分流分相式多相流量計研究
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1 多相流量計量方法分類
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、液相能實現(xiàn)完全分離，測量不受多相流波動的影響，精度高，缺點是分離設(shè)備體積龐大，價格昂貴，在很大程度上增加了油田的開發(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現(xiàn)油、氣、水三相計量，其技術(shù)難度主要體現(xiàn)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(shè)備，體積小，但測量受流體波動的影響，精度低；部分分離方法的原理是首先采用預(yù)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，該方法縮小了流過測量儀表的二相流組分變化范圍，同時也降低了流動的不穩(wěn)定性和測量信號的波動性，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，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(yīng)用單相流量計測量出各相流量的大小，然后根據(jù)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
圖1分流分相多相計量原理
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(wěn)定和確定的關(guān)系，分流系數(shù)應(yīng)保持恒定或有確定的變化規(guī)律。因而實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵在于設(shè)計合適的分配器。
3 分流取樣分配器研究進展
為了實現(xiàn)比例取樣，保證分流體具有代表性，目前已經(jīng)開發(fā)出了三通管型、取樣管型、轉(zhuǎn)鼓型、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化成了單相流量的測量，測量儀表的穩(wěn)定性和可靠性都能得到顯著改善，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(shù)流量計，流量和干度2個參數(shù)中必須已知其中的一個參數(shù)才能測量出另一個。
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(nèi)部，取樣口正對來流方向，如圖2，氣、液二相流體首先在混合器內(nèi)進行加速、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(nèi)，氣相分流系數(shù)和液相分流系數(shù)都能保持不變。
3.3轉(zhuǎn)鼓型[8]
轉(zhuǎn)鼓型取樣分配器結(jié)構(gòu)如圖3，其核心部件是一個轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓通過轉(zhuǎn)軸支撐在軸承座上，可以繞軸自由旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓外形為圓柱體，內(nèi)部用軸流葉片均勻分割成n個互不相通的通道，各通道的橫剖面為扇形，幾何尺寸和阻力特性完全相同。當(dāng)二相流流過轉(zhuǎn)鼓時會沖擊轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)過程中，各通道的入口截面不斷掠過上游流通截面上的每一個點，使每一個點上的二相流體都能有機會均等地流入各通道。這樣，流入分離器的流量僅僅取決于轉(zhuǎn)鼓中通向分離器的通道數(shù)（分流通道數(shù)），而與二相流體的流型等因素基本無關(guān)，分流系數(shù)保持為常數(shù)。
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