氣液兩相流測(cè)量淺析

1、 .PAGE38 / NUMPAGES38新型氣液兩相流量計(jì)增強(qiáng)取樣代表性 發(fā)布時(shí)間：2011-02-15 10:29:54 氣液兩相流廣泛存在于石油、化工、能源等許多工業(yè)領(lǐng)域，在有兩相流動(dòng)的系統(tǒng)中，兩相流體的流量測(cè)量一般是無(wú)法避免的，也是未能很好解決的一個(gè)難題。分流分相法是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型多相流量測(cè)量方法，其特點(diǎn)是從被測(cè)兩相流體中取樣分流出一部分兩相流體，將其分離成單相氣體和單相液體，分別用單相流量?jī)x表測(cè)量，然后根據(jù)取樣流體與主流體間的關(guān)系推斷出被測(cè)兩相流體的流量。本文通過(guò)管壁取樣和整改入口流型的方法改善了取樣效果，利用分流分相方法實(shí)現(xiàn)了氣液兩相流量的測(cè)量。旋流型管壁取樣分配器結(jié)構(gòu)與測(cè)量

2、原理 氣液兩相流在管路中流動(dòng)，其流動(dòng)特性比較復(fù)雜，不同的氣量下形成的流型不同，若只是采取管壁上開(kāi)孔取樣，會(huì)使得取樣缺乏代表性，不能反映整個(gè)取樣。 截面的氣液相的分布狀況。為了使其不受流型的影響，在設(shè)計(jì)管壁取樣的基礎(chǔ)上，又增加設(shè)計(jì)了整流裝置：旋流葉片和整流器。管線來(lái)流經(jīng)過(guò)旋流葉片使兩相流體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得原來(lái)不對(duì)稱分布的液膜、液滴在圓周方向進(jìn)行混合和重新分布，變成一種關(guān)于軸線對(duì)稱的流型，再經(jīng)過(guò)整流器的整改，進(jìn)一步改善相分布和速度分布的對(duì)稱性，最終將分層流、段塞流、波浪流以與不對(duì)稱的環(huán)狀流等其它流型轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)稱的環(huán)狀流，使管壁的每一個(gè)小孔取樣均趨于一致，實(shí)現(xiàn)分流系數(shù)的恒定，見(jiàn)圖1。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)

3、圖2中（a）的整流器由于其管線徑較大，而整流器的出口段設(shè)計(jì)的過(guò)長(zhǎng)，當(dāng)兩相流經(jīng)過(guò)旋流葉片再通過(guò)整流器整流后，形成的環(huán)狀流液膜不能緊貼管壁流動(dòng)而是形成一股射流。圖2（b）的整流器雖然較圓柱式整流器的整流效果有所改善，但當(dāng)兩相流中液相流量較大時(shí)，經(jīng)旋流葉片和整流器整流后的環(huán)狀流液膜也并非沿著喇叭口流動(dòng)，而是形成一股射流。為了較好的取樣，把整流器的進(jìn)出口進(jìn)行了改進(jìn)，由圓柱形整改成如圖2（c）所示的圓弧過(guò)渡形狀。整流器進(jìn)出口直徑與主管徑一樣，緊貼管壁，這樣整流后的環(huán)狀液膜能夠直接沿著管壁流動(dòng)，改善流型的對(duì)稱性使得周向液膜分布更加均勻，見(jiàn)圖2。 被測(cè)兩相流體的氣相流量 和液相流量 根據(jù)它們與分流體氣液相流

4、量的比例關(guān)系計(jì)算：式中，M1G為被測(cè)主管氣相流量；M1L為被測(cè)主管液相流量；KG為氣相分流系數(shù)，可用關(guān)系式 表示；KL為液相分流系數(shù)，可用關(guān)系式 表示；M3G為分流體的氣相流量，由氣體流量計(jì)測(cè)量；M3L為分流體的液相流量，由液體流量計(jì)測(cè)量，見(jiàn)圖3。 實(shí)驗(yàn)管道徑80mm，水平布置，實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為空氣和水，經(jīng)泵增壓，調(diào)節(jié)閥調(diào)壓。水由質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量，空氣由氣體流量計(jì)計(jì)量，然后氣液在混合器中混合，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)道。氣體流量計(jì)量采用金屬浮子流量計(jì)，液體流量計(jì)量采用Rosemount高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)。分流氣體流量計(jì)量采用DY015型數(shù)字式渦街流量計(jì)，分流液體流量通過(guò)測(cè)量分離器積液體積間接測(cè)量。為了觀察實(shí)驗(yàn)流動(dòng)情況，

5、加工實(shí)驗(yàn)設(shè)備均采用有機(jī)玻璃管，玻璃管的設(shè)計(jì)壓力為0.5Mpa。 氣液兩相流體經(jīng)過(guò)取樣分配器后，主流體沿原通道繼續(xù)向下游流動(dòng)，最后在臥式分離器中進(jìn)行氣液分離，分離后的液體進(jìn)入儲(chǔ)罐，放空氣體，見(jiàn)圖4。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)旋流器、整流器和取樣孔的大小方位確定以后，下游的整改效果是隨著氣液流量的變化而變化的。在氣液相流量較小時(shí)，液膜只能覆蓋部分下游管路，不能形成均勻環(huán)狀流，隨著氣、液相流量的增加，整流裝置下游管壁被液膜覆蓋的面積逐漸擴(kuò)大。在本實(shí)驗(yàn)圍，氣相折算速度 大于30.50m/s，液相折算速度 大于0.08m/s時(shí)，出現(xiàn)較完整的環(huán)狀流。逐漸增加氣液相流量，液膜的穩(wěn)定性和對(duì)稱性都會(huì)得到進(jìn)一步改善。隨后，無(wú)

6、論旋流器前的流型如何變化，旋流器和整流器下游的流型都保持為環(huán)狀流。新型工具解決分流系數(shù)大、易堵難題 當(dāng)主管液相流速大于0.08m/s，其液相分流系數(shù)趨向于一個(gè)穩(wěn)定值0.073。當(dāng)液相流速小于0.08m/s時(shí)，其液相分流系數(shù)呈現(xiàn)分散現(xiàn)象，液相分流系數(shù)最大0.079，最小值降到了0.03。液相分流系數(shù)與主管氣相折算速度關(guān)系較小，見(jiàn)圖5。 氣相流量對(duì)氣體分流系數(shù) 的影響不太明顯， 隨主管液相流量的增大而增大，基本上成線性變化。這是因?yàn)楫?dāng)分流體在通過(guò)小孔時(shí)，在分配處造成了兩回路的阻力特性不對(duì)稱。這種不對(duì)稱性越大，造成的氣體分流系數(shù)的變化就會(huì)越大。對(duì)氣相分流系數(shù)曲線進(jìn)行直線擬合，計(jì)算公式為： （3）上面

7、的擬合曲線表明，氣相分流系數(shù) 只與液相流量有關(guān)，氣體流量的影響幾乎可以忽略不計(jì)，見(jiàn)圖6。 為了檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差大小，對(duì)于氣液相在主管當(dāng)中的質(zhì)量流量利用分流分相法計(jì)算分流系數(shù)的定義式進(jìn)行了計(jì)算，并與主管當(dāng)過(guò)質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量的實(shí)際液相質(zhì)量流量進(jìn)行對(duì)比分析。測(cè)量分流體的液相流量M3L通過(guò)體積法測(cè)量，氣體流量M3G采用數(shù)字式渦街流量計(jì)測(cè)量。圖7、圖8分別為利用八孔旋流型管壁取樣分配器，采用分流分相法測(cè)得的主管液、氣相質(zhì)量流量與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)值的比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，液相流量測(cè)量平均誤差（相對(duì)誤差的平均值）為2.5%，氣相流量測(cè)量平均誤差為3.5%。 本文提出的旋流型管壁取樣分配器解決了以往分配器存在的分流系

