1.混氢量对差压的影响
以孔板流量计孔径比为0.38,x(H2)为0.00、0.10、0.20、0.30为例,Fluent仿真结果压力云图见图3。孔径比为0.38、0.50、0.58的标准孔板的差压随混氢量的变化如图4所示。
从图4可以看出,随着混氢量的增加,流过标准孔板的差压会逐步上升。从数值上看,孔径比越小,差压随混氢量的增加而上升的幅度越明显,这说明氢气对孔板的节流效应比较敏感
2.混氢量对流速的影响
以孔板孔径比为0.38,x(H2)为0.00、0.10、0.20和0.30为例，Fluent仿真结果速度云图见图5。从图5可以看出,随着混氢量的增加,气流流过孔板后的速度更大。图6所示为混氢量与输送速度的关系图,从图中可看出,混氢量越高,流速越高。
因此,当天然气管道中掺入氢气后会导致流量增大。由于氢气的发热量小于甲烷,若仍然采用体积计量进行贸易交接,这将会对买方不利。若采用质量计量进行贸易交接,仍然不能合理体现掺氢天然气的实用价值,对供方不利。因此,针对混氢天然气,建议采用能量计量进行贸易交接。
3.混氢量对流出系数的影响
采用式(2)计算得到不同混氢量下的流出系数,计算结果见图7。从图7可以看出:孔径比越大,流出系数越大;在混氢量小于0.3时,混氢量的变化几乎不会对流出系数产生影响。
4.混氢量对相对密度系数的影响
相对密度系数变化与孔板结构无关,仅与组分的变化有关,图8所示为相对密度系数随混氢量的变化情况。从图8可看出,混氢量的增加会导致相对密度系数上升,这是由于氢气的摩尔质量远小于甲烷,混氢量的增加会导致其摩尔质量下降,进而导致相对密度系数上升。
5.混氢量对可膨胀系数的影响
图9所示为可膨胀系数随混氢量的变化。从图9可以看出,随着混氢量的增加，会导致可膨胀系数下降,在低孔径比的情况下，其下降幅度要大于高孔径比,但整体下降幅度较小
6.混氢量对超压缩系数的影响
超压缩系数是因天然气特性偏离理想气体定律而采用的修正系数，其与孔板结构无关。分析在303.15K,3MPa.5MPa和7MPa条件下的超压缩系数随混氢量的变化(见图10)。从图10可以看出，超压缩系数随混氢量的增加而下降,压力越大,下降幅度越大。
7.混氢量对标准孔板流量计测量准确度的影响
基于Fluent模拟结果,得到孔板前后压力、温度、黏度等参数,采用式(1)~式(5)计算得到的流量作为标准孔板流量计测量流量,以边界流量作为实际流量进行对比分析,分析结果见图11。基于本研究建立的计算模型得到标准孔板流量计的测量流量与管道截面的实际流量之间的测量误差,其计算公式如式(8)所示。
式中:δ为测量误差,%;qbou为实际流量,m³/s;qea为测量流量(基于本研究建立的计算模型通过Fluent模拟计算得到的标准孔板流量计流量),m2/s。
从图11(a)可以看出随着混氢量的增加,孔板流量计测量流量也会显著增加。从图11(b)可以看出,标准孔板流量计计量准确度几乎不受混氢量变化的影响。 |
