倒u型管與靶式流量計(jì)組合式天然氣濕氣流量測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種天然氣濕氣流量不分離測量技術(shù)和裝置。采用倒U型管與靶式流量計(jì)組合測量濕氣流量，倒U型管用于測量濕氣的密度，靶式流量計(jì)用于測量濕氣流量。測量裝置包括倒U型管、上升管和下降管差壓傳感器、靶式流量計(jì)、整流器、壓力傳感器、溫度傳感器和數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)等。系統(tǒng)中彎管內(nèi)部都放置了導(dǎo)流片，以減弱二次流的影響，倒U型管上升管段、下降管段，以及靶式流量計(jì)入口前都裝有整流器以保證進(jìn)入測量管段段流動(dòng)的均勻性和一致性。在已知?dú)庀喑煞趾鸵合嗝芏鹊那闆r下，可以實(shí)現(xiàn)濕氣總流量，以及氣相、液相分相流量的在線不分離測量。該技術(shù)可以用于油田天然氣開采、傳輸和加工過程中的濕氣計(jì)量過程。
【專利說明】
倒u型管與卽式流量計(jì)組合式天然氣濕氣流量測量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及油田濕天然氣計(jì)量技術(shù)與工程，具體為一種用于濕天然氣流量計(jì) 量的技術(shù)與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在油氣田開采過程中，采出的天然氣是未經(jīng)處理的含有少量輕控、油、游離水和水 蒸氣W及其他液體的氣液混合物。運(yùn)種天然氣含液量較少，在國內(nèi)外的油氣工業(yè)中，通常將 其稱為濕氣，其流動(dòng)問題屬于兩相流或多相流的一個(gè)分支。國際上一般采用Lockhart 1曰的111611巧：^(來表征濕氣，即乂<0.3時(shí)為濕氣，乂的定義為
[0003]
(1)
[0004] 其中：心鳴為液相和氣相單獨(dú)流過時(shí)的差壓；9?;、gws為液相和氣相質(zhì)量流 量;巧、巧為液相和氣相的密度。
[0005] 工程應(yīng)用中習(xí)慣上采用氣液兩相的體積含率來定義濕氣，按此定義，濕氣是在工 作條件下氣相體積含率大于90%，液相與其他組分體積含率小于10%的氣液混合物。
[0006] 相對單相流體而言，濕氣流量測量比較困難，運(yùn)是因?yàn)閷?shí)際管道中濕氣流態(tài)非常 復(fù)雜，現(xiàn)場流量計(jì)工作環(huán)境惡劣且工況經(jīng)常變化，同時(shí)測量氣液兩相的流量和各相含率是 非常困難和復(fù)雜的。濕氣雖然是兩相流，但液相體積流量相對氣相很小，可將濕氣視為單相 氣體進(jìn)行流量測量，然后根據(jù)含液率進(jìn)行濕度補(bǔ)償或修正。
[0007] 濕氣流量測量技術(shù)主要分為兩類:一類是流量儀表測流量加取樣確定含液量；另 一類是由儀表在線同時(shí)測量流量和氣、液相含率。到目前為止，采用節(jié)流式流量計(jì)測量濕 氣流量的研究和應(yīng)用最多，如孔板、文丘里和V錐流量計(jì)。由于液相的存在，節(jié)流式流量計(jì)測 量濕氣流量時(shí)，測得的壓差總是比氣相單獨(dú)流過時(shí)要高，使得氣體質(zhì)量流量產(chǎn)生超值讀數(shù)， 即測量讀數(shù)值高于實(shí)際氣體流量值。多年來研究人員做了大量實(shí)驗(yàn)研究，得出了一些實(shí)用 的修正公式。其他可W用來進(jìn)行濕氣測量的流量計(jì)還有旋進(jìn)旋滿流量計(jì)和超聲波流量計(jì) 等?？