基于CFD的双气源分输站能量计量关键技术研究

作     者：刘琦 

作者单位：西南石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈利琼;马剑林

授予年度：2017年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：双气源 能量计量 CFD 超声流量计 气体混合 优化 

摘      要：天然气能量计量能够科学合理地反映其使用价值,目前已经在天然气国际交接计量中占据主导地位,我国也正在加快实现天然气从体积计量向能量计量的转变进程,目前已经基本具备了实施能量计量的技术基础和条件。根据天然气能量计量的基本原理和已有的研究成果,论文针对四川某双气源分输站的特殊情况,以现场工艺参数为基础,结合流体分析软件,分别从体积计量和发热量测定两个角度研究了双气源分输站在实施能量计量时,保证其计量精确性的关键技术。具体研究如下:(1)根据超声流量计的工作原理,以DANIEL3400型超声流量计为例,基于CFD(Fluent)的运算结果,采用对声道上各节点速度进行线积分的方式来计算各声道的线平均速度,进而获取体积流量,以此来反映超声流量计的工作情况;通过对比分析3种常见的湍流模型和求解算法,确定采用标准k-ε模型和SIMPLE算法进行求解;根据四川某分输站现场超声流量计的检定流程,建立几何模型并进行仿真模拟,通过与现场实流实验数据作对比,从而验证了 CFD方案的可行性;利用CFD的方法对超声流量计上游存在不同布置形式的弯头扰流元件时,保证其计量精确性的最近安装位置进行了研究,获得了 3种管径条件下,7种不同布置形式的弯头下游DANIEL3400型超声流量计的推荐安装位置,为体积计量的准确实施提供了参考;(2)从不同气质天然气在管道内的混合情况这一角度出发,以四川某双气源分输站的工艺参数为基础,利用CFD(Fluent)的方法探究气体在管道内混合均匀时的最近位置,为混气管道上取样点位置的选取提供了参考,从而保证了双气源分输站站内混合气发热量测定的精确性;建立了工程上较为常见的两种混气模型,即汇管混气模型和T形管混气模型,通过仿真模拟,确定汇管混气模型的混气质量优于T形管;针对汇管模型,分析了入口速度、汇管内径和汇管长度3种因素对下游直管内混气质量的影响规律,得到不同情况下,气体在下游直管内混合均匀时的最近位置;(3)利用CFD的方法分别对体积计量和发热量测定工艺进行了简单优化,从而有效地减小了体积计量和发热量测定单元的占地空间,同时提高了计量的精确性,对于双气源分输站能量计量的准确实施具有重要参考意义。