下游调压阀喘振对上游孔板流量计计量性能影响

天然气运输过程中为了生产需求需适时变化上下游压力，且受到用户用量不同等原因的影响，使得天然气在管道运输过程中由稳态流动变成不稳定流动，出现管道脉动流，严重时可导致调压阀喘振，严重影响燃气运输安全、降低流量计计量性能。本次研究通过分析孔板流量计计量原理以及下游调压阀喘振对上游孔板流量计计量性能影响，探究提高孔板流量计计量性能的具体措施。

1.概述

天然气是国家能源的经济命脉，与广大人民群众的基础生活密切相关，天然气运输过程中为了生产需求需适时变化上下游压力，且受到用户用量不同等原因的影响，使得天然气在管道运输过程中由稳态流动变成不稳定流动。城市配气管网中下游用户天然气使用量存在不均匀性，管道处于不稳定流动状态，严重影响燃气运输安全、降低流量计计量性能。天然气输送过程中的天然气计量的准确性直接影响天然气供需双方的切身经济利益，计量时主要应用容积式流量计与速度式流量计交接计量，不同类型的流量计其计量原理及结构都有其自身使用优点及局限性。在天然气计量中，孔板流量计结构简单、操作简便且成本低廉、准确度较高，能够满足工程测量等，使得在天然气计量中广泛应用。

2.孔板流量计计量原理

孔板流量计结构简单、操作方便且使用性能稳定，在天然气管道计量中广泛应用，提高计量精度、控制天然气输差，提高经济效益。孔板流量计按照标准进行加工、安装的孔板流量计可以不通过标定就能在已知不确定度范围内测量流量。孔板流量计利用流体经过孔板时于孔板前后产生压力差，从而测量出流量，由孔板、取压装置、差压变送器、信号管路、显示仪表等组成，根据节流原理，流体经过节流件，即经过孔板时孔板前后产生压力差，压力差值与流量平方成正比，由此计算出得出流体流量。

标准孔板流量计能够准确计量定常流及近似定常流流体流量，但因孔板流量计利用孔板前后压力差计算得出流体流量，所以不适合用来计量脉动流，即非周期性脉动流与随机性脉动流、周期性谐波脉动流与非谐波脉动流。但调压阀及压缩机等机械设备的广泛使用，工业管道中存在大量脉动流，如城市配气管网中，下游用户天然气使用量具有不均匀性，且末端管道储气量存在局限性，使得管道内流体出现脉动流动。脉动流易使管道内压力出现波动，严重时可导致站场内调压阀喘振，严重降低孔板流量计计量精确度，影响天然气供需双方经济利益。

3.下游调压阀喘振对上游孔板流量计计量性能影响

管道中流体根据其流动状态可分成稳定流、不稳定流，若管道横截面流体参数不随着时间的变化而发生改变则称之为稳定流，否则为不稳定流。管道中流体的基本状态为稳定流动，稳定流动在某些因素的影响下转变成不稳定状态，流体随着管道波动。液体瞬变流动时属于不可压缩的流动，而气体的瞬变流动具有可压缩性，所以气体的瞬变流动运动参数变化规律与液体瞬变流动存在本质区别，在压力变化下可导致流体密度变化，并随之出现温度变化，气体基本状态出现本质变化。所以，当气体瞬变流动时出现流动受阻后，气流急剧压缩，受到的压力及密度快速增加，形成扰动波，并非常迅速地传播开来，涉及波面处气体参数立即发生变化，出现接触性或激波间断。

天然气管道中瞬变流动属于管道内压力瞬间变动过程，进行阀门开、关，变动调压阀或安全阀，或是管道出现泄漏，启动、停止压缩机等过程都会改变管道内流体流动状态，管道内压力出现剧烈波动，管道内发生瞬间变动流动。因管道内管壁对流体存在摩擦、阻碍作用，所以，管道中瞬变产生的压力波随着时间的推移逐渐衰减，直至完全消失。不稳定流动在管道系统中引发的管道超压、振动等现象相比较于稳定流导致的结果更为严重，破坏性更大。长输管线中压力波通过管路时需要较长时间，所以引起的压力会很大，进行密闭输送时，若出现停电、操作失误等突发事故，则在管路中会出现较强正负压波。

流体动力学中的流体属于连续介质，体积相比较被研究物体体积而言足够小，但线尺度及分子间距离足够大，微元内包含大量分子。使用宏观物理量来描述介质运动过程中的速度、压力、内能、温度等，在自然界守恒定律下，通过质量、动量及能量守恒，描述流体运动过程。管道中流体呈现不稳定状态后，导致下游压力降低，孔板流入端面天然气流速分布不均匀，并于孔板处形成速度较低的射流，后迅速下降，且在孔板后形成两个涡旋后速度迅速回升，再次降至 0。调压阀出现喘振，使得压力波向上游进行传播，于孔板流量计出口端面产生压力脉动，因上游入口端孔板限流，波动反射回到下游，压力波增加，出现调压阀喘振后，沿管线压力流量正向变化，且存在最大值，压力波峰时流量反向，且存在最小值。孔板流量计内流场出现变化，导致计量误差。随着管道实际流量的减少，调压阀喘振情况越来越严重，使得孔板计量误差越来越大，从而计量值偏离计量真实值的情况越越来越大。

4 提高孔板流量计计量性能措施

调压阀喘振，导致孔板流量计出口压力频繁波动，是孔板流量计计量不准确的主要原因，孔板流量计的出口压力高于入口压力，出现孔板内天然气逆流。阻止调压阀喘振而出现的压力波向上游传播是控制孔板流量计计量准确性的有效途径。压力波导致管道内流体脉动，孔板流量计出口压力出现波动。止回阀是阻止压力波向上游传播的最有效管件，能够防止介质倒流，阻止电机或压缩机等的反转。止回阀自行运转，在同方向的流动流体压力作用下，阀瓣会自动打开，若方向不同，则流体压力与阀瓣自重合瓣作用于阀座，避免倒流。

5.结束语

企业与用户的切身利益直接受到天然气计量准确性的影响，提高天然气计量准确性是保证合法利益的关键，通过分析下游调压阀喘振对上游孔板流量计计量性能准确性的影响，分析出现误差的原因，安装止回阀，保证、提高孔板流量计计量准确性。