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分流分相式多相流量計研究
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時(shí)間：2013-11-14
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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近年來(lái)，石油價(jià)格上漲、能源緊缺問(wèn)題日益突出，各國都在加大對海上油氣資源的開(kāi)發(fā)，對多相流量的計量需求也更加迫切。傳統的多相計量裝置價(jià)格昂貴，體積龐大。海上油氣田開(kāi)發(fā)由于受平臺空間的限制，要求開(kāi)發(fā)出體積小、質(zhì)量輕、精度高、可靠性好的多相計量裝置。本文對目前采用的多相流量測量方法進(jìn)行了分析評價(jià)，介紹了分流分相多相計量這一新型多相流量測量方法，并對近年來(lái)的研究進(jìn)展進(jìn)行了回顧。
1 多相流量計量方法分類(lèi)
多相流量測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(lèi)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測量各相流量，氣、液相能實(shí)現完全分離，測量不受多相流波動(dòng)的影響，精度高，缺點(diǎn)是分離設備體積龐大，價(jià)格昂貴，在很大程度上增加了油田的開(kāi)發(fā)成本；不分離式多相流量計是在對多相流體不作任何分離的情況下實(shí)現油、氣、水三相計量，其技術(shù)難度主要體現在油、氣、水三相組分含量及各相流速的測定，不分離計量方法不需要分離設備，體積小，但測量受流體波動(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量，最后將2股流體重新混和，該方法縮小了流過(guò)測量?jì)x表的二相流組分變化范圍，同時(shí)也降低了流動(dòng)的不穩定性和測量信號的波動(dòng)性，雖然在一定程度上縮小了計量分離器的體積，并降低了二相流測量的難度，但未能將氣液混合物完全分離，故實(shí)際上對提高測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(lái)的一種多相流量測量方法[1-2]，充分吸收了以上3種多相計量方法的優(yōu)點(diǎn)，可以將氣、液二相流測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為分流分相流量測量原理。通過(guò)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，應用單相流量計測量出各相流量的大小，然后根據取樣流體與主流體的比例關(guān)系確定被測二相流體各相的總流量。
主管路氣、液相流量分別由下式計算 
式中，M1G、M1L分別為主管路氣、液相質(zhì)量流量，kg/s；M3G、M3L分別為取樣流體氣、液相質(zhì)量流量，kg/s，由分流體氣體流量計和液體流量計測出；KG、KL分別為氣、液相分流系數，反映取樣流體中氣、液相流量占主流體流量的比例。 
圖1分流分相多相計量原理
通常取樣流體只占主流體的10%以下，因此分離器體積只有傳統完全分離式計量設備的1/10。
為了保證分流分相方法流量測量的精確性，分流出的分流體與被測二相流體之間必須具有穩定和確定的關(guān)系，分流系數應保持恒定或有確定的變化規律。因而實(shí)現這一目標的關(guān)鍵在于設計合適的分配器。
3 分流取樣分配器研究進(jìn)展
為了實(shí)現比例取樣，保證分流體具有代表性，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了三通管型、取樣管型、轉鼓型、轉輪型、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，從被測氣、液二相流體中分離出一部分單相氣體，通過(guò)測量這部分單相氣體的流量確定被測氣、液二相流體的流量或干度。這種方法把二相流體的流量測量轉化成了單相流量的測量，測量?jì)x表的穩定性和可靠性都能得到顯著(zhù)改善，測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流量計，流量和干度2個(gè)參數中必須已知其中的一個(gè)參數才能測量出另一個(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，取樣管深入主管內部，取樣口正對來(lái)流方向，如圖2，氣、液二相流體首先在混合器內進(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，氣相分流系數和液相分流系數都能保持不變。
3.3轉鼓型[8]
轉鼓型取樣分配器結構如圖3，其核心部件是一個(gè)轉鼓，轉鼓通過(guò)轉軸支撐在軸承座上，可以繞軸自由旋轉，轉鼓外形為圓柱體，內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。當二相流流過(guò)轉鼓時(shí)會(huì )沖擊轉鼓高速旋轉，在轉鼓旋轉過(guò)程中，各通道的入口截面不斷掠過(guò)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會(huì )均等地流入各通道。這樣，流入分離器的流量?jì)H僅取決于轉鼓中通向分離器的通道數（分流通道數），而與二相流體的流型等因素基本無(wú)關(guān)，分流系數保持為常數。
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