[发明专利]基于强制环状流技术的湿气流量实时测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于强制环状流技术的湿气流量实时测量装置及方法，装置包括进口管道、旋流器、文丘里喷嘴、中心引压管，文丘里喷嘴上游壁面引压管，文丘里喷嘴喉部壁面引压管及差压传感器。本发明还涉及使用该装置测量湿气中气相和液相的方法，首先利用旋流器将来流湿气的流型调制成强制环状流，再流经文丘里喷嘴；然后利用差压传感器测量强制环状流状态下的径向离心差压ΔP_r和文丘里喷嘴上游与喉部之间的轴向节流差压ΔP_z；最后根据建立的湿气虚高和液气质量流量比特性方程，利用迭代算法求得湿气流中气相质量流量W_g和液相质量流量W_l。本发明适用工业现场的天然湿气或湿蒸汽的测量，具有结构可靠、测量精度高、与测量流型无关、可实时测量等优点。

技术领域

本发明属于多相流流量测量技术领域，特别是涉及基于强制环状流技术的湿气流量实时测量装置及方法。

背景技术

在天然气的工业过程中，如采集、输送等，管道内常伴有凝析油、压裂返排液、注采水及地层水等液态介质。当液相为离散相，气相为连续相时，这种流动即为湿气流动状态。一般情况下，人们用气体体积含率(GVF)定义湿气，根据国家质量监督局出版的GB/Z335588，湿气被定义为“气相体积比大于95％的气液两相流”。由此可见，湿气属于多相流范畴，是一种气相体积含率较高的多相流形态。由于湿气中液相含率较低，且分布随机，加之气液之间存在速度滑移，使得气液含量的测量变得异常复杂。随着天然气工业的不断发展，对湿气测量精度的要求也越来越高。

按照测量方式的不同，目前湿气测量方式可分为两类，即分离式测量和不分离式测量。分离式测量是先用分离设备将湿气分离成单相气体和单相液体后，再通过正常的单相流量计进行测量，从而把气液两相流量的测量转为单相流量测量。分离式测量具有工作可靠、测量精度高、测量范围宽且不受气液两相流流型变化影响的优点，但分离设备体积庞大，价格昂贵，并需要建立专门的计量站和测试管线，增加了流量计的开发和使用成本。不分离式湿气测量是无需对气液进行分离，在不分离的情况下根据给出的测量模型对气液两相进行测量。优点是占用空间小、测量成本低，缺点是无法消除流型对测量结果的影响、测量模型中参数获取困难。

综上所述，现有的湿气气液不分离测量方法尽管装置体积小，但是不能消除流型影响，且过于依赖经验的多相测量模型，因此具有测量精度低、适用范围窄的缺点；而现有的气液分离后再测量的方法尽管测量精度较高，但是存在着分离器体积大、结构复杂、制造成本高、工艺及操作要求高、不便于井口安装的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于强制环状流技术的湿气流量实时测量装置和方法，采用旋流器对管内气液两相流进行旋流分离，液相在离心力的作用下被甩至管壁侧以液膜或液环的形式贴壁流动，而气相则以气核的形式在管道中心侧流动，形成强制环状流状态，通过差压传感器分别测量文丘里喷嘴轴向节流差压和入口处强制环状流状态下的径向离心差压，最后通过给出的气液计量模型计算气液相的流量。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于强制环状流技术的湿气流量实时测量装置，包括进口管道、位于进口管道内部的旋流器、位于旋流器下游且与进口管道同轴心的文丘里喷嘴、位于旋流器和文丘里喷嘴之间的进口管道管壁上的中心引压管和文丘里喷嘴上游壁面引压管、位于进口管道管壁上并与文丘里喷嘴的喉部连通的文丘里喷嘴喉部壁面引压管、测量中心引压管和文丘里喷嘴上游壁面引压管之间的径向离心差压的差压传感器Ⅰ、测量文丘里喷嘴上游壁面引压管和文丘里喷嘴喉部壁面引压管之间的轴向节流差压的差压传感器Ⅱ。

进一步的，所述旋流器由四～八个螺旋叶片或直叶片圆周布置；叶片外缘与进口管道内壁紧密接触。

进一步的，所述旋流器与文丘里喷嘴之间的距离为1～2倍的进口管道内径。

进一步的，所述中心引压管为倒L型，且中心引压管进口开口方向朝向文丘里喷嘴方向，并且中心引压管进口的中心轴线与进口管道中心轴线重合。