8、數(shù)較大，分配器易堵的問(wèn)題。通過(guò)8孔取樣和增加整流裝置的方法來(lái)保證進(jìn)入管壁取樣小孔的氣液兩相流體的代表性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，分配器的液相分流系數(shù)與旋流葉片前的流型無(wú)關(guān)，且不隨主管當(dāng)中氣液折算速度的變化而變化，為一恒定值0.073。而氣相分流系數(shù)與主管液相折算速度成線性關(guān)系。利用分流分相法測(cè)得的液相流量測(cè)量相對(duì)誤差最大值為20.35%，氣相流量的最大測(cè)量誤差為20.94%。 在本實(shí)驗(yàn)圍，氣相折算速度大于30.50m/s，液相折算速度大于0.08m/s時(shí)，才能出現(xiàn)較完整的環(huán)狀流。實(shí)際生產(chǎn)中可能很難達(dá)到如此高的氣相流速，為了擴(kuò)大流量測(cè)量圍，可以考慮加設(shè)幾組串聯(lián)的旋流葉片以增強(qiáng)旋流效果或改進(jìn)旋流裝置的形式，使得

9、在較小氣液相流量下也能保持穩(wěn)定的液相分流系數(shù)。 氣液兩相流量測(cè)量淺析HYPERLINK :/zl201hit.blog.163 /blog/ l m=0&t=1&c=fks_087070093087082074093086081095085086085070086087087064093 o 流體測(cè)量流體測(cè)量2009-10-12 21:06:57閱讀164評(píng)論0字號(hào)：大中小訂閱摘要：本文簡(jiǎn)介了多相流與單相流的差異，它將隨著工況與環(huán)境的變化，呈現(xiàn)多種的流態(tài)，而不同的流態(tài)將采用不同的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述。流態(tài)是影響多相流量各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵因素，在某一分相流率應(yīng)用較好的流量計(jì)未必可成功應(yīng)用于其他情況。

10、近幾十年來(lái)，隨著工業(yè)現(xiàn)代化的加速，在不少領(lǐng)域中出現(xiàn)了氣液兩相流，如熱電、核電的氣化單元；天然氣、石油的開(kāi)采、輸送；低沸點(diǎn)液體的輸送，對(duì)它的研究已引起了國(guó)外廣泛的關(guān)注，由于兩相流的復(fù)雜性、隨機(jī)性，要認(rèn)識(shí)這些現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè)，首先要解決檢測(cè)問(wèn)題，流量是最基本的參數(shù)，首當(dāng)其沖，迫切有待解決。在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中，富氣少油，天然氣資源較為豐富（如、蒙、近海），開(kāi)采中多采用舊的工藝，即先用笨重的分離器，將氣、液分離后，再分別進(jìn)行氣、液流量計(jì)量。分離器不僅昂貴，而且耗費(fèi)大量耗能的鋼材、體積也十分龐大，如海上開(kāi)采平臺(tái)，作業(yè)區(qū)狹窄，難以選用，迫切需要開(kāi)發(fā)、推出氣液二相流量計(jì)。一、兩相流的特征與主要參數(shù)相的定義為在某

11、一系統(tǒng)中，具有一樣成分；物理、化學(xué)性的均勻物質(zhì)成分；不同的相具有明顯的界面。在自然界的物質(zhì)一般分為固相、氣相與液相三種，本文主要討論同時(shí)存在氣相與液相物質(zhì)的流動(dòng)，由于多相中存在各相的界面效應(yīng)與相對(duì)速度，相界面在時(shí)間與空間上都是隨機(jī)可變的，所以，其流動(dòng)特性較單相流復(fù)雜得多，特征參數(shù)也較單相流多一些，簡(jiǎn)要介紹如下： 流型：亦稱流態(tài)，即流動(dòng)的形式或 結(jié)構(gòu)，各相界面之間存在隨機(jī)可變的相界面，使兩相流呈現(xiàn)為多種復(fù)雜的形式，流型不僅影響兩相流的壓力損失、傳熱效果，也影響流量測(cè)量。對(duì)氣、液兩相流來(lái)說(shuō)，管道處于不同的位置（水平、垂直）也影響其流態(tài)形式，較為典型的如圖1所示。圖1 氣液兩相流的各種典型流態(tài) 分相

12、含率：表述兩相流中的分相濃度，說(shuō)明分相流體占總量中的比例通常表述為：質(zhì)量流量含率c，為分相質(zhì)量流量（氣體為qmg、液體為qme）與總質(zhì)流量qm之比，如氣液兩相cqmg / qmqmg / qmg+qme容積流量含率b，說(shuō)明分相容積流量（氣體為qvg，液體為qve）與總?cè)莘e流量qv之比，如氣液兩相bqvg / qvqvg / qvg+qve 截面含率ac，說(shuō)明分相流量在某一截面A上所占的比例，氣相為Ag、液相為Ae，如氣油兩相acVg / VVg / Vg+Ve 容積含率a，說(shuō)明分相流體在某一管道長(zhǎng)度段容積V所占的容積，氣相為Vg、液相為Ve，如氣液兩相aVg / VVg / Vg+Ve 混合流

13、密度流動(dòng)密度o，單位時(shí)間，流過(guò)某一截面的兩相混合物總質(zhì)量qm與總積qv之比，如氣相密度為g，液相密度為e，則氣液相流的流動(dòng)密度。og b+pe (1-b)真實(shí)密度m，在管道中取一微元體DV，在某一時(shí)間，二相介質(zhì)的總質(zhì)量DM與總體積DV之比，對(duì)氣液兩相流，真實(shí)密度mq a + e (1-a)$BK-198.jpg 流速：二相流中各單相在管道中的流速并不一定相等，常有差異，所以除了描述混合體的平均流速Vm外，還應(yīng)說(shuō)明分相流速在氣、液兩相流中，氣相流速為Vg，液相流速為Ve，它們之間的關(guān)系為VmA=VgAg+VeAe在工程中常以分相流量除以管道截面A來(lái)表示分相流速，即：Vgqvg / A，Ve qv

14、e / A分相流體的速度差為相對(duì)速度，氣液兩相流的相對(duì)流速為VgeVge Vg - Ve 分相流體速度之比為速度滑移比S，氣液兩相流速滑移比為：SVg / Ve 兩相流模型：兩相流的流態(tài)極為復(fù)雜，建立一些典型的模型是研究各種測(cè)量方法的基礎(chǔ)，常用的有以下幾種：均相流：氣、液兩相為均勻的混合物，相間不存在相對(duì)速度，S=1，如霧狀流分相流：兩相為完全分離的兩種流體，相間存在不同流速，S1，如分層流漂移通量：基本上是分相流，研究的重點(diǎn)是相間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，適用于彈性流，環(huán)形流流型公式，為便于工程應(yīng)用，對(duì)各種流型建立一些半經(jīng)驗(yàn)公式為了便于研究，以上雖列出了一些氣、液二相流的基本流型，并描述了主要參數(shù)，而實(shí)際

15、情況還要復(fù)雜得多。經(jīng)常在同一管段中的不同管段，由于下述原因，如流量的大小；流體物理性質(zhì)（溫度、壓力、密度、粘度、表面力)；管道的位置（水平、垂直、傾斜），管道截面或幾何形狀的變化都可能改變流型，所以即使某種流量?jī)x表成功地解決了某一流率的兩相流量測(cè)量，而因上述原因引起了流態(tài)的變化，仍可能引入較大的測(cè)量誤差。 二、常用測(cè)量方法如圖2：圖2 常用的測(cè)量方法 完全分離這種方法已用了幾十年，即將氣液二相流通過(guò)分離器，完全分離為氣、液兩相后，再分別用單相流量?jī)x表分別進(jìn)行計(jì)量。分離器體積龐大、笨重，價(jià)格昂貴（據(jù)稱一般需65萬(wàn)美元左右一個(gè)）耗費(fèi)大量耗能鋼材，且無(wú)法進(jìn)行在線測(cè)量，難以予測(cè)氣井的生產(chǎn)規(guī)律，極大制約

16、了科學(xué)地進(jìn)行開(kāi)采和管理，而海上開(kāi)采天然氣，因作業(yè)平臺(tái)狹窄，也很難采用這種方法。由于幾十年以來(lái)沒(méi)有成功的氣液兩相流量計(jì)可供選用，采用完全分離方法應(yīng)屬無(wú)奈之舉。 部分分離又分為簡(jiǎn)單分離與分流分離二種：簡(jiǎn)單分離是采用小型、輕巧的分離器，先將氣液兩相流進(jìn)行分離，由于小巧，則分離效果較差，不能達(dá)到完全分離的效果，分離出來(lái)的氣相還含少量的液相，多呈環(huán)霧狀，分離出來(lái)的液相還含有少量的氣相，多為泡狀流。由于兩相流的流態(tài)是影響流量測(cè)量準(zhǔn)確度的重要因素，這樣多予處理將有助于提高測(cè)量的準(zhǔn)確度與可靠性。這點(diǎn)有點(diǎn)類似于單相流量測(cè)量的流動(dòng)調(diào)整器，先改善流場(chǎng)，再進(jìn)行測(cè)量?？梢蕴峁┖?jiǎn)單分離器的供應(yīng)商有Agar、Aker Kv

