[發明專利]管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201410276592.X
• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN104075766B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 王棟;衛鵬凱;王帥;楊楊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01F15/08
• 分類號: G01F15/08;G01F7/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 何會俠

技術領域

本發明屬于流量測量技術領域，具體涉及一種管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置及方法。

背景技術

本發明中的“相”是指多相流體中物理性質相同的各部分，如氣相、液相、油相、水相等。其中氣相和液相既可以是單組份物質，也可以是多組分物質的均勻混合體，如空氣，原油等。管內相分隔是指把各相分別匯聚隔離到管道內一個特定區域，以便最終實現完全分離的過程。在兩相流測量技術中，分離法仍然是目前最可靠和精度最高的技術。因為這種方法是把氣液兩相流體分離成單相氣體和液體后，再分別用單相流量計測量各相流量，實際上等于把多相流計量轉化成了單相流計量，因而能夠避免流型變化和流動不穩定等因素對測量的影響，同時也就免除了建立專門的多相流標定系統以及相應的量值傳遞體系的浩瀚工程。如美國專利US4688418“Method?and?apparatus?for?determing?mass?flow?rate?and?quality?in?a?steam?line”,公開了一種使用旋風分離器的蒸汽流量干度測量系統。但這類方法的最大缺點是設備龐大、造價高、自動控制系統復雜，且測量的實時性差。這些缺點嚴重限制了它在工程上的廣泛應用。為了縮小分離器的體積，改善測量特性，人們進行了很多嘗試，如美國專利US6128962“Three-phase?fluid?flow?measurement?system?and?method”，公開了一種使用小型分離器的三相流測量裝置。這種方法也稱為部分分離法(partial?separation)，從中可以看出，分離器的尺寸的確縮小了，但是卻犧牲了分離效率，不能將三相流徹底分離成單相流，因而影響了測量精度，為此而必須增加一些修正手段。美國專利US5390547“Multiphase?flow?separation?and?measurement?system”和US7311001“Multiphase?flow?measurement?apparatus?and?method”分別公開了一種多相流測量裝置,試圖不用專門的分離設備，僅利用多相流體管道本身構成一種分離系統。從表面上看，該系統的確省掉了傳統的分離器，但是由于所采用的管道直徑和長度尺寸都非常大，而且也使用了外置式旋風分離方式，因此實質上它與傳統的分離法并沒有實質的區別。中國專利ZL98113068.2公開了一種分流分相式測量方法。通過采用成比例的分流手段，使實際進入分離器的流量大為減少，從而成倍降低了所需分離器的體積。但在使用中會遇到一個困難，當兩相流中的液相或氣相的流量很小(高含氣率或低含氣率)時，由于經過了分流，因而從分離器流出的液相或氣相流量就更小，以至于低于現有最小流量計的測量下限，導致測量困難，甚至無法計量。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置及方法，通過采用管內相分隔技術，配合離心和重力分離作用，經過多個分離步驟完成氣液兩相流體在管道內的完全分離，從而大幅度縮小分離法類氣液兩相流測量裝置的體積，改善測量的實時性，并顯著降低制造成本，以便于在工程上廣泛應用。

為了更好地闡明本發明的技術方案，下面先簡要分析一下氣液兩相流在高含氣率時在管內的流動形態(流型)。