城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿乐脫Q關(guān)鍵參數(shù)控制及計(jì)量裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

解延麗

（天津新科成套儀表有限公司,天津 300385）

城市化的發(fā)展和環(huán)保理念的深入，為天然氣置換工作提供了現(xiàn)實(shí)條件。天然氣高效、清潔，已經(jīng)成為了城鎮(zhèn)燃?xì)獾氖走x。在燃?xì)夤艿乐脫Q工作中，對(duì)燃?xì)夤艿赖陌踩园盐辗浅Ｖ匾?。首先?yīng)當(dāng)通過對(duì)燃?xì)夤艿赖母g速率進(jìn)行明確，對(duì)管道的承壓情況進(jìn)行連接，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行天然氣置換。天然氣的置換工作中，無論是哪種氣體都要符合質(zhì)量守恒、能量守恒和動(dòng)量守恒的定律，因此我們可以據(jù)此建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型明確構(gòu)建參數(shù)。

一、城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿乐脫Q數(shù)學(xué)方程

首先要明確燃?xì)夤艿乐脫Q工作中的質(zhì)量守恒方程，在一定時(shí)間之內(nèi)流體進(jìn)入管道的質(zhì)量是與管道的質(zhì)量變化率相同。明確質(zhì)量守恒方程便于對(duì)其進(jìn)行控制。

在公式（1）中，ρ 是指氣體的密度，vx，vy，vz是指速度在直角左邊系上的分量，t是指時(shí)間。

公式（2），公式（3）和公式（4）是動(dòng)量守恒方程都是由牛頓定律推演的，這三個(gè)公式能夠幫助工作人員計(jì)算出管道中的動(dòng)量與時(shí)間的變化率，其變化率與管道中的各力之和相同，因此在公式中設(shè)置p 為微元體壓強(qiáng)，txx，txy，txz等等都是因分子粘性而產(chǎn)生在p 之上的應(yīng)力。Fx，fy和fz是指x，y，z 三個(gè)方向上的質(zhì)量力。

公式（5）是能量守恒方程，是根據(jù)熱力學(xué)定律推演而成，能夠幫助工作人員計(jì)算出能量的增加率，其增加率等于質(zhì)量力與表面力對(duì)熱流體的功與源項(xiàng)能量的和。在公式中，E就代表了流體的總能量，Keff是代表了傳熱系數(shù)，Jj代表了j的擴(kuò)散通量，Sh代表了熱源項(xiàng)。

公式（6）是組分方程，能夠幫助工作人員計(jì)算天然氣在置換中與之前管道中的煤氣在交界處的濃度變化情況，其中Cs是組分s的體積濃度，Ds是擴(kuò)散系數(shù)，Ss是產(chǎn)生率。

二、城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿乐脫Q的擴(kuò)散系數(shù)

在城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿乐脫Q中，管道中氣體的擴(kuò)散傳播與傳質(zhì)的方式有關(guān)，方式有分子擴(kuò)散、對(duì)流擴(kuò)散和紊流擴(kuò)散。

公式（7）是分子擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算公式，此公式綜合了分子之間的作用力與分子組元的差距，利用勢(shì)函數(shù)推演出了二元?dú)怏w分子擴(kuò)散的系數(shù)公式。其中K 是指玻爾茲曼常數(shù)，T 是指溫度，MA與MB是A 與B 兩個(gè)組元分子量，n 是指密度，ΩD是碰撞積分。σAB是指碰撞直徑，

在實(shí)際的燃?xì)夤艿乐脫Q工作中，船只的過程中通常是分子擴(kuò)散、對(duì)流擴(kuò)散和紊流擴(kuò)散混合的狀態(tài)，單純一種傳質(zhì)方式的情況較少。因此，必須對(duì)混合系數(shù)進(jìn)行公式推導(dǎo)。

公式（8）是結(jié)合了分子擴(kuò)散的原理來計(jì)算的分子擴(kuò)散與紊流擴(kuò)散相結(jié)合的混合系數(shù)。在公式（8）中εD就是指紊流擴(kuò)散系數(shù)。

在置換工作中，天然氣直接推動(dòng)著管道中原有的人工煤氣前進(jìn)。當(dāng)管道中的氣體流動(dòng)的速度大，會(huì)引起湍流活動(dòng)，因此在數(shù)學(xué)模型的建立中選擇湍流模型的k-ε 模型。接著采取網(wǎng)格劃分的形式對(duì)置換換到進(jìn)行劃分，明確管線近壁處的邊界層，確定其邊界的膨脹比率。在計(jì)算邊界條件中，通過將置換管道起點(diǎn)設(shè)為壓力入口，將管道的放散處設(shè)為出口，根據(jù)公式計(jì)算出天然氣置換煤氣的對(duì)流擴(kuò)散方程，動(dòng)量方程，能量方程，得出流入管道天然氣量，流出管道的天然氣量，接頭處的天然氣凈增量，得出三通處流入、流出天然氣量，凈增量，采取迎風(fēng)差分格式的方法對(duì)對(duì)流擴(kuò)散方程和邊界條件進(jìn)行求解，再實(shí)施置換作業(yè)的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。

三、城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿乐脫Q中計(jì)量裝置的設(shè)計(jì)

燃?xì)饬髁坑?jì)量裝置是對(duì)管道中燃?xì)獾耐ㄟ^量的測(cè)量和記錄，能夠直觀地體現(xiàn)出氣體流動(dòng)的情況和氣體的體積，可以計(jì)算出燃?xì)獾氖褂昧?，以供燃?xì)夤芾聿块T參考。

（一）風(fēng)速儀的優(yōu)化

在燃?xì)夤艿乐脫Q工作中，對(duì)燃?xì)饬鲃?dòng)其和體積的計(jì)算非常重要。在燃?xì)庵脫Q中的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，選擇渦輪流量計(jì)有精確度更高，反應(yīng)更迅速，重復(fù)性能強(qiáng)和量程比寬等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。以渦輪計(jì)量裝置為基礎(chǔ)，優(yōu)化當(dāng)前的風(fēng)速儀設(shè)計(jì)，對(duì)當(dāng)前風(fēng)速儀承受沖擊的能力弱，測(cè)量慣性等問題進(jìn)行分析，創(chuàng)新設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)不銹鋼套在原有的風(fēng)速儀儀片外，通過穿線固定在螺栓上，再將數(shù)字儀表與風(fēng)速傳感器連接插頭，提升傳感器的沖擊承受力和長時(shí)間不間斷的監(jiān)測(cè)能力。

（二）中高壓燃?xì)夤艿烙?jì)量裝置的優(yōu)化

在中高壓燃?xì)夤艿乐脫Q中，應(yīng)用畢托式流量計(jì)量裝置能夠增加其精度、寬度程比和穩(wěn)定性。畢托式流量計(jì)量裝置采取IL 畢托式測(cè)量管，配置流速顯示儀和微處理器，保證在不同風(fēng)速之下都能滿足測(cè)量需求。