17、aemer、Accuflow、Haimo等；可提供簡(jiǎn)單分離二相流量計(jì)的供應(yīng)商有Agar、開(kāi)爾、威瑞泰等，簡(jiǎn)單分離器的成本較低，但也需要約25萬(wàn)美元一臺(tái)，體積約為傳統(tǒng)完全分離器的1/4,仍較為龐大。分流分離法是取出管道中5-20%的兩相流，用一個(gè)小型分離器分成氣、液兩相流后，再用單相流量計(jì)分別進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果按分流的比例換算為主管道中的氣、液二相流量。這種方法貌似較完全分離法節(jié)約，減少了分離器的體積重量、降低了成本，較易實(shí)施。但弊往之隱藏在利之中，取出的這部分流體、氣液比率是否與主管道一致；流態(tài)是否會(huì)發(fā)生變化；按分流比例換算能否得到必需的準(zhǔn)確度，都是難以確定的。單相大口徑流量的測(cè)量也采用過(guò)類

18、似的方法，從大口徑管道中取出部分流量用小口徑流量測(cè)量，再按比例推算，由于難以獲得必要的準(zhǔn)確度，并未推廣應(yīng)用?？磥?lái)，采取部分分離方法也并不太理想，僅僅是在未得到理想兩相流量計(jì)之前的不得已而為之的權(quán)宜之計(jì)。徹底解決還是要采取非分離法，直接采用兩相流量計(jì)。 直接測(cè)量無(wú)需分離，直接用氣液兩相流量計(jì)測(cè)出氣、液流量，不僅具有體積小、成本低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，還可以實(shí)時(shí)在線測(cè)量，采用RS232/485通訊，GPRS無(wú)線通訊進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)控，對(duì)氣田資源的預(yù)測(cè)，科學(xué)地管理提供了可能。主要有以下幾種：差壓式是兩相流量計(jì)研究最為廣泛，工作較為可靠、穩(wěn)定的一種方法，它以分相或均相模型為基礎(chǔ)建立了流量與差壓的關(guān)系，具體有以下

19、三類：其一是經(jīng)典節(jié)流儀表如孔板、文丘里為測(cè)量?jī)x表，是迄今為止參予研究最多、最成熟的一種方法，產(chǎn)品已經(jīng)走出試驗(yàn)室，進(jìn)入了實(shí)用的階段; 其二是當(dāng)兩相流體流過(guò)等截面直管段，根據(jù)摩擦、加速度、重力的變化所產(chǎn)生的差壓來(lái)建立模型; 其三是當(dāng)兩相流流經(jīng)彎頭，v形管等管件，由于動(dòng)量矩、離心力所產(chǎn)生的動(dòng)壓來(lái)測(cè)量氣、液分相流量、以上這些方法，國(guó)外廠家以應(yīng)用文丘里管較為成熟，如表1。速度式通過(guò)測(cè)量?jī)上嗔鞯牧魉賮?lái)測(cè)量氣、液兩分相流量、廣泛采用了新技術(shù)，如：力學(xué)法利用流體的動(dòng)壓、動(dòng)力矩、離心力測(cè)流速相關(guān)法通過(guò)兩點(diǎn)的相關(guān)函數(shù)測(cè)流速光學(xué)法采用激光多普勒效應(yīng)或光纖技術(shù)測(cè)流速熱學(xué)法采用熱線風(fēng)速儀測(cè)流速電磁法利用電磁感應(yīng)測(cè)流速核

20、磁共振法通過(guò)核磁共振原理測(cè)流速容積式通過(guò)氣、液相的流體基本特性的差異達(dá)到測(cè)量分相的流量。如氣相體積流量與流動(dòng)狀態(tài)下的壓力密切有關(guān);而液相的體積流量與流動(dòng)狀態(tài)下的壓力基本無(wú)關(guān)。根據(jù)總體積流量、壓力、溫度三個(gè)參數(shù)與被測(cè)介質(zhì)的熱力性質(zhì)可推算各分相的體積流量。質(zhì)量式流體在流動(dòng)中如果溫度、壓力頻繁變化，將導(dǎo)致密度的變化，使其容積流量不能反映質(zhì)量流量的大?。怏w尤為突出），而貿(mào)易的結(jié)算、管理的核算主要的依據(jù)應(yīng)是質(zhì)量流量，所以兩相流量更希望得到的是分相的質(zhì)量流量。目前科里奧利質(zhì)量流量計(jì)在兩相流量測(cè)量中日益引人注目。三、氣、液二相流量計(jì)簡(jiǎn)介 2002年由英國(guó)Solartron推出了二種氣、液兩相流量計(jì)Dual

21、strem MK， MK，MK型當(dāng)液相含量較高時(shí)，虛高誤差過(guò)大，要求定期用示法測(cè)量液體的含量，以提高準(zhǔn)確度，由于這種方法不能在線實(shí)時(shí)測(cè)量，難以滿足氣田的科學(xué)開(kāi)采與管理，又推出了MK型，它采用了混合器與兩個(gè)文丘里管組成，對(duì)經(jīng)典文丘里進(jìn)行了改進(jìn)，入口角減小至21 ,加長(zhǎng)了喉部長(zhǎng)度，擴(kuò)角訂為15， MK型附加了混合器，其作用是令氣、液二相的速度滑移比s接近于1,在截面上分布盡量均勻，流態(tài)近于均相流以提高準(zhǔn)確度。從二個(gè)文丘里管（或一臺(tái)文丘里加一臺(tái)節(jié)流裝置）得到的差壓信號(hào)，按均相流的數(shù)學(xué)模型處理，得到氣相含率qmg，再按總質(zhì)量流量qm，分別求出氣、液兩相流量，由于計(jì)算是基于Murdock數(shù)學(xué)模型，比較簡(jiǎn)

22、單，難以涵蓋復(fù)雜的各種現(xiàn)場(chǎng)，流量準(zhǔn)確度較低，氣相可達(dá)5%;液相僅10%。圖3 U形管二相流量計(jì)原理圖。 倒U形管（圖3）研究表明，流動(dòng)密度與體積含氣率測(cè)量誤差間存在較好的線性關(guān)系，在氣相為連續(xù)相而液相為離散相的流態(tài)下，氣相流速與實(shí)驗(yàn)流態(tài)對(duì)這種線性關(guān)系影響很小，體積含氣率的測(cè)量誤差與流動(dòng)密度呈單值線性關(guān)系。當(dāng)上述這種氣、液兩相流經(jīng)圖3所示的倒U形管時(shí)，如管道截面為直管，流動(dòng)穩(wěn)定，從力學(xué)上講，流體的壓降可由加速壓降、摩阻壓降、重力位壓降三部分組成。在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，加速壓降可忽略不計(jì)，摩阻壓降在U形管上升與下降大小相等，方向相反，可以抵消，剩下的僅有重力位壓降，簡(jiǎn)化了計(jì)算公式，再通過(guò)對(duì)流動(dòng)密度的修

23、正，據(jù)稱可獲得1%的體積含氣率的測(cè)量精確度。 T型氣液兩相流量計(jì)（圖4）主要用于天然氣的開(kāi)采，不用分離器，直接分別測(cè)量天然氣流量與其中所含液體（水、油）流量。圖4 T型氣液兩相流量計(jì)它的一次表采用了一臺(tái)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的錐流量計(jì)、一臺(tái)文丘里管與二臺(tái)差壓變送器、一臺(tái)壓力變送器、一臺(tái)溫度變送器。二次表暫時(shí)采用ARM流量計(jì)算機(jī)，具有功耗低、穩(wěn)定性好、外圍功能齊全、大屏幕液晶顯示屏、良好的人機(jī)界面等優(yōu)點(diǎn)，可在線顯示輸出壓力、溫度、氣相、液相流量、掉電時(shí)間，實(shí)時(shí)測(cè)量。具有模擬輸出、RS232/485通訊、GPRS無(wú)線通訊等功能。該產(chǎn)品在國(guó)試運(yùn)行一年之久，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，儀表工作穩(wěn)定可靠，主要技術(shù)指標(biāo)接近甚至超出國(guó)

