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管道中混入氫氣后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響

時(shí)間:2022/10/24閱讀:495
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氫能是一種綠色、低污染、可再生的燃料,被認(rèn)為是*有前途的化石燃料替代品之一。目前,利用可再生能源電解制氫,然后將氫氣按照一定比例摻入天然氣管道中進(jìn)行輸送是利用和運(yùn)輸氫能的有效途徑。如某項(xiàng)目摻入天然氣管網(wǎng)中的氫氣摩爾分?jǐn)?shù)高達(dá)25%;某項(xiàng)目摻入天然氣管網(wǎng)中的氫氣摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到20%。而摻氫天然氣計(jì)量技術(shù)是摻氫天然氣產(chǎn)規(guī)模化和市場(chǎng)化的重要基礎(chǔ)。

標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)由于其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高,仍然是石油與天然氣行業(yè)中使用*廣泛的流量計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)以能量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性方程為基礎(chǔ),通過(guò)測(cè)量孔板前后產(chǎn)生的靜壓力差來(lái)衡量天然氣流過(guò)節(jié)流裝置的流量大小。工況條件下的體積流量一般用流量計(jì)測(cè)量,然后換算成基本(標(biāo)準(zhǔn))條件下的體積作為天然氣貿(mào)易交接過(guò)程中的流量。

由于氫氣和甲烷物性差異巨大,在標(biāo)況下其密度相差8倍以上,而密度是影響標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)結(jié)果的重要因素。當(dāng)天然氣中摻混氫氣后,會(huì)導(dǎo)致其密度、黏度、比熱容參數(shù)改變,進(jìn)而影響標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度。Dong等利用Fluent分析不同傾角孔板在測(cè)量天然氣流量時(shí)對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響;Jin等利用Fluent分析得到在測(cè)量液氫時(shí)不同孔板結(jié)構(gòu)對(duì)流出系數(shù)和壓力損失系數(shù)的影響;李思達(dá)通過(guò)數(shù)值模擬技術(shù)得到在測(cè)量天然氣流量時(shí),流體相對(duì)密度變化值對(duì)測(cè)量值有較大的影響。

盡管前人已經(jīng)做了很多研究,但目前對(duì)影響測(cè)量準(zhǔn)確度的研究主要集中在孔板結(jié)構(gòu)的變化上,這將會(huì)增加流量計(jì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,而且在實(shí)際的天然氣管道中不易使用。此外,所研究的結(jié)論主要是對(duì)流出系數(shù)、差壓等的影響,關(guān)于其他計(jì)量所需參數(shù),如可膨脹系數(shù)、超壓縮系數(shù)、相對(duì)密度系數(shù)的影響很少被研究。研究的介質(zhì)主要是天然氣或者液氫,關(guān)于混氫天然氣的情況很少被研究。因此,本研究主要分析天然氣管道中混入氫氣后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。

采用數(shù)值模擬的方法,研究了標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)應(yīng)用于混氫天然氣時(shí)的計(jì)量準(zhǔn)確度。研究了混氫量對(duì)差壓、流速、流出系數(shù)、相對(duì)密度系數(shù)、可膨脹系數(shù)和超壓縮系數(shù)的影響,可得到以下結(jié)論。

(1)在壓力一定的情況下,混氫量的增加會(huì)導(dǎo)致體積流量測(cè)量的流量值增大。由于氫氣的發(fā)熱量小于甲烷,若采用體積計(jì)量進(jìn)行貿(mào)易交接會(huì)對(duì)買方不利。因此,針對(duì)混氫天然氣,建議采用能量計(jì)量進(jìn)行貿(mào)易交接。

(2)在壓力一定的情況下,混氫量的增加會(huì)導(dǎo)致差壓上升,導(dǎo)致相對(duì)密度系數(shù)、可膨脹系數(shù)和超壓縮系數(shù)下降,而流出系數(shù)幾乎不受氫氣含量變化的影響。

(3)將氫氣摻入天然氣管網(wǎng),在氫氣摩爾分?jǐn)?shù)小于30%的情況下,氫含量的變化不會(huì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)準(zhǔn)確度產(chǎn)生明顯的影響。


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