多相湿气流流量与相含率在线测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多相湿气流流量与相含率在线测量方法及装置。本发明专利技术包括圆柱状V锥节流装置，V锥节流装置的内腔中沿湿气流流动方向依次设置有节流锥体和温度传感器，节流锥体通过取压管道连接有收缩段差压传感器和扩张段差压传感器，压力传感器、收缩段差压传感器、扩张段差压传感器和温度传感器均连接数据处理系统，V锥节流装置的湿气流入口通过法兰连接电容探针装置。本发明专利技术使湿气通过V锥节流装置，V锥节流装置上设置有温度传感器、差压传感器和温度传感器，压力传感器、差压传感器和温度传感器将统计的数据传给数据处理系统进行处理。

【技术实现步骤摘要】
多相湿气流流量与相含率在线测量方法及装置
本专利技术属于多相流测量领域，具体涉及一种多相湿气流流量与相含率在线测量方 法及装置。
技术介绍
湿气作为一种特殊的气液流，广泛存在于石油、化工、核能、制冷及冶金等工业 过程中，其流量及相参数的测量对工业生产具有十分重要的意义。湿气包括三相湿气流和 两相湿气流：例如，在天然气开采过程中，地层中存在游离水以及重碳氢化合物在压力降低 时冷凝形成凝析液，该凝析液为油水混合物。因此，在集输管道中形成了油、气、水三相湿 天然气流；气井单井气液在线计量对气田开发和生产管理都具有十分重要的意义。单井的 气液流量是气田开发地质所需录取的重要气井动态资料，是制定气井生产计划和操作要求 的依据之一，同时也是气田管理人员和地质研究人员了解气田的气藏分布、动态特性、产能 结构，进行数值分析必需的基础资料。再如，蒸汽发生器产生的湿蒸汽属于两相湿气（汽） 流的范畴，其准确测量对于电站以及核动力系统中蒸汽品质监测和汽轮机等装置的安全经 济运行具有重要意义，但是湿蒸汽测量存在着难度大、准确度差、测量成本高等难点，目前 缺乏相关可直接测量两相湿气流的仪表，测量主要采用单相仪表，设法保持测量点处蒸汽 的干度以满足要求，必要时还应采取补偿措施，实现湿蒸汽的测量。湿气流属于多相流，除 了具有多相流的一般流动特点外，还具有其特殊性。由于其液相含量低（体积含液率低于 5%?10% )，导致其相对于普通多相流难以进行准确测量。鉴于湿气测量的难点和重要 性，国内外均开展了大量研究，提出了一些测量装置和测量方法。 目前，常用的湿气测量方法是常规仪表的组合式测量方法，包括不同节流元件的 串联组合，节流元件与电容传感器、声纳传感器、微波技术及涡街流量计的组合等。实用 新型专利86207384. 7公布了以孔板和文丘里管串联组合进行气液流量测量的方法；专利 ZL200610099064提供了一种双槽式孔板型混输计量装置；专利ZL200810153806. 9提出了 双差压节流的湿气测量方法；专利ZL201210465443. 9提出了双节流三差压湿气两相流测 量系统；美国专利US 6898986 B2提出了采用两个楔形节流元件与一个文丘里管组合的气 液两相流测量技术；专利ZL200720019466提出了基于电容传感器与标准文丘里管的气液 两相流量测量装置；美国专利US 7654155 B2提出了声纳和文丘里管结合的湿气测量方 法。专利ZL200710150184专利技术了一种基于改进型的狭缝文丘里节流装置的气液两相流测 量系统。但是，这些测量方法及装置只能够进行气液两相流测量，而当湿气中含有油、气、水 三相时，则无法区分油相和水相的相参数。 专利ZL201110048192公布了一种基于单截面阻抗式长腰内锥传感器的多相流测 量方法，该方法根据连续相是否导电选择相应的电学方法计算各相截面含率，然后结合单 节流元件双差压测量模型进行多相流过程参数的测量。为克服专利ZL201110048192易受 多相流连续相是否导电的影响的不足，专利ZL201110048160公布了一种基于双截面阻抗 式长腰内锥传感器的多相流测量方法。以上两个专利测量过程均受混合流体的介电常数影 响较大，因此需要进行温度和压力补偿。这两种方法均能进行油、气、水三相的测量，但是由 于这两个专利是用来测量普通多相流的，当用以测量多相湿气流时，液相的相对偏差会急 剧增大。 美国专利US 7293471 B2公布了 一种基于含水率测量装置和双差压测量装置的三 相湿气流测量方法及装置，用于测量三相湿气流的流量和相含率等过程参数。该方法的含 水率测量采用Y射线或者微波传感器，使得安全性得不到保障，并且成本较高。 专利ZL 201210190815. 1公布了一种气液两相流气相流量在线测量方法及装置， 该专利基于单节流元件，通过测量单个差压，建立测量方程来测量气相流量，但是该专利技术专 利只用于测量气液混合物中的气相流量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种多相湿气流流量与相含率在线测量方 法及装置，进行三相湿气流（油、气、水三相）或两相湿气流（气（汽）、液两相）的在线测 量。 为了达到上述目的，本专利技术包括两相湿气流在线测量实施系统，两相湿气流在线 测量实施系统包括数据处理系统和圆柱状V锥节流装置，V锥节流装置的内腔中沿湿气流 流动方向依次设置有节流锥体和温度传感器，节流锥体通过取压管道连接有收缩段差压传 感器和扩张段差压传感器，收缩段差压传感器的另一条取压管道连接节流锥体的上游以及 压力传感器，扩张段差压传感器的另一条取压管道连接节流锥体的下游，压力传感器、收缩 段差压传感器、扩张段差压传感器和温度传感器均连接数据处理系统。 本专利技术还包括三相湿气流在线测量实施系统，三相湿气流在线测量实施系统包括 在V锥节流装置的湿气流入口通过法兰连接电容探针装置，电容探针装置包括置于与V锥 节流装置连接的腔体中的电容探针和电极探针，电容探针和电极探针均连接电容信号处理 模块，电容信号处理模块连接数据处理系统。 三相湿气流在线测量实施系统的测量方法，包括以下步骤： 步骤一：由压力传感器及温度传感器测得湿气的压力P和温度T，根据已知的湿气 气相和油相的组分，计算得到油、气、水三相的密度P。、P g、Pw&粘度； 步骤二：湿气中的水相包覆在电容探针表面形成电容信号C，通过电容信号处理 模块中的电容电压转换电路转换成电压信号V，然后转化成标准电流信号I输出，经过数据 处理系统，输出湿气含水率a w ; 其中， α w+ α 〇+ αg = 1 式中，α。、ag分别为油和气相的相含率，则液相混合密度为： 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多相湿气流流量与相含率在线测量装置，其特征在于：包括两相湿气流在线测量实施系统，两相湿气流在线测量实施系统包括数据处理系统(12)和圆柱状V锥节流装置(2)，V锥节流装置(2)的内腔中沿湿气流流动方向依次设置有节流锥体(7)和温度传感器(11)，节流锥体(7)通过取压管道连接有收缩段差压传感器(9)和扩张段差压传感器(10)，收缩段差压传感器(9)的另一条取压管道连接节流锥体(7)的上游以及压力传感器(8)，扩张段差压传感器(10)的另一条取压管道连接节流锥体(7)的下游，压力传感器(8)、收缩段差压传感器(9)、扩张段差压传感器(10)和温度传感器(11)均连接数据处理系统(12)。