24、外產(chǎn)品，打破了國(guó)外產(chǎn)品在這一領(lǐng)域的壟斷地位。小結(jié) 本文第一節(jié)簡(jiǎn)介了多相流與單相流的差異，它將隨著工況與環(huán)境的變化，呈現(xiàn)多種的流態(tài)，而不同的流態(tài)將采用不同的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述。流態(tài)是影響多相流量各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵因素，在某一分相流率應(yīng)用較好的流量計(jì)未必可成功應(yīng)用于其他情況。 雖然我國(guó)研制的氣、液兩相流量在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了初步階段性的成果，但現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中將而臨許多在試驗(yàn)室中不可預(yù)料的難題，還需要一段時(shí)間逐一解決，全面推廣應(yīng)用尚待時(shí)日。多相流量計(jì)類型容積式流量計(jì)產(chǎn)品概述 性能價(jià)格比優(yōu)異的油田多相計(jì)量解決方案 能夠適用于所有常見(jiàn)的流態(tài)：氣泡流、氣團(tuán)流、分層流、波狀流、段塞流、翻騰流和環(huán)狀流。 測(cè)量圍達(dá)到：

25、含水率0-100%，含氣率(GVF)5-95%，流量調(diào)節(jié)比15：1；可用于管輸高氣油比或粘滯多相流(重油的流量測(cè)量。 各相流量和含水率測(cè)量精度較高，并且不受管流型和含氣率變化的影響。 非接觸式測(cè)量、無(wú)任何可動(dòng)部件、故障率極低。 具有優(yōu)異的性能價(jià)格比。 技術(shù)參數(shù)整機(jī)一般性指標(biāo)供電100240VAC,50Hz 功耗約200W 材質(zhì)可由用戶指定公稱直徑DN40DN200 公稱壓力最高可達(dá)16MPa 介質(zhì)溫度常溫型80，高溫型170 環(huán)境溫度-5060 環(huán)境濕度95%相對(duì)濕度測(cè)量圍 含水量0-100% 含氣量5-95% 氣體折算速度30m/s 液體折算速度3m/s 流量調(diào)節(jié)比15:01 測(cè)量精度液流量

26、 5-10%相對(duì)誤差（油井計(jì)量：10%；分配計(jì)量：5%）氣流量 5-10%相對(duì)誤差（油井計(jì)量：10%；分配計(jì)量：5%）含水率 2-3%絕對(duì)誤差（油井計(jì)量：3%；分配計(jì)量：2%） 億科儀器儀表制造( )053187061545/87912234/87912204/88500112以上是多相流量計(jì)的詳細(xì)信息，如果您對(duì)多相流量計(jì)的價(jià)格、廠家、型號(hào)、圖片有什么疑問(wèn)，請(qǐng)聯(lián)系我們獲取多相流量計(jì)的最新信息。多相流量計(jì)研究與應(yīng)用來(lái)源：xiaoyu2010-1-30 11:51:00閱讀644次基本原理 在油氣混輸管線中，油井產(chǎn)出的原油、伴生天然氣和礦化水形成了一種相態(tài)和流型復(fù)雜多變的多相流，是一個(gè)多變量的隨機(jī)

27、過(guò)程。一般地，多相流量計(jì)需要用以下的參數(shù)來(lái)計(jì)算各相流量：各相在管道截面上所占據(jù)的面積Si；各相沿管道軸線的流速Vi；各相的溫度ti和壓力Pio各相在實(shí)際狀況下的體積流量根據(jù)以下公式計(jì)算： Qi=ViSi （1） 根據(jù)各相的溫度ti、壓力Pi，利用狀態(tài)方程可以將實(shí)際狀況下的體積流量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量。設(shè)管道截面的總面積為So，其中油相所占據(jù)的面積Sp，氣相所占的面積為SG，水相所占的面積為SW；設(shè)管道中油氣水三相流的截面含氣率為HG。油水混合液中的含水率為HW。我們可以得到以下的關(guān)系式： So=Sp+SG+SW （2） HG=（SG/So）100% （3） HW=SW/（Sp+SW）l0

28、0% （4） 綜合式（1），（2），（3）和（4），油、氣、水三相在實(shí)際狀況下的體積流量Qp，QG，QW可以分別表示為： Qp=vpSo（1-HG）（1-HW） （5） QG=vpSoHG （6） QW=vWSo（1-HG）Hw （7） 由此可見(jiàn)，油、氣、水三相在實(shí)際狀況下的體積流量的測(cè)量可以通過(guò)對(duì)各相流速、流量截面上的含氣率和含水率等流動(dòng)參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 多相流量計(jì)的標(biāo)定與測(cè)量技術(shù) 1 標(biāo)定 任何一種多相流量計(jì)在成為商品推向應(yīng)用市場(chǎng)之前，都必須對(duì)其進(jìn)行綜合測(cè)試和評(píng)價(jià)，標(biāo)定出其精度，并在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行期間定期地進(jìn)行檢定。目前，英國(guó)、法國(guó)、挪威和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家都投入大量的資金建造了一定規(guī)模的多相

29、流測(cè)試和計(jì)量裝置，來(lái)進(jìn)行多相流測(cè)試標(biāo)定技術(shù)方面的試驗(yàn)和理論研究。國(guó)也相繼建立了一些規(guī)模相對(duì)較小的裝置，如油田工程設(shè)計(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)的油氣水多相流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)液測(cè)試校驗(yàn)裝置等。 英國(guó)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室從1991年開(kāi)始建造油氣水三相流量測(cè)試和標(biāo)定裝置，1994年建成。目前，它是世界上唯一一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)的多相流量計(jì)標(biāo)定裝置，具有較高的知名度和權(quán)威性。該裝置具有功能齊全、測(cè)量圍寬、準(zhǔn)確度高、儀器設(shè)備先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，是油氣水多相流量計(jì)標(biāo)定和多相流測(cè)試研究的綜合性試驗(yàn)裝置。1996年，油田工程設(shè)計(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)建造了一套DN50型油氣水多相流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)液測(cè)試校驗(yàn)裝置，它直接采用油井采出液配制實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，并通過(guò)了國(guó)家計(jì)量科學(xué)研究院的

30、鑒定。此后，該裝置不斷得到改進(jìn)，并采用了英國(guó)NEL的一些技術(shù)方案?，F(xiàn)在，這一裝置已得到國(guó)外同行的認(rèn)可，在圍際多相流計(jì)量領(lǐng)域已具有了一定的技術(shù)特色和知名度。 此外，法國(guó)IFP石油研究院也建造了一套油氣水多相流量測(cè)試裝置，主要用于多相流模擬試驗(yàn)與多相流量計(jì)、多相混輸泵原理樣機(jī)的半工業(yè)化性能測(cè)試。挪威HYDRO石油公司研究中心的高壓多相流實(shí)液測(cè)試標(biāo)定裝置是目前世界上唯一一套高壓多相標(biāo)定裝置，具有壓力高、規(guī)模大、量程寬等特點(diǎn)。美國(guó)Conoco多相流標(biāo)定裝置也是一種采用原油、天然氣、產(chǎn)出水為介質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)液標(biāo)定裝置。另外，挪威HYDRO公司和Framo公司的油氣水多相流標(biāo)定和流量測(cè)試裝置主要用于各自產(chǎn)品的

31、出廠校驗(yàn)?？傊@些多相流測(cè)試標(biāo)定裝置現(xiàn)已成為試驗(yàn)研究多相流工藝參數(shù)和多相流計(jì)量技術(shù)的重要手段之一。 2 相分率測(cè)量技術(shù) 由于多相流流型復(fù)雜多變，不同的流型形成不同體積分?jǐn)?shù)的相分布，各相間存在的相對(duì)速度形成不同的速度分布，因此要進(jìn)行多相流量計(jì)量，必須測(cè)量油氣水三相的相分率和分相速度。相分率參量是表征多相流的重要參量，但該參量的測(cè)量是多相流測(cè)試的難點(diǎn)。相分率只能通過(guò)油氣水多相流的物性測(cè)試確定。當(dāng)前，相分率的測(cè)量尚沒(méi)有統(tǒng)一的方法，采用的主要方法有射線吸收法、電學(xué)法和微波衰減法。 （1）射線吸收測(cè)量相分率技術(shù)。射線穿過(guò)多相流體時(shí)受到流體吸收，吸收的程度與多相流的密度有關(guān)。根據(jù)射線的吸收程度，可得出流

