大于小流量供气支路的管输量，这使得大流量供气支路在输气过程中使小流量供气支路在汇管连接处发生天然气回流工况，造成了管内天然气流动工况不稳定；因此影响与小流量供气支路连接的孔板流量计上下游压力，在瞬时发生压力波动，计量精度降低，不能很好地完成计量任务。以某输气站供气支路发生回气工况的现场数据为基础，基于CFD软件[4]，系统地分析了孔板流量计在回流状态下的内部流场，得到不同天然气回流工况对孔板流量的影响规律，并提出解决方案。

1、建模。

孔面板流量计的计量原理见图1。开孔前后取截面1和2，并根据两截面的压差换算出某一时刻天然气流量。

孔板节流原理

采用DN150标准孔板流量计和solidworks软件对三维实体进行建模，用ICEM-CFD软件对其进行网格划分，在壁面上设置4层边界层，比例为1.0。在保证计算精度的前提下，整体网格划分尽可能地提高了计算效率。选择了结构化网格划分，并对孔板和管道的连接进行加密处理，*终生成的计算网格见图2。

"孔板流量计网格划分"根据Fluent-CFD软件，边界条件为(velocity-inlet)入口，值取10m/s，和(outflow)出口，RANS气体状态方程，RNGk-ε湍流模型，对流离散格式为2阶迎风格式，算法采用耦合求解[4-7]。并对天然气回流状态下孔板流量计内部流动进行了数值求解。

2计算分析。

通过对某输气站供气实况分析，由于存在汇管结构的影响，在小流量支路管道输量占总流量10%的情况下，必然会产生回流工况，而且管输量越小回流越严重。表明在小流量供气支路管输量中，在总流量2%,4%,6%,8%,10%的情况下，天然气回流工况对孔板流量计上下游截面压力的影响程度。通过计算得到了不同下孔板流量计上、下截面上、下游截面压力随轴距的变化，见图3。

"管输量占比 2%、4%、6%、8%、10%时孔板流量计上游( a) 和下游( b) 截面压力变化" 

从图3可以看出，起初天然气回流的情况十分明显，通过孔板流量计的天然气流量很小，流速很低，造成孔板流量计的上游和下游部分形成涡旋，压力变化幅度较大，流动极不均匀。在管道输出量为2%时，孔板流量计的上游、下游截面压力随轴距的变化尤其剧烈。孔板流场随着管输量逐渐增大而趋于均匀，但仍受上游回流涡旋的影响，直接导致孔板流入量和出口截面压力随轴距的变化幅度都较大。在流场接近临界流场时，孔板流场趋于均匀，孔板流场与出流截面的压力变化幅度比较稳定，且与上游回流涡流基本无关。

3结论。

结果表明，随着天然气在管道中回流工况越严重，对孔板流量计的上游压力变化影响程度增大，进而对孔板流量计的计量精度产生较大影响。随管输水量的增加，天然气在管道中回流工况趋于平缓，对孔板流量计的影响程度逐渐减小，孔板流量计的计量误差迅速减小。为此，本文提出，在城市天然气配送管网的小流量供气支路上游安装单独的调压阀或止回阀，可以很好地阻止天然气回流的发生，从而降低对孔板流量计的上下游截面压力变化的影响，提高计量精度。

前言：孔板流量计的故障处理方法有哪些？

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