【技术特征摘要】
1. 一种多相湿气流流量与相含率在线测量装置，其特征在于：包括两相湿气流在线测 量实施系统，两相湿气流在线测量实施系统包括数据处理系统（12)和圆柱状V锥节流装置 (2)，V锥节流装置（2)的内腔中沿湿气流流动方向依次设置有节流锥体（7)和温度传感器 (11)，节流锥体（7)通过取压管道连接有收缩段差压传感器（9)和扩张段差压传感器（10)， 收缩段差压传感器（9)的另一条取压管道连接节流锥体（7)的上游以及压力传感器（8)，扩 张段差压传感器（10)的另一条取压管道连接节流锥体（7)的下游，压力传感器（8)、收缩段 差压传感器（9)、扩张段差压传感器（10)和温度传感器（11)均连接数据处理系统（12)。2. 根据权利要求1所述的一种多相湿气流流量与相含率在线测量装置，其特征在于： 还包括三相湿气流在线测量实施系统，三相湿气流在线测量实施系统包括在V锥节流装置 (2)的湿气流入口通过法兰（3)连接电容探针装置（1)，电容探针装置⑴包括置于与V锥 节流装置⑵连接的腔体中的电容探针⑷和电极探针（5)，电容探针⑷和电极探针（5) 均连接电容信号处理模块（6)，电容信号处理模块（6)连接数据处理系统（12)。3. 权利要求2所述的一种多相湿气流流量与相含率在线测量装置的测量方法，其特征 在于：三相湿气流在线测量实施系统的测量方法包括以下步骤： 步骤一：由压力传感器（8)及温度传感器（11)测得湿气的压力P和温度T，根据已知 的湿气气相和油相的组分，计算得到油、气、水三相的密度P。、Pg、Pw及粘度； 步骤二：湿气中的水相包覆在电容探针（4)表面形成电容信号C，通过电容信号处理模 块（6)中的电容电压转换电路转换成电压信号V，然后转化成标准电流信号I输出，经过数 据处理系统（12)，输出湿气含水率aw; 其中， aW+a 〇+ag= 1 式中，a。、ag分别为油相和气相的相含率，则液相混合密度为：步骤三：定义V锥节流装置的两相质量流量系数为，其中，1118和 Hi1分别为气、液相质量流量，IH1 =mw+m。，mw和m。分别为湿气中水和油相的质量流量；为湿气差压对应的表观湿气流量，其中，At为V锥节流装置（2)的 喉部流通截面积，Pg为气相密度，PSV锥节流装置（2)的节流比，A为V锥 节流装置（2)的入口截面积，；D为节流装置内径； 步骤四：根据洛克哈特-马蒂内利参数Xui的定义式_与收缩段两相质 量流量系数的定义式，建立湿气测量模型?式中， mapparat;1为收缩段差压AP1对应的表观湿气流量； 步骤五：差压传感器测得的收缩段的差压AP1，所对应的两相质量流量系数为K1, 通过实验标定得到K1与Xui、气体密度弗鲁德数Frg及气液密度比的拟合关联式，即， ^，其中，气体密度弗鲁德数g为重 力加速度； 步骤六：差压传感器测得扩张段的差压AP2，所对应的两相质量流量系数为K2,，K1和K2之差与XwFrg及Pg/Pi满足以下的关联式，即，由此可建立双差压AP1和AP2与各相流量及相含 率参数的关联式，步骤七：联立HlpK1的表达式和，再结合 电容探针测得的含水率Qw，通过迭代，得到油、气、水流量111。、1118、1111?及相含率〇。、〇8、〇1?。4.根据权利要求3所述的一种多相湿气流流量与相...

【专利技术属性】
技术研发人员：白博峰，贺登辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61