32、體混合物的密度，進(jìn)而計(jì)算出多相流的各相分率。 （2）電法測(cè)量相分率技術(shù)。在大多數(shù)情況下，氣液相混合物中兩相介質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)率差別很大，利用這種性質(zhì)可測(cè)量出混合物中的氣液相分率。根據(jù)測(cè)量原理，電學(xué)法可分為電容法和電導(dǎo)法，其中電容法由于沒(méi)有易損件而獲得廣泛應(yīng)用。通常浸在氣液混合物中的二電極可視為一個(gè)電容器。電容值的大小與混合物的介電常數(shù)有關(guān)，而介電常數(shù)是氣相介電常數(shù)、液相介電常數(shù)和氣相分率的函數(shù)，因此測(cè)量電極間電容值的大小，就可以得到混合物的氣相分率。 （3）微波衰減法測(cè)量含水體積分?jǐn)?shù)。微波衰減法主要用于測(cè)量含水體積分?jǐn)?shù)，因?yàn)槟骋还潭l率的微波經(jīng)過(guò)不同含水體積分?jǐn)?shù)的液相，可以產(chǎn)生不同的衰減，亦

33、即衰減幅度與含水體積分?jǐn)?shù)有關(guān)。微波衰減法能夠適應(yīng)很寬的含水體積分?jǐn)?shù)測(cè)量圍，在低含水（25%）和高含水（75%）的工況下，測(cè)量精度更高。 3 流速（或流量）測(cè)量技術(shù) 流速（域流量）測(cè)量分為均相流測(cè)量法和分相流測(cè)量法。均相流測(cè)量法，即在測(cè)量前采取措施（如靜態(tài)混合器）預(yù)先將多相流混合物混合均勻，按均相流模型單相流處理，測(cè)量均勻混合物的流速。原則上，單相流速的測(cè)量方法如節(jié)流法、容積法等，皆適用于均勻混合物流速的測(cè)量，但當(dāng)前多相流量計(jì)多采用文丘利管法測(cè)量均相混合物流速。分相流測(cè)量法根據(jù)測(cè)量原理的不同，主要有相關(guān)法、節(jié)流法和容積法。 （1）相關(guān)法。沿多相流管道相隔一定距離布置2個(gè)特性一樣的傳感器，分別檢驗(yàn)

34、多相流相分率和相空間分布等變化的隨機(jī)流動(dòng)噪聲信號(hào)。根據(jù)相關(guān)技術(shù)確定上下游噪聲信號(hào)的渡越時(shí)間，即可求得相關(guān)速度。多相流相分率與壓力信號(hào)可作為流動(dòng)噪聲信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理。常用傳感器有測(cè)量相分率信號(hào)的射線和電容/電導(dǎo)傳感器與測(cè)量壓力信號(hào)的壓力變送器等。當(dāng)前超過(guò)半數(shù)的多相流量計(jì)采用相關(guān)分析設(shè)計(jì)。通常用于相關(guān)分析測(cè)量的參量也用于相分率推算。該方法的優(yōu)點(diǎn)是只有信號(hào)中的交流成分作為信息用于相關(guān)函數(shù)中，對(duì)熱力影響和零點(diǎn)漂移不敏感。 （2）節(jié)流法。流體通過(guò)節(jié)流件（如孔板、文丘利管和噴嘴）時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓降，由多相流量與壓降的關(guān)系即可測(cè)得多相流量。文丘利管法就是當(dāng)前使用最多的多相流量測(cè)量法。文丘利管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，維護(hù)

35、方便。 多相流量計(jì)的應(yīng)用 多相流計(jì)量可分為取樣計(jì)量和直接在線計(jì)量?jī)煞N方法。取樣計(jì)量一方面測(cè)量主管線混合物的體積流量和密度，另一方面由一個(gè)微型氣液分離器從主管線上取樣并將其分離成氣相和液相，然后由伽馬密度儀測(cè)量出液相中的油、水各自的密度；同時(shí)結(jié)合溫度和壓力測(cè)量，以此間接計(jì)算出油、氣、水各相的體積流量。這種計(jì)量技術(shù)始于1980年，目前有被直接在線計(jì)量技術(shù)所取代的趨勢(shì)。 直接在線計(jì)量是利用在的流體性質(zhì)獲得各相的流量，因而沒(méi)有設(shè)備對(duì)流體的干擾和對(duì)出油管線進(jìn)行大的改造。直接在線計(jì)量主要有混合均質(zhì)式、容積式、脈沖中子束觸激式和組合式等。 1 福蘭墨公司的MPFM型多相流量計(jì) 這種多相流量計(jì)由在線靜態(tài)混合器

36、、多源伽馬組分計(jì)和文丘里動(dòng)量計(jì)三部分組成?；旌涎b置使計(jì)量系統(tǒng)完全不受上游流態(tài)的影響并為計(jì)量段提供均質(zhì)流。多源伽馬計(jì)由一個(gè)伽馬同位素和一個(gè)耐震探測(cè)器構(gòu)成，用來(lái)確定油、氣、水各自的體積百分?jǐn)?shù)。油、氣、水各自的組分水嶺根據(jù)不同伽馬能的相對(duì)衰減程度計(jì)算求得。文丘里流量計(jì)與伽馬組分計(jì)相結(jié)合，獲得油、氣、水各自的流量。 2 Fluent公司的MPFM 1900型系列多相流量計(jì) MPFM 1900型計(jì)量系統(tǒng)由測(cè)量流體介電常數(shù)（電容率）與氣液各相流速的電容傳感器和傳感器電子計(jì)、測(cè)量流體密度的伽馬密度計(jì)、執(zhí)行數(shù)據(jù)分析的計(jì)算機(jī)和將傳感器電子計(jì)、伽馬密度計(jì)連接至計(jì)算機(jī)的電纜等組成。電容傳感器探測(cè)油氣混合物中是否有大

37、、小氣泡高速流過(guò)，以此確定流態(tài)，然后分析計(jì)算和測(cè)定流體的流速。流體密度和介電常數(shù)分別由伽馬密度計(jì)和電容傳感器確定。Fluenta公司多相流量計(jì)的主要特點(diǎn)之一是，它有一套先進(jìn)的專利軟件程序。 3 Multi-Fluid公司的LP和FR型多相流量計(jì) 這種多相流量計(jì)的主體結(jié)構(gòu)由兩個(gè)獨(dú)立的儀表組成，其中一個(gè)為組分計(jì)，用于測(cè)量傳感器中油、氣、水瞬時(shí)體積或質(zhì)量分?jǐn)?shù)；另一個(gè)為速度計(jì)，用于測(cè)定油、氣、水混合物通過(guò)傳感器的速度。該流量計(jì)確定油、氣、水間相對(duì)分布的方法類似于Fluenta公司的流量計(jì)。流量計(jì)長(zhǎng)66.7cm（26.3in），公稱直徑101.6mm（4in），額定壓力ANSI600。它無(wú)可動(dòng)部件，殼體

38、由316L不銹鋼制成，重約100kg。FR型多相流量計(jì)是在LP型多相流量計(jì)的基礎(chǔ)上研制的。它以微波技術(shù)為基礎(chǔ)，由組分計(jì)，伽馬密度計(jì)和1個(gè)或2個(gè)流速計(jì)組成。組分計(jì)從混合物密度和介電常數(shù)中獲得油、氣和水各相的體積流量，其中混合物的介電性質(zhì)由微波監(jiān)測(cè)專利技術(shù)測(cè)得。1994年，F(xiàn)R型流量計(jì)樣機(jī)分別在Elf石油公司的Peeorade油田和Statoil的Gullfaks油田進(jìn)行了試驗(yàn)。1995年36月又在Hydro公司所屬的波爾斯格論研究設(shè)施上與其它3家公司（福蘭墨、Fluenta和KOS）的流量計(jì)一同進(jìn)行試驗(yàn)。LP型多相流量計(jì)已得到了Statoil對(duì)其在油井計(jì)量方面的質(zhì)量認(rèn)證，1套152.4mm裝置將

