管道中混入氫氣后對標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量準(zhǔn)確度的影響

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連續(xù)性方程為基礎(chǔ)，通過測量孔板前后產(chǎn)生的靜壓力差來衡量天然氣流過節(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量天然氣流量時(shí)對測量準(zhǔn)確度的影響；Jin等利用Fluent分析得到在測量液氫時(shí)不同孔板結(jié)構(gòu)對流出系數(shù)和壓力損失系數(shù)的影響；李思達(dá)通過數(shù)值模擬技術(shù)得到在測量天然氣流量時(shí)，流體相對密度變化值對測量值有較大的影響。

盡管前人已經(jīng)做了很多研究，但目前對影響測量準(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標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量準(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。研究了混氫量對差壓、流速、流出系數(shù)、相對密度系數(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，混氫量的增加會導(dǎo)致體積流量測量的流量值增大。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)易交接會對買方不利。因此，針對混氫天然氣，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，混氫量的增加會導(dǎo)致差壓上升，導(dǎo)致相對密度系數(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，氫含量的變化不會對標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)準(zhǔn)確度產(chǎn)生明顯的影響。