專利名稱：沖量-差壓式多相流量計應用原理和方法
技術領域：
本發(fā)明專利涉及一款應用新的原理與方法的高精度、直接定量測量的多相流流量計產品，適用于測量油、氣、水混合多相流各種組分的流量。
背景技術：
油、氣、水三相計量，可以分解為兩個技術要點一是應將三相視為液相總量和氣相兩相計量，二是進行液相組分測量。
將油、氣、水視為氣、液兩相流，以往的測量方法主要有(1)相關法；(2)容積法；(3)節(jié)流法；(4)渦輪流量計法；(5)激光多普勒法；(6)PIV(PARTICLE IMAGE VELOCIMETER)法；(7)熱線、熱膜風速儀法；(8)過程層析成象技術法(ProcessTomography，簡稱PT)；(9)核磁共振法；(10)直接法等。以上幾種方法在測量氣、液兩相流時應用比較廣泛，但有的需要結合密度計來測含氣率。
進行多相流測試的另一技術要點是液相組分測量，以往的測量方法主要有(1)電磁波檢測法；(2)電容法；(3)電導法；(4)密度法；(5)短波持水率計法；(6)微波法；(7)熒光法；(8)γ組分表法等。
油、氣、水混合多相流各種組分的直接定量測量，一直是國際石油工業(yè)界一項迫切需要而又難以解決的技術難題。盡管國內外有應用以上各種方法的多相流流量計的成果出現，但應用新的原理與方法的適應性強、穩(wěn)定性好的高精度(全量程精度5％)直接定量測量的多相流流量計產品一直是一個空白。
我們從1994年在沖量-差壓理論模型的多相管流流型，智能識別基礎上，針對明渠模型的差壓-庭位的相關性理論的研究的基礎上開始I型產品的開發(fā)和研究，于1999年底提出了新的II型計量裝置產品的方案構想，經過一系列的實驗，成功地證明了其可行性。

發(fā)明內容
本發(fā)明第一次利用沖量原理，并結合差壓測試方法，設計出了沖量-差壓型多相流量計產品，填補高精度(全量程精度優(yōu)于5％)、直接定量測量多相流量計領域的一個空白。


附圖是本發(fā)明的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
沖量-差壓型多相流量計裝置的結構簡圖如下裝置主體由上、下兩個隔板分成了上、中、下三部分在圖1中1.三相流入口，2.上隔板，3.油氣水混合液，4.三相出流口，5.力傳感器(上)，6.差壓傳感器(上)，7.油水混合液，8.下隔板，9.力傳感器(下)10.液相出流口，11.差壓傳感器(下)，12.油氣水混合液，13.三相流出口。
計測原理與方法本計測原理與方法可以由相應的裝置來實現(見附圖)。當油、氣、水三相混合液由三相流入口進入裝置上部后，油氣水混合液在系統(tǒng)壓力作用下從互成120°的三個三相出流口流出，這時流出的油氣水混合液對系統(tǒng)的反推力等于系統(tǒng)的動量流率
F=δδt(mV)=δmδtV+mδVδt---(1)]]>考慮到在一定時間范圍內流率的相對平穩(wěn)性，取平均有F_=δδt(mV____)=δm___δtV__+m__δV___δt=δm___δtV__---(2)]]>考慮到一些非確定因素(2)式可一般寫成δm___δtV__=k^fF__---(3)]]>而出流口的流率V則可由出流口兩端的差壓ΔP確定V__=k^pρ__3ΔP____---(4)]]>其中ρ3為三相混合平均密度。于是，由(3)(4)兩式有Q__m=δm___δt=ρ__3k^fF__k^pΔp____---(5)]]>另一方面Qm___=ρ__3·AV__=k^pAΔP___---(6)]]>其中A為出流口面積。于是，由(5)(6)得ρ__3=Ak^p2ΔP___k^fF__---(7)]]>因此，只要通過裝置上部的差壓傳感器與力傳感器測得相應出流口兩端的差壓ΔP和油氣水混合液出流對系統(tǒng)的反推力F同時確定出系數 及 的取值就可以由式(5)或(6)確定油氣水混合液的質量流量Qm和混合密度ρ3。
油、氣、水三相混合液從裝置上部流入裝置中部的環(huán)形空間，這時由于出流的離心作用使氣液兩相分離，游離出的氣相由裝置中部的同心圓管進入裝置下部，而液相(油水混合液)則通過環(huán)形空間的液相出流口流入裝置下部。與裝置上部油氣水混合液出流的道理相同通過裝置中部的差壓傳感器和力傳感器測得相應出流口兩端的差壓ΔP和油水混合液出流對系統(tǒng)的反推力F，確定出系數 及 的取值，即可由相應的式(5)或(6)及(7)式計算出液相(油水混合液)的質量流量Ql和液相密度ρl?；谝合嗔黧w不可壓縮的假設，液相混合密度ρl與有油、水單相密度ρo和ρw間存在關系 其中co和cw為油、水體積含量比率。因此，只要事先精確地測得油、水單相密度ρo和ρw，就可以根據(8)式求解出油、水的體積含量比率co和cw。
于是，油、水的質量流量Qo和Qw就為 而氣相的質量流量則為Qg＝Qm-Ql于是混合液中的油、水、氣三相的質流量可由此全部測得。
因此，本發(fā)明是利用沖量定理及孔口出流的壓降與出流速率的關系求解出油、氣、水三相的混合質量流量，并根據已知油、氣、水各自單相的質量密度，而計測出油、氣、水各相的質量流量。
權利要求
1.一種沖量-差壓式多箱流量計應用原理和方法，其特征是，利用沖量定理及孔口出流的壓降與出流速率的關系求解出油、氣、水三相的混合質量流量，并根據已知油、氣、水各自單相的質量密度，而計測出油、氣、水各相的質量流量。
全文摘要
油、氣、水混合多相流各種組分的直接定量測量，一直是國際石油工業(yè)界一項迫切需要而又難以解決的技術難題，適應范圍廣、穩(wěn)定性好的高精度(全量程精度優(yōu)于5％)直接定量測量的多相流流量計產品更是一個空白。我們從1994年起在沖量—差壓理論的基礎上開始I型產品的開發(fā)和研究，于1999年底提出了新的II型計量裝置產品的方案構想。兩代產品經過8年反復試驗、模擬，和工業(yè)性使用，證明II型計量裝置達到了設計要求，符合設計精度要求，并適合于工業(yè)化的應用。
文檔編號G01F1/34GK1492216SQ0214594
公開日2004年4月28日 申請日期2002年10月25日 優(yōu)先權日2002年10月25日
發(fā)明者董守平 申請人:董守平, 吉隆機電(北京)有限公司