39、近期在Gullfaks安裝使用。1995年初Saga石油公司在Snorre平臺(tái)投產(chǎn)了這種型號(hào)的多相流量計(jì)。 4 KOS公司的MCF型多相流量計(jì) 近年來(lái)，挪威KOS公司與Norske殼牌公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)出 MCF350型和MCF351型兩種多相流量計(jì)，其中，MCF351型是前者的改型產(chǎn)品。MCF351型多相流量計(jì)系統(tǒng)由一個(gè)不銹鋼雙法蘭短節(jié)、EX級(jí)信號(hào)處理電子裝置和一個(gè)以PC機(jī)為主的控制裝置組成。PC機(jī)用來(lái)計(jì)算和顯示計(jì)量結(jié)果。目前，MCF351型多相流量計(jì)只能在氣團(tuán)流態(tài)下使用。但是，將操作圍擴(kuò)大至其它流態(tài)（諸如層狀流、沖擊流、氣泡流和環(huán)狀流）的開(kāi)發(fā)工作正在進(jìn)行中。 5 ISA公司的Scroll Flo

40、型多相流量計(jì) 這種多相流量計(jì)由英國(guó)BP開(kāi)發(fā)研制，ISA公司生產(chǎn)。它是根據(jù)眾所周知的容積式計(jì)量原理，同時(shí)結(jié)合密度測(cè)量，以此得出油、氣、水混合物各相的質(zhì)量流量。 6 AGAR公司的MPFM-301型多相流量計(jì) MPFM-301型多相流量計(jì)主要由2PFM-201流量計(jì)和OWM-201微波含水分析儀兩部分組成，其中前者為一種氣液兩相流量計(jì)，用于測(cè)量從泡流至塞流所有流態(tài)中的氣體流量和液體流量，后者由一個(gè)2kHZ的微波變送器和一個(gè)接收器構(gòu)成。 7 AEA技術(shù)公司的脈沖式多相流量計(jì) 這種多相流量計(jì)安裝在管線的外側(cè)，這樣就不會(huì)對(duì)管線的混合物產(chǎn)生干擾。該流量計(jì)采用一個(gè)脈沖中子束對(duì)通過(guò)管線的氫原子、碳原子和氧原子

41、進(jìn)行計(jì)數(shù)，以此測(cè)出氣體、液體和固體的體積?；旌衔镏械暮客ㄟ^(guò)對(duì)氯原子的計(jì)數(shù)求得。輻射短脈沖“觸激”氧原子，同時(shí)計(jì)量以此測(cè)出混合物的流速。將兩種測(cè)量結(jié)果相結(jié)合便可精確地計(jì)算出管線的流量。 多相流量計(jì)存在的問(wèn)題 目前，由于技術(shù)水平的限制，多相流量計(jì)尚存在一些問(wèn)題。 （1）現(xiàn)有的大多數(shù)多相流量計(jì)都需要測(cè)量若干數(shù)據(jù)后，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出各相的流量，使計(jì)量精度受到很大影響，目前市場(chǎng)上大多數(shù)多相流量計(jì)在大部分流態(tài)下各相測(cè)量誤差為10%。 （2）所有目前用于多相計(jì)量的技術(shù)都要求必須掌握流體的特性，如介電常數(shù)、質(zhì)量吸收系數(shù)等，才能比較精確地計(jì)量。如果流體特性出現(xiàn)變化或多相流量計(jì)用于多井計(jì)量，必須頻繁地評(píng)價(jià)

42、和標(biāo)定多相流量計(jì)的傳感器。 （3）目前市場(chǎng)上幾種主要多相流量計(jì)的最高適用含氣率為0.91.0，隨著含氣率的增加，液相的計(jì)量精度將受到影響。 （4）多相流量計(jì)普遍采用像微波等輻射源，而有關(guān)法規(guī)對(duì)使用輻射源有嚴(yán)格的限制。 （5）現(xiàn)有的多相流量計(jì)標(biāo)定設(shè)施只能較好地標(biāo)定組分測(cè)量?jī)x器，而對(duì)流速測(cè)量尚未有令人滿意的標(biāo)定方法。此外，很多情況下是采用計(jì)量分離器來(lái)標(biāo)定，由于計(jì)量分離器計(jì)量不準(zhǔn)確，標(biāo)定沒(méi)有實(shí)際意義。 多相流量計(jì)的選擇 目前國(guó)際上衡量多相流量計(jì)好的標(biāo)準(zhǔn)主要有：是否通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)的第三方試驗(yàn)室的測(cè)試和評(píng)價(jià)；是否通過(guò)公正、獨(dú)立的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比測(cè)量；是否經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的和批量化的工業(yè)性實(shí)驗(yàn)。 不同測(cè)量原理的多相流量

43、計(jì)有不同的適應(yīng)工況，選型時(shí)應(yīng)綜合考慮以下因素： （1）安裝位置，包括陸上、海上平臺(tái)、水下等，水下測(cè)量應(yīng)選用電學(xué)法測(cè)量多相流量計(jì)。 （2）流體物性，原油黏度、乳化、起泡、水含鹽量等物性是主要考慮因素，具體選擇方案見(jiàn)表1。 表1 流體物性對(duì)多相流量計(jì)選型的影響液體物性適應(yīng)流量計(jì)（測(cè)量方法）不適應(yīng)流量計(jì)（測(cè)量方法）高黏原油微波衰減法，雙能密度儀，電容法相關(guān)流量計(jì)乳化原油雙能密度儀，均相流法電容/電導(dǎo)法，相關(guān)流量計(jì)起泡原油雙能密度儀相關(guān)流量計(jì)水含鹽體積分?jǐn)?shù)已知微波衰減法，雙能密度儀，電容法電導(dǎo)法水含鹽體積分?jǐn)?shù)未知微波衰減法，多能密度儀電容/電導(dǎo)法，雙能密度儀 （3）流動(dòng)工況，含氣體積分?jǐn)?shù)和含水體積分?jǐn)?shù)

44、的高低是影響精度的重要因素。高含氣工況應(yīng)考慮先部分分離天然氣，再進(jìn)行多相計(jì)量；高含水了況，應(yīng)選用微波衰減法測(cè)量含水體積分?jǐn)?shù)；低含水下況應(yīng)選用電容法或微波衰減法測(cè)量含水體積分?jǐn)?shù)，顯然用射線吸收法和電導(dǎo)法測(cè)量極端含水下況是不適宜的。 （4）測(cè)量不確定度，多相計(jì)量的復(fù)雜性使多相流量計(jì)至今尚沒(méi)有統(tǒng)一的精度等級(jí)，因此選用前應(yīng)針對(duì)具體的流動(dòng)工況和流體物性進(jìn)行標(biāo)定。 （5）應(yīng)參考第三方試驗(yàn)室的結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)使用情況，實(shí)踐證明，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期、批量化工業(yè)性實(shí)驗(yàn)的多相流量計(jì)產(chǎn)品，在今后的使用中可以大大降低使用風(fēng)險(xiǎn)。 （6）要重視多相流量計(jì)的售后服務(wù)工作，售后服務(wù)包括現(xiàn)場(chǎng)安裝，調(diào)試，試運(yùn)行，定期的維護(hù)和定期標(biāo)定以與出現(xiàn)問(wèn)題

45、后的與時(shí)解決等。實(shí)踐證明，多相流量計(jì)是一種實(shí)證產(chǎn)物。從某種意義上說(shuō)，多相流的不可確定性和復(fù)雜性，決定了多相流量計(jì)在實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的可能性比常規(guī)儀表要大，問(wèn)題的復(fù)雜性往往也較大。這就要求廠商能夠提供高水平的、與時(shí)而優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)，同時(shí)售后服務(wù)的費(fèi)用又不能過(guò)高。這一點(diǎn)在選擇多相流量計(jì)時(shí)，也應(yīng)該作為一個(gè)重要的因素認(rèn)真考慮。 （7）在重視多相流量計(jì)測(cè)量精度的同時(shí)還要重視其重復(fù)性和穩(wěn)定性，多相流量計(jì)的測(cè)量精度是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，它包括在實(shí)際操作條件下與適用圍氣相流量、液相流量、含水率、含氣率等的測(cè)量精度和測(cè)量圍等多個(gè)指標(biāo)，而這些指標(biāo)又都是有前提條件并互相關(guān)聯(lián)的。對(duì)于廠商標(biāo)明和聲稱的精度，我們的