傮w來說，上述運(yùn)些濕氣測量技術(shù)還存在很多不足，造成計(jì)量誤差大或適用性差等問 題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[000引為實(shí)現(xiàn)天然氣濕氣流量不分離在線測量，本實(shí)用新型提供了一種倒U型管與祀式 流量計(jì)組合式天然氣濕氣流量測量系統(tǒng)，包括倒U型管、差壓傳感器I、差壓傳感器II、祀式 流量計(jì)、第一、第二、第=整流器、壓力傳感器、溫度傳感器、信號處理計(jì)算機(jī)，進(jìn)氣管道上依 次設(shè)置所述壓力傳感器、溫度傳感器，第一導(dǎo)流片和第一整流器后設(shè)置差壓傳感器I，差壓 傳感器I后設(shè)置倒U型管（6)，倒U型管后設(shè)置第二導(dǎo)流片和第二整流器，第二整流器后設(shè)置 差壓傳感器II，差壓傳感器II后設(shè)置第Ξ導(dǎo)流片和第Ξ整流器，最后設(shè)置祀式流量計(jì)，所述 壓力傳感器、溫度傳感器、差壓傳感器I、差壓傳感器II和祀式流量計(jì)通過信號線和信號處 理計(jì)算機(jī)連接。
[0009] 本實(shí)用新型具有的有益效果是：1)通過倒U型管和祀式流量計(jì)組合可W在線不分 離測量天然氣濕氣流量和各分相流量;2)通過在關(guān)鍵位置加裝整流器、導(dǎo)流片來改善測量 管段流動(dòng)狀況，減小二次流影響，保證速度分布更加均勻和一致，提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本實(shí)用新型的天然氣濕氣計(jì)量裝置示意圖；
[0011] 圖2為倒U型管測量濕氣密度原理分析用圖；
[0012] 圖中各附圖標(biāo)記含義：1-壓力傳感器，2-溫度傳感器，3-第一導(dǎo)流片，4-第一整流 器，5-差壓傳感器I，6-倒U型管，7-第二導(dǎo)流片，8-第二整流器，9-差壓傳感器II，10-第Ξ導(dǎo) 流片，11-第Ξ整流器，12-祀式流量計(jì)，13-信號線，14-數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面通過附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0014] 本實(shí)用新型的倒U型管與祀式流量計(jì)組合式天然氣濕氣流量測量系統(tǒng)，參見圖1， 該系統(tǒng)包括倒U型管6、差壓傳感器I 5、差壓傳感器II 9、祀式流量計(jì)12、第一、第二、第Ξ整 流器4、8、11、壓力傳感器1、溫度傳感器2、信號處理計(jì)算機(jī)14和信號線13等。其中，倒U型管6 用于測量濕氣的密度，祀式流量計(jì)12用于測量濕氣流量，整流器的作用是保證進(jìn)入各段測 量管流體流動(dòng)均勻性和一致性，幾個(gè)彎管處內(nèi)部還裝有第一、第二、第Ξ導(dǎo)流片3、7、l〇W消 除或減弱二次流影響。
[0015] 進(jìn)氣管道上依次設(shè)置壓力傳感器1、溫度傳感器2,第一導(dǎo)流片3和第一整流器4后 設(shè)置差壓傳感器I 5,差壓傳感器I 5后設(shè)置倒U型管6,倒U型管6后設(shè)置第二導(dǎo)流片7和第二 整流器8,第二整流器8后設(shè)置差壓傳感器II 9,差壓傳感器II 9后設(shè)置第Ξ導(dǎo)流片10和第 Ξ整流器11，最后設(shè)置祀式流量計(jì)12,壓力傳感器1、溫度傳感器2、差壓傳感器I 5、差壓傳 感器II和祀式流量計(jì)12通過信號線13和信號處理計(jì)算機(jī)14連接。
[0016] 本實(shí)用新型濕氣流量測量原理為：
[0017] (1)倒U形管測量濕氣密度原理
[0018] 參見圖2,垂直放置的倒U型管，在其上升和下降管側(cè)分別設(shè)置上下兩個(gè)取壓點(diǎn)測 量壓差，左右兩側(cè)取壓點(diǎn)之間的距離相同，都為L?？疾熳髠?cè)上升管段，列1-1和2-2兩個(gè)截 面流動(dòng)伯努利方程：
[0019]
(2)
