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气液两相流量测量浅析
来源:本站整理  作者:佚名  2009-07-22 13:29:20




  为了便于研究,以上虽列出了一些气、液二相流的基本流型,并描述了主要参数,而实际情况还要复杂得多。经常在同一管段中的不同管段,由于下述原因,如流量的大小;流体物理性质(温度、压力、密度、粘度、表面张力);管道的位置(水平、垂直、倾斜),管道截面或几何形状的变化都可能改变流型,所以即使某种流量仪表成功地解决了某一流率的两相流量测量,而因上述原因引起了流态的变化,仍可能引入较大的测量误差。

  二、常用测量方法
  如图2: 

图2  常用的测量方法
  图2  常用的测量方法

  ■ 完全分离
  这种方法已用了几十年,即将气液二相流通过分离器,完全分离为气、液两相后,再分别用单相流量仪表分别进行计量。分离器体积庞大、笨重,价格昂贵(据称一般需65万美元左右一个)耗费大量耗能钢材,且无法进行在线测量,难以予测气井的生产规律,极大制约了科学地进行开采和管理,而海上开采天然气,因作业平台狭窄,也很难采用这种方法。由于几十年以来没有成功的气液两相流量计可供选用,采用完全分离方法应属无奈之举。

  ■ 部分分离
  又分为简单分离与分流分离二种:
  简单分离是采用小型、轻巧的分离器,先将气液两相流进行分离,由于小巧,则分离效果较差,不能达到完全分离的效果,分离出来的气相还含少量的液相,多呈环雾状,分离出来的液相还含有少量的气相,多为泡状流。由于两相流的流态是影响流量测量准确度的重要因素,这样多予处理将有助于提高测量的准确度及可靠性。这点有点类似于单相流量测量的流动调整器,先改善流场,再进行测量。可以提供简单分离器的供应商有Agar、Aker Kvaemer、Accuflow、Haimo等;可提供简单分离二相流量计的供应商有Agar、西安开尔、宁波威瑞泰等,简单分离器的成本较低,但也需要约25万美元一台,体积约为传统完全分离器的1/4,仍较为庞大。

分流分离法  

  分流分离法是取出管道中5-20%的两相流,用一个小型分离器分成气、液两相流后,再用单相流量计分别进行测量,将测量结果按分流的比例换算为主管道中的气、液二相流量。这种方法貌似较完全分离法节约,减少了分离器的体积重量、降低了成本,较易实施。但弊往之隐藏在利之中,取出的这部分流体、气液比率是否与主管道一致;流态是否会发生变化;按分流比例换算能否得到必需的准确度,都是难以确定的。单相大口径流量的测量也采用过类似的方法,从大口径管道中取出部分流量用小口径流量测量,再按比例推算,由于难以获得必要的准确度,并未推广应用。
  看来,采取部分分离方法也并不太理想,仅仅是在未得到理想两相流量计之前的不得已而为之的权宜之计。彻底解决还是要采取非分离法,直接采用两相流量计。

  ■ 直接测量
  无需分离,直接用气液两相流量计测出气、液流量,不仅具有体积小、成本低、安装方便等优点,还可以实时在线测量,采用RS232/485通讯,GPRS无线通讯进行远程测控,对气田资源的预测,科学地管理提供了可能。主要有以下几种:

  差压式
  是两相流量计研究最为广泛,工作较为可靠、稳定的一种方法,它以分相或均相模型为基础建立了流量与差压的关系,具体有以下三类:其一是经典节流仪表如孔板、文丘里为测量仪表,是迄今为止参予研究最多、最成熟的一种方法,产品已经走出试验室,进入了实用的阶段; 其二是当两相流体流过等截面直管段,根据摩擦、加速度、重力的变化所产生的差压来建立模型; 其三是当两相流流经弯头,v形管等管件,由于动量矩、离心力所产生的动压来测量气、液分相流量、以上这些方法,国内外厂家以应用文丘里管较为成熟,如表1。  

  速度式
  通过测量两相流的流速来测量气、液两分相流量、广泛采用了新技术,如:
  力学法-利用流体的动压、动力矩、离心力测流速
  相关法-通过两点的相关函数测流速
  光学法-采用激光多普勒效应或光纤技术测流速
  热学法-采用热线风速仪测流速
  电磁法-利用电磁感应测流速
  核磁共振法-通过核磁共振原理测流速

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