1 氣液兩相流計量技術(shù)的概述

 

    氣液兩相流是石油、化工、動力等工業(yè)領(lǐng)域常見的流動工況，但氣液兩相流體的流量測量方法卻一直是國際上沒有很好解決的一個難題。目前工程上的解決方案仍然是分離法，即首先應用分離設(shè)備將氣液兩相流體分離成單相流體，然后再用單相流量計進行測量。

 

    2 新型孔板差壓噪聲測量氣液兩相流原理的基本介紹

 

    由于兩相流動的隨機性在測量過程中產(chǎn)生的噪聲。根據(jù)傳統(tǒng)的測量理論，此噪聲僅僅是檢測系統(tǒng)中的干擾信號。按照現(xiàn)代檢測理論的觀點，噪聲也是過程系統(tǒng)輸出的一種信息。通過對噪聲機理的分析，建立噪聲的統(tǒng)計濾波模型，便可獲得噪聲與被檢測變量相關(guān)的定量信息，從而建立噪聲檢測兩相流的實用理論模型，實現(xiàn)兩相流的雙參數(shù)檢測。

 

    3 測量原理

 

    根據(jù)清華大學多年的理論和實驗研究，并經(jīng)過氣液兩相流測量工程試驗檢驗，有：

 

    

 

    式中：G：t/h或kg/h，質(zhì)量流量；

 

    X：%，質(zhì)量含氣率，即天然氣氣所占百分比；

 

    A：孔板常數(shù)，由管道直徑，β值等所確定；

 

    △P：kPa，測量差壓平均值；

 

    差壓脈動（方差）與差壓平均值之比；

 

    這樣，應用一塊標準節(jié)流孔板，配以差壓變送器、壓力變送器，就可以以根據(jù)差壓測量平均值及其方差，計算出天然氣、凝析液兩相流的流量和干度。

 

    4 氣液兩相流雙參數(shù)測量儀的結(jié)構(gòu)和工作原理

 

    清華大學核能與新能源技術(shù)研究院經(jīng)過多年研究形成的兩相流計量技術(shù)與烏魯木齊昌暉自動化儀表有限公司一體化孔板流量計及氣液兩相流量積算儀技術(shù)相結(jié)合，在Z-80單板機型氣液兩相流雙參數(shù)測量儀的基礎(chǔ)上，采用8098單片機研制成功新型儀表。儀表的核心是8098CPU，配置32kBROM、8kBRAM、8位LED和8個按鍵；并有D/A輸出、RS232通訊接口和微型打印機。儀表內(nèi)部采用開關(guān)穩(wěn)壓電源供電。

 

    來自壓力變送器和差壓（流量）變送器的4mA～20mA直流信號經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換變成1～5V直流電壓信號，再經(jīng)A/D變換成數(shù)字量；機內(nèi)設(shè)有實時時鐘，定時采樣得到的信號經(jīng)過數(shù)字濾波和統(tǒng)計估計獲得P、△P和△P0的值，按照實用數(shù)學模型便可算得氣液兩相流的干度、質(zhì)量流量和攜帶熱量；同時根據(jù)表內(nèi)的實時時鐘對流量和熱量進行累積運算。計算過程所需的氣、水密度和熱焓由相應的子程序獲得。鍵盤和LED分別用于常數(shù)設(shè)置和結(jié)果顯示；微型打印機可定時或立即打印各項結(jié)果；D/A接口可輸出干度信號用于控制；RS232接口可與上位機連接進行通訊。

 

    設(shè)計通過8089單片機實現(xiàn)對D/A轉(zhuǎn)換芯片和A/D轉(zhuǎn)換芯片的控制，將采集的工具面角、井斜角等模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，經(jīng)過CPU運算產(chǎn)生控制量，并由D/A轉(zhuǎn)換成模擬量，控制電機。系統(tǒng)經(jīng)A/D采樣，D/A輸出、與主控單片機形成控制系統(tǒng)。

 

    5 SWP-L628-T天然氣、凝析液兩相流量計計量精度測試

 

    5.1 試驗目的

 

    針對氣田單井產(chǎn)液量計量誤差大和氣井產(chǎn)液無法計量的現(xiàn)狀，開展氣液兩相流量計在線計量現(xiàn)場試驗，目的是檢驗SWP-L628-T天然氣、凝析液兩相流量計的計量精度，掌握氣液兩相實時在線連續(xù)計量技術(shù)。

 

    5.2 設(shè)備簡介

 

    SWP-L628-T天然氣、凝析液兩相流量計計量方式屬于壓差式計量，設(shè)備主要由：節(jié)流孔板裝置、差壓變送器、壓力變送器、紊流直管段及兩相流量積算儀組成。

 

    技術(shù)指標：

 

    a．主要功能

 

    天然氣、凝析液混合流體壓力、天然氣流量、凝析液流量以及累計流量的計量，既可以顯示當前測量值，又可存儲并追溯歷史數(shù)據(jù)。

 

    b．測量范圍

 

    天然氣質(zhì)量含量大于85%混合流體質(zhì)量。

 

    c．測量精度     

    天然氣流量誤差5%左右。

 

    d．安裝參數(shù)

 

    額定壓力：30MPa

 

    流量范圍：0～10Nm3/d

 

    精度等級：±3%

 

    介質(zhì)溫度：≤100℃

 

    設(shè)備接口：DN80焊接法蘭

 

    5.3 現(xiàn)場試驗

 

    本次試驗主要驗證氣液兩相在線計量技術(shù)的成熟程度。由于該裝置目前處于試驗階段，流量積算儀電源從集氣站提供。按參數(shù)記錄表錄取分離器排液前后液位高度，每天抄錄。

 

    5.4 試驗情況總結(jié)

 

    試驗結(jié)果在誤差范圍±5%內(nèi)。

 

    氣液兩相流量計與計量分離器相比有以下特點。

 

    （1）對油氣進行連續(xù)、在線、自動測量，可實現(xiàn)無人值守。氣液兩相流量計可測出日產(chǎn)水、氣的量以及井口壓力、溫度數(shù)據(jù)，并把它們顯示、打印出來。如果與多路閥結(jié)合使用，可實現(xiàn)單井無人計量。

 

    （2）系統(tǒng)質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。

 

    （3）無任何可動部件，除了孔板其他幾乎不需要維護。氣液兩相流量計基本上由傳感器和探測器組成，沒有可動部件，不需要維護；而常規(guī)計量分離器有液面控制器、流量計、孔板、控制閥等，需要定期維護、更換和標定。

 

    （4）投資少，操作費少?？紤]到日常維護費用、占用平臺面積等間接因素，選用氣液兩相流量計將會帶來更大的經(jīng)濟效益。

 

    參考文獻

 

    [1]佟允憲，王文然，仲朔平，等.孔板在兩相流中的相分離效應與兩相流濕度測量[J].清華大學學報，1991，31（3）：12～16.

    [2]王文然，佟允憲，馬昌文，等.利用孔板噪聲測量兩相流量和干度的研究[J].清華大學學報，1993，33（S3）：117～123.