[0020] 其中，、單為兩個(gè)取壓點(diǎn)的標(biāo)高，馬心2二￡，玄為取壓點(diǎn)之間的距離；巧、巧為 兩個(gè)取壓點(diǎn)處的靜壓，靜壓差巧-巧為濕氣流動(dòng)速度，嘴、巧為兩個(gè)取壓點(diǎn)處的平 均流速，由于管徑相同，"1 =嗎；相為流動(dòng)阻力，蟲為重力加速度。于是得到
[00巧]需要注意的是左側(cè)上升管段和右側(cè)下降管段流體流動(dòng)阻力損失數(shù)值相等，都為％ ，由（3a)和(3b)消去％得
[0033] 實(shí)際測量中，液相密度A可當(dāng)根據(jù)所測流體種類或成分予W給定，氣相密度巧.根 據(jù)所測得的壓力和溫度確定，于是含液率能夠確定。
[0034] (2)濕氣流量測量
[0035] 之所W選擇祀式流量計(jì)來測量濕氣流量，是因?yàn)殪胧搅髁坑?jì)可在惡劣環(huán)境下運(yùn) 行，不存在差壓式流量計(jì)積液等問題。
[0036] 假設(shè)祀式流量計(jì)測量管內(nèi)濕氣平均流速為V，祀板受到流體的作用力為
[0037]
(8)
[0038] 其中C曰流動(dòng)阻力系數(shù)，4為祀板迎流面積。因此，質(zhì)量流量和體積流量分別為
[004。 其中，崎。為質(zhì)量流量系數(shù)，
[0042]濕氣流量得到后，氣相流量和液相流量可W根據(jù)含氣(液)率計(jì)算得到。
[0043] 本實(shí)用新型的測試系統(tǒng)用于天然氣濕氣流量在線測量。系統(tǒng)利用倒U型管6測量濕 氣密度;利用壓力傳感器1、溫度傳感器2來測量獲得濕氣壓力和溫度，在已知?dú)庀喑煞值臅r(shí) 候，根據(jù)溫度和濕度可獲知濕氣中氣相密度，而液相可假設(shè)為不可壓縮流體，根據(jù)油水比例 可估算其密度而誤差不大;運(yùn)樣，含氣率和含液率也可W計(jì)算得到;在濕氣密度已知的情況 下，祀式流量計(jì)12可W測量濕氣的質(zhì)量流量和體積流量，根據(jù)濕氣的含液(氣)率，可計(jì)算出 氣相和液相的分相流量。
[0044] 系統(tǒng)中彎管內(nèi)部都放置了導(dǎo)流片W減弱二次流的影響，倒U型管上升管段、下降管 段起始位置，W及祀式流量計(jì)入口前都裝有整流器W保證進(jìn)入測量段流動(dòng)的均勻性和一致 性。
[0045] 系統(tǒng)中差壓傳感器I、差壓傳感器II，壓力傳感器，溫度傳感器和祀式流量計(jì)測量 信號都傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理、顯示記錄和輸出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種倒U型管與靶式流量計(jì)組合式天然氣濕氣流量測量系統(tǒng)，包括倒U型管(6)、差壓 傳感器1(5)、差壓傳感器11(9)、靶式流量計(jì)（12)、第一、第二、第三整流器(4、8、11)、壓力傳 感器（1 )、溫度傳感器(2)、信號處理計(jì)算機(jī)（14)，其特征在于:進(jìn)氣管道上依次設(shè)置所述壓 力傳感器（1)、溫度傳感器(2)，第一導(dǎo)流片（3)和第一整流器(4)后設(shè)置差壓傳感器1(5)，差 壓傳感器1(5)后設(shè)置倒U型管(6)，倒U型管(6)后設(shè)置第二導(dǎo)流片(7)和第二整流器(8)，第 二整流器(8)后設(shè)置差壓傳感器11(9)，差壓傳感器11(9)后設(shè)置第三導(dǎo)流片（10)和第三整 流器（11)，最后設(shè)置靶式流量計(jì)（12)，所述壓力傳感器（1)、溫度傳感器（2)、差壓傳感器I (5)、差壓傳感器11(9)和靶式流量計(jì)（12)通過信號線（13)和信號處理計(jì)算機(jī)(14)連接。
【文檔編號】G01F1/86GK205483094SQ201620142131
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月25日
【發(fā)明人】夏迎, 張洪軍, 盧超, 余飛
【申請人】中國計(jì)量學(xué)院