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2022

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天然气管道中混入氢气后对标准孔板流量计测量准确度的影响


氢能是一种绿色、低污染、可再生的燃料,被认为是最有前途的化石燃料替代品之一。目前,利用可再生能源电解制氢,然后将氢气按照一定比例掺入天然气管道管道安装中进行输送是利用和运输氢能的有效途径。

标准孔板流量计由于其设计简单、成本低、可靠性高,仍然是石油与天然气行业中使用最广泛的流量计。标准孔板流量计以能量守恒定律和流动连续性方程为基础,通过测量孔板前后产生的静压力差来衡量天然气流过节流装置的流量大小。

由于氢气和甲烷物性差异巨大,在标况下其密度相差8倍以上,而密度是影响标准孔板流量计结果的重要因素。当天然气中掺混氢气后,会导致其密度、黏度、比热容参数改变,进而影响标准孔板流量计计量准确度。

尽管前人已经做了很多研究,但目前对影响测量准确度的研究主要集中在孔板结构的变化上,这将会增加流量计结构的复杂性,而且在实际的天然气管道中不易使用。研究的介质主要是天然气或者液氢,关于混氢天然气的情况很少被研究。因此,本研究主要分析天然气管道中混入氢气后对标准孔板流量计测量准确度的影响。

氢气

氢气

采用数值模拟的方法,研究了标准孔板流量计应用于混氢天然气时的计量准确度。研究了混氢量对差压、流速、流出系数、相对密度系数、可膨胀系数和超压缩系数的影响,可得到以下结论。

在压力一定的情况下,混氢量的增加会导致体积流量测量的流量值增大。由于氢气的发热量小于甲烷,若采用体积计量进行贸易交接会对买方不利。因此,针对混氢天然气,建议采用能量计量进行贸易交接。

在压力一定的情况下,混氢量的增加会导致差压上升,导致相对密度系数、可膨胀系数和超压缩系数下降,而流出系数几乎不受氢气含量变化的影响。

将氢气掺入天然气管网,在氢气摩尔分数小于30%的情况下,氢含量的变化不会对标准孔板流量计准确度产生明显的影响。

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