46、工程技術(shù)人員要做認(rèn)真科學(xué)的分析，以便得出一個(gè)正確的判定。也正是由于多相流的復(fù)雜性和不可確定性，我們對(duì)多相流的測(cè)量精度不能過(guò)于苛求，并且要允許存在超差。當(dāng)然，對(duì)超差比例一定要盡可能地控制在極小圍。正因?yàn)檫@樣，多相流量計(jì)目前只用作井口計(jì)量而不是用在商業(yè)計(jì)量上。在使用上既要關(guān)心測(cè)量精度，又要重視多相流量計(jì)的重復(fù)性和穩(wěn)定性。另外，對(duì)于由操作條件變化、物性變化或者測(cè)量圍變化帶來(lái)的對(duì)測(cè)量精度的影響程度，也應(yīng)要求廠商給予說(shuō)明，多相流量計(jì)是否需要現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，如何進(jìn)行，也要進(jìn)行了解。 發(fā)展趨勢(shì) 多相流量計(jì)作為一種全新的計(jì)量設(shè)備，它的出現(xiàn)已引起世界石油工業(yè)界的高度重視。與傳統(tǒng)的計(jì)量分離器相比，它的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，

47、在海上和陸上油田開(kāi)發(fā)中具有廣闊的應(yīng)用前景。但多相流量計(jì)作為一種新技術(shù)、新產(chǎn)品，用的時(shí)間比較短，世界各大石油公司對(duì)其采用的是一種邊研究、邊驗(yàn)證。邊推廣使用的方法；同時(shí)各個(gè)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品因其測(cè)量機(jī)制不同，而又有各自的適用圍，國(guó)際上至今沒(méi)有一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)，在使用中難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)然這是任何新產(chǎn)品在應(yīng)用推廣時(shí)都會(huì)遇到的。對(duì)多相流量計(jì)的研究還是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，今后其發(fā)展趨勢(shì)是： （1）智能式。要確保測(cè)量模型和方案的正確性，需重視特征參數(shù)的選取。由于多相流動(dòng)狀態(tài)的不確定性與不穩(wěn)定性，為了確保多相計(jì)量的準(zhǔn)確性，應(yīng)用智能化的測(cè)量方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，特別是應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論、人工智能技術(shù)、

48、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與小波分析理論。 （2）組合式。組合式一方面是指功能上的組合，例如將流速表和組分表組合起來(lái)使用；另一方面是指組合多種方法和技術(shù)來(lái)完成一種功能。盡可能地應(yīng)用單相計(jì)量和氣、液兩相流動(dòng)測(cè)試比較成熟的方法和技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)計(jì)量，應(yīng)滿足信號(hào)連續(xù)采集。為適應(yīng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理，應(yīng)與計(jì)算機(jī)合為一體?？刹僮餍詮?qiáng)。 （3）通用性。目前的多相流儀表的測(cè)量圍受到很多限制，如受含氣率、含油率、含水率、勁度、鹽度等的影響。因此，開(kāi)發(fā)和研制大圍的多相流儀表勢(shì)在必行，增加其通用性。同時(shí)，應(yīng)建立比較完善的檢測(cè)裝置，對(duì)多相流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，保證準(zhǔn)確性。 （4）經(jīng)濟(jì)性。降低成本，加快工業(yè)化進(jìn)程。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究工作后，需做大

49、量的工作，尤其是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室有許多方面沒(méi)能考慮到，這是應(yīng)該注意的。多相流量計(jì)的研究與應(yīng)用 傳統(tǒng)的計(jì)量方法是把油井產(chǎn)物送入三相分離器，由分離器將其分成油、氣、水三相，通過(guò)安裝在分離器各相出口管線上的流量計(jì)，計(jì)量三種流體的產(chǎn)量，該系統(tǒng)的質(zhì)量和體積都較大，給設(shè)計(jì)和施工都增加了很大難度。采用多相流流量計(jì)直接計(jì)量油井各相流量的方法可以取消計(jì)量用分離器、計(jì)量管線以與計(jì)量匯管，因此，多相流流量計(jì)節(jié)約了空間、資金并能連續(xù)計(jì)量各油井的產(chǎn)量，簡(jiǎn)化了流程1.2。 多相流量計(jì)與計(jì)量分離器相比有以下特點(diǎn)： 1）對(duì)油氣進(jìn)行連續(xù)、在線、自動(dòng)測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。多相流量計(jì)可測(cè)出日產(chǎn)油、水、氣的量以與井口壓力、溫度

50、數(shù)據(jù)，并把它們顯示、打印出來(lái)。如果與多路閥結(jié)合使用，可實(shí)現(xiàn)單井無(wú)人計(jì)量。 2）系統(tǒng)質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。 3）無(wú)任何可動(dòng)部件，幾乎不需要維護(hù)。多相流量計(jì)基本上由傳感器和探測(cè)器組成，沒(méi)有可動(dòng)部件，不需要維護(hù)；而常規(guī)計(jì)量分離器有液面控制器、流量計(jì)、孔板、控制閥等。需要定期維護(hù)、更換和標(biāo)定。 4）被計(jì)量的原油無(wú)須加熱，節(jié)省能量多相流量計(jì)對(duì)被測(cè)介質(zhì)溫度無(wú)要求，只要介質(zhì)能夠流動(dòng)就可以進(jìn)行計(jì)量，僅需要用220V電源，功率為200W左右；而采用計(jì)量分離器，當(dāng)井溫較低時(shí)，產(chǎn)出液加熱后才能進(jìn)行有效地分離，如果是氣泡原油，還要加消泡劑。 5）投資少，操作費(fèi)少。考慮到日常維護(hù)費(fèi)用、占用平臺(tái)面積等間接因素，選

51、用多相流量計(jì)將會(huì)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。 但是多相計(jì)量在以下幾個(gè)方面與單相計(jì)量相比有其自身的復(fù)雜性： 1）各相并非混合均勻，水與油混合得不好，氣體與液體處于分離狀態(tài)； 2）各相以不同的速度流動(dòng)，各相之間存在著界面效應(yīng)和相對(duì)速度，相界面在時(shí)間和空間上變化比較大，液相和氣相以不同的速度流動(dòng)； 3）混合是不規(guī)則的。各相混合時(shí)，黏度和總量都會(huì)發(fā)生變化； 4）相與相之間相互作用。氣體能從溶液中析出或者溶解在液體中。蠟和水合物會(huì)在流體中沉淀； 5）流動(dòng)狀態(tài)非常復(fù)雜，特征參數(shù)比單相流系統(tǒng)多，它取決于各相之間的相對(duì)速度、流體特性、管路結(jié)構(gòu)與流動(dòng)方向3。 1 基本原理 油、氣、水三相在實(shí)際狀況下的體積流量的測(cè)量可以

52、通過(guò)對(duì)各相流速、流量截面上的含氣率和含水率等流動(dòng)參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般地，多相流量計(jì)需要用以下的參數(shù)來(lái)計(jì)算各相流量：各相在管道截面上所占據(jù)的面積Si；各相沿管道軸線的流速v；各相的溫度ti和壓力Pi。各相在實(shí)際狀況下的體積流量根據(jù)以下公式計(jì)算1。 qv= ViSi （1） 根據(jù)ti和Pi，利用狀態(tài)方程可以將實(shí)際狀況下的體積流量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量。設(shè)管道截面的總面積為S0，其中油相所占據(jù)的面積為Sp，氣相所占的面積為SG，水相所占的面積為Sw；設(shè)管道中油氣水三相流的截面含氣率為HG，油水混合液中的含水率為Hw?？梢缘玫揭韵碌年P(guān)系式。 S0=SP+SG+Sw （2） HG=（SG/S0

53、）100% （3） Hw=Sw/（SP+Sw）100% （4） 綜合式（14），若油、氣、水三相在實(shí)際狀況下的流速分別為vp，vG，vw，則其體積流量qvp，qvG，qvw可以分別表示為 Qvp=vpS0（1- HG）（1- Hw） （5） qVG=vGS0HG（6） qvw=vwS0（1- HG）Hw（7） 2 多相流量計(jì)的標(biāo)定 流量標(biāo)定的定義是為了建立標(biāo)定系數(shù)，將被計(jì)量的流量與標(biāo)準(zhǔn)流量對(duì)比的值。當(dāng)被標(biāo)流量計(jì)已標(biāo)定，標(biāo)定系數(shù)已確定后，應(yīng)將該系數(shù)值入到該流量計(jì)中，可通過(guò)軟件或者機(jī)械/電子的調(diào)節(jié)完成。多相流量計(jì)和單相流量計(jì)之間一個(gè)顯著的不同點(diǎn)是多相流量計(jì)的不準(zhǔn)確度受工藝條件和液體性質(zhì)的變化比受一

