分流分相式多相流量計(jì)研究
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1 多相流量計(jì)量方法分類
多相流量測(cè)量方法按照是否分離以及分離的程度一般可分為完全分離、不分離、部分分離3種類型。完全分離法采用三相分離器將多相流體分離成油相、氣相和水相，分別采用單相流量計(jì)測(cè)量各相流量，氣、液相能實(shí)現(xiàn)完全分離，測(cè)量不受多相流波動(dòng)的影響，精度高，缺點(diǎn)是分離設(shè)備體積龐大，價(jià)格昂貴，在很大程度上增加了油田的開發(fā)成本；不分離式多相流量計(jì)是在對(duì)多相流體不作任何分離的情況下實(shí)現(xiàn)油、氣、水三相計(jì)量，其技術(shù)難度主要體現(xiàn)在油、氣、水三相組分含量及各相流速的測(cè)定，不分離計(jì)量方法不需要分離設(shè)備，體積小，但測(cè)量受流體波動(dòng)的影響，精度低；部分分離方法的原理是首先采用預(yù)分離裝置將氣、液二相分離成以氣相為主（高含氣率）和以液相為主（高含液率）的2股流體，然后再利用較成熟的二相流儀表分別測(cè)量，最后將2股流體重新混和，該方法縮小了流過測(cè)量?jī)x表的二相流組分變化范圍，同時(shí)也降低了流動(dòng)的不穩(wěn)定性和測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)性，雖然在一定程度上縮小了計(jì)量分離器的體積，并降低了二相流測(cè)量的難度，但未能將氣液混合物完全分離，故實(shí)際上對(duì)提高測(cè)量精度的作用是有限的。
分流分相方法是最近幾年才提出來的一種多相流量測(cè)量方法[1-2]，充分吸收了以上3種多相計(jì)量方法的優(yōu)點(diǎn)，可以將氣、液二相流測(cè)量精度提高到小于或等于3%[3]。
2 分流分相方法工作原理
圖1為分流分相流量測(cè)量原理。通過取樣分配器成比例地從二相流體中分流出一小部分二相混合物，將其分離成單相流體后，應(yīng)用單相流量計(jì)測(cè)量出各相流量的大小，然后根據(jù)取樣流體與主流體的比例關(guān)系確定被測(cè)二相流體各相的總流量。
主管路氣、液相流量分別由下式計(jì)算
圖1分流分相多相計(jì)量原理
為了保證分流分相方法流量測(cè)量的精確性，分流出的分流體與被測(cè)二相流體之間必須具有穩(wěn)定和確定的關(guān)系，分流系數(shù)應(yīng)保持恒定或有確定的變化規(guī)律。因而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)合適的分配器。
3 分流取樣分配器研究進(jìn)展
為了實(shí)現(xiàn)比例取樣，保證分流體具有代表性，目前已經(jīng)開發(fā)出了三通管型、取樣管型、轉(zhuǎn)鼓型、轉(zhuǎn)輪型、旋流型等多種取樣分配器。
3.1三通管型[4-6]
三通管型取樣分配器利用T型三通的相分離特性，從被測(cè)氣、液二相流體中分離出一部分單相氣體，通過測(cè)量這部分單相氣體的流量確定被測(cè)氣、液二相流體的流量或干度。這種方法把二相流體的流量測(cè)量轉(zhuǎn)化成了單相流量的測(cè)量，測(cè)量?jī)x表的穩(wěn)定性和可靠性都能得到顯著改善，測(cè)量精度得以大幅度提高。但三通管型取樣分配器是一種單參數(shù)流量計(jì)，流量和干度2個(gè)參數(shù)中必須已知其中的一個(gè)參數(shù)才能測(cè)量出另一個(gè)。
3.2取樣管型[7]
取樣管型分配器由混合裝置和取樣裝置2部分組成，取樣管深入主管內(nèi)部，取樣口正對(duì)來流方向，如圖2，氣、液二相流體首先在混合器內(nèi)進(jìn)行加速、混合，然后在混合器出口分成2部分，一部分（分流體）直接進(jìn)入取樣管；另一部分（主流體）流入下游管道。理論分析表明，分流比大小主要由取樣口的大小決定，在一定的流量范圍內(nèi)，氣相分流系數(shù)和液相分流系數(shù)都能保持不變。
3.3轉(zhuǎn)鼓型[8]
轉(zhuǎn)鼓型取樣分配器結(jié)構(gòu)如圖3，其核心部件是一個(gè)轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓通過轉(zhuǎn)軸支撐在軸承座上，可以繞軸自由旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓外形為圓柱體，內(nèi)部用軸流葉片均勻分割成n個(gè)互不相通的通道，各通道的橫剖面為扇形，幾何尺寸和阻力特性完全相同。當(dāng)二相流流過轉(zhuǎn)鼓時(shí)會(huì)沖擊轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)過程中，各通道的入口截面不斷掠過上游流通截面上的每一個(gè)點(diǎn)，使每一個(gè)點(diǎn)上的二相流體都能有機(jī)會(huì)均等地流入各通道。這樣，流入分離器的流量?jī)H僅取決于轉(zhuǎn)鼓中通向分離器的通道數(shù)（分流通道數(shù)），而與二相流體的流型等因素基本無關(guān)，分流系數(shù)保持為常數(shù)。
評(píng)論