54、次計(jì)量元件不確定度的變化要大得多。多相流量計(jì)的一次計(jì)量元件可以用近似單相計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)程序來(lái)標(biāo)定。然而，多相流量計(jì)一次計(jì)量元件的輸出可采用先進(jìn)的信號(hào)處理設(shè)備得到最終的單相流量值。正如人們所知，單相計(jì)量得到的流量標(biāo)定程序是不能直接轉(zhuǎn)換用于標(biāo)定多相流量計(jì)的。 英國(guó)、法國(guó)、挪威和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家大都建造了一定規(guī)模的多相流測(cè)試和計(jì)量裝置，以供開(kāi)展多相流測(cè)試標(biāo)定技術(shù)方面的試驗(yàn)和理論研究。美國(guó)國(guó)家工程試驗(yàn)室建造的多相流測(cè)試標(biāo)定裝置是世界上惟一一個(gè)具有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的多相流量計(jì)標(biāo)定裝置，在世界上具有一定的知名度和權(quán)威性。具有功能齊全，精確度高等優(yōu)點(diǎn)。挪威Hydro公司的多相流標(biāo)定裝置是1套高壓多相流標(biāo)定裝置。法國(guó)IFP

55、石油研究院的多相流測(cè)試裝置主要用于多相流模擬試驗(yàn)與多相流量計(jì)和混輸泵的試驗(yàn)。美國(guó)Conoco多相流標(biāo)定裝置是采用原油、天然氣、產(chǎn)出水為介質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)液標(biāo)定裝置。這些多相流測(cè)試標(biāo)定裝置已成為試驗(yàn)研究多相流工藝參數(shù)和多相流計(jì)量技術(shù)的重要手段之一。這些檢定裝置建設(shè)規(guī)模不等，各具特色，但總的來(lái)講基本上都是由以下5個(gè)部分組成。 1）油氣水單相供應(yīng)系統(tǒng)：大多采用柴油、礦化水和氦氣為介質(zhì)，但Hydro研究中心卻是采用原油，天然氣和產(chǎn)出水實(shí)液作為測(cè)試介質(zhì)，大多都具有穩(wěn)壓和調(diào)壓功能，還可以變溫。 2）油氣水單項(xiàng)計(jì)量、混合系統(tǒng)：油水流量計(jì)量多采用速度式或容積式流量計(jì)，氣體計(jì)量大多采用差壓式流量計(jì)。 3）流態(tài)測(cè)試或透

56、明管觀察段：流態(tài)測(cè)試是一很困難的問(wèn)題，Hydro研究中心的高壓多相流實(shí)液測(cè)試標(biāo)定裝置使用了伽瑪射線儀測(cè)量氣液組分和流型，用電導(dǎo)儀測(cè)量油水流型。使用柴油或煤油介質(zhì)的裝置大多安裝了透明管直管段，Schlumberger公司的油氣水三相流測(cè)試裝置安裝了15m長(zhǎng)的透明管，借以觀察系統(tǒng)的流型變化。 4）多相流水平、垂直、傾斜試驗(yàn)管：如IFP多相流裝置的試驗(yàn)管的傾角可以在590圍變化。 5）油氣水兩相（緩沖），三相分離：經(jīng)測(cè)試段的三相流，每次測(cè)試標(biāo)定后進(jìn)入分離器進(jìn)行油氣水分離和緩沖，油水分離后可重復(fù)利用，空氣放空，如介質(zhì)是氮?dú)?天然氣，可再凈化循環(huán)使用46。 3 采用的主要技術(shù)和方法 油、氣、水三相計(jì)量，

57、可以分解為兩個(gè)技術(shù)要點(diǎn)：一是應(yīng)將三相視為液相總量和氣相兩相計(jì)量；二是進(jìn)行液相組分測(cè)量。將油、氣、水視為氣、液兩相流，測(cè)試方法主要有3.7： 1）相關(guān)法，通過(guò)兩個(gè)在管道上相距為L(zhǎng)的完全一樣的傳感器來(lái)檢測(cè)流體中的尺寸分布、空間分布、各相含量等變化的隨機(jī)流動(dòng)噪聲信號(hào)，得到與被測(cè)流體流動(dòng)狀況有關(guān)的在時(shí)間上相差0的兩個(gè)流動(dòng)噪聲信號(hào)。建立兩信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)，進(jìn)而求得0，則可得平均流速v=L/0； 2）容積法，利用一定容積的混合物，應(yīng)用PD表（Positive Displacement Meter），測(cè)量其體積、壓力、溫度等； 3）節(jié)流法，由于節(jié)流裝置存在壓力差，利用其與流體流量與分相含率等因素有關(guān)。應(yīng)用孔

58、板流量計(jì)，噴嘴、文丘利流量計(jì)，并結(jié)合密度計(jì)，進(jìn)行流量計(jì)量； 4）渦輪流量計(jì)法，基于流體的動(dòng)量矩測(cè)量流速，需要結(jié)合其他儀表，如密度計(jì)，來(lái)進(jìn)行氣、液流量計(jì)量； 5）激光多普勒法，利用多普勒效應(yīng)測(cè)量流速，具有非接觸、精確度高、響應(yīng)快、測(cè)量圍寬等特點(diǎn)。但要求管路透明，且價(jià)格昂貴，只能測(cè)量總相流速，在多相流測(cè)試中很難應(yīng)用； 6）粒子成像測(cè)速，PIV（Particle Image Velocimeter）法，利用擴(kuò)散在流場(chǎng)中微小粒子對(duì)光的散射性，用多次曝光方法獲得流場(chǎng)中粒子在紿定的不同時(shí)刻的像的位置，從而測(cè)出各粒子相應(yīng)時(shí)刻在流場(chǎng)中相應(yīng)位置處的位移，進(jìn)而得到其相鄰曝光間隔的平均速度vi=di/t（i為粒子編

59、號(hào)，di為第i個(gè)粒子的位移）。這是一種新方法，能進(jìn)行流場(chǎng)測(cè)試，但只能對(duì)液相或氣相進(jìn)行測(cè)試。這種方法造價(jià)高，管路要求可視化，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用有難度； 7）熱線、熱膜風(fēng)速儀，用流體流動(dòng)和熱量交換之間的關(guān)系，測(cè)得流體的流速和含氣率，進(jìn)而求得氣、液分相的流量； 8）過(guò)程層析成象技術(shù)PT（Process Tomography），一種以兩相流或多相流為主要對(duì)象的過(guò)程參數(shù)二維或三維分布狀況的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)； 9）核磁共振法，其實(shí)質(zhì)就是核對(duì)射頻能的吸收。在氣、液兩相流測(cè)量中，由于核磁共振信號(hào)強(qiáng)度與空隙率成線性關(guān)系，故在各種流型下均能精確測(cè)量空隙率。核磁共振法能夠測(cè)量平均流速、瞬時(shí)流速、流速分布等。它具有非接觸測(cè)量，

60、與被測(cè)流體的導(dǎo)電率、溫度、黏度、密度和透明度等物性參數(shù)變化無(wú)關(guān)等特點(diǎn)； 10）直接法，直接應(yīng)用質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。 以上幾種方法在測(cè)量氣、液兩相流時(shí)應(yīng)用比較廣泛。但有的需要結(jié)合密度計(jì)來(lái)測(cè)含氣率。 進(jìn)行多相流測(cè)試的另一技術(shù)要點(diǎn)是液相組分測(cè)量。主要應(yīng)用以下方法測(cè)量： 1）電磁波檢測(cè)法，由于原油和水的相對(duì)介電常數(shù)相差懸殊，電磁波傳播的相位常數(shù)取決于介質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)率，通過(guò)測(cè)量電磁波在原油混合介質(zhì)中的相移量，就可確定原油的含水率； 2）電容法，通過(guò)測(cè)量流過(guò)電容兩極間的油、水混合流體的平均介電常數(shù)來(lái)測(cè)量含水率。但在高含水時(shí)，儀器可能失去油、水識(shí)別能力； 3）電導(dǎo)法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，響應(yīng)快，但由于