氣液兩相流量測(cè)量淺析

　　容積式
　　通過氣、液相的流體基本特性的差異達(dá)到測(cè)量分相的流量。如氣相體積流量與流動(dòng)狀態(tài)下的壓力密切有關(guān);而液相的體積流量與流動(dòng)狀態(tài)下的壓力基本無(wú)關(guān)。根據(jù)總體積流量、壓力、溫度三個(gè)參數(shù)與被測(cè)介質(zhì)的熱力性質(zhì)可推算各分相的體積流量。

　　質(zhì)量式
　　流體在流動(dòng)中如果溫度、壓力頻繁變化，將導(dǎo)致密度的變化，使其容積流量不能反映質(zhì)量流量的大小（氣體尤為突出），而貿(mào)易的結(jié)算、管理的核算主要的依據(jù)應(yīng)是質(zhì)量流量，所以兩相流量更希望得到的是分相的質(zhì)量流量。目前科里奧利質(zhì)量流量計(jì)在兩相流量測(cè)量中日益引人注目。

　　三、氣、液二相流量計(jì)簡(jiǎn)介
　　■ 2002年由英國(guó)Solartron推出了二種氣、液兩相流量計(jì)Dualstrem MKⅠ， MKⅡ，MKⅠ型當(dāng)液相含量較高時(shí)，虛高誤差過大，要求定期用示法測(cè)量液體的含量，以提高準(zhǔn)確度，由于這種方法不能在線實(shí)時(shí)測(cè)量，難以滿足氣田的科學(xué)開采及管理，又推出了MKⅡ型，它采用了混合器與兩個(gè)文丘里管組成，對(duì)經(jīng)典文丘里進(jìn)行了改進(jìn)，入口角減小至21 ,加長(zhǎng)了喉部長(zhǎng)度，擴(kuò)張角訂為15， MKⅡ型附加了混合器，其作用是令氣、液二相的速度滑移比s接近于1,在截面上分布盡量均勻，流態(tài)近于均相流以提高準(zhǔn)確度。從二個(gè)文丘里管（或一臺(tái)文丘里加一臺(tái)節(jié)流裝置）得到的差壓信號(hào)，按均相流的數(shù)學(xué)模型處理，得到氣相含率qmg，再按總質(zhì)量流量qm，分別求出氣、液兩相流量，由于計(jì)算是基于Murdock數(shù)學(xué)模型，比較簡(jiǎn)單，難以涵蓋復(fù)雜的各種現(xiàn)場(chǎng)，流量準(zhǔn)確度較低，氣相可達(dá)±5%;液相僅±10%。　　

　圖3 U形管二相流量計(jì)原理圖。

　　■ 倒U形管（圖3）研究表明，流動(dòng)密度與體積含氣率測(cè)量誤差間存在較好的線性關(guān)系，在氣相為連續(xù)相而液相為離散相的流態(tài)下，氣相流速及實(shí)驗(yàn)流態(tài)對(duì)這種線性關(guān)系影響很小，體積含氣率的測(cè)量誤差與流動(dòng)密度呈單值線性關(guān)系。
　　當(dāng)上述這種氣、液兩相流經(jīng)圖3所示的倒U形管時(shí)，如管道截面為直管，流動(dòng)穩(wěn)定，從力學(xué)上講，流體的壓降可由加速壓降、摩阻壓降、重力位壓降三部分組成。
　　在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，加速壓降可忽略不計(jì)，摩阻壓降在U形管上升與下降大小相等，方向相反，可以抵消，剩下的僅有重力位壓降，簡(jiǎn)化了計(jì)算公式，再通過對(duì)流動(dòng)密度的修正，據(jù)稱可獲得±1%的體積含氣率的測(cè)量精確度。
　　■ T型氣液兩相流量計(jì)（圖4）主要用于天然氣的開采，不用分離器，直接分別測(cè)量天然氣流量及其中所含液體（水、油）流量。　　

　　圖4 T型氣液兩相流量計(jì)

　　它的一次表采用了一臺(tái)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的內(nèi)錐流量計(jì)、一臺(tái)文丘里管及二臺(tái)差壓變送器、一臺(tái)壓力變送器、一臺(tái)溫度變送器。二次表暫時(shí)采用ARM流量計(jì)算機(jī)，具有功耗低、穩(wěn)定性好、外圍功能齊全、大屏幕液晶顯示屏、良好的人機(jī)界面等優(yōu)點(diǎn)，可在線顯示輸出壓力、溫度、氣相、液相流量、掉電時(shí)間，實(shí)時(shí)測(cè)量。具有模擬輸出、RS232/485通訊、GPRS無(wú)線通訊等功能。
　　該產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)試運(yùn)行一年之久，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，儀表工作穩(wěn)定可靠，主要技術(shù)指標(biāo)接近甚至超出國(guó)外產(chǎn)品，打破了國(guó)外產(chǎn)品在這一領(lǐng)域的壟斷地位。

　　小結(jié)
　　■ 本文第一節(jié)簡(jiǎn)介了多相流與單相流的差異，它將隨著工況與環(huán)境的變化，呈現(xiàn)多種的流態(tài)，而不同的流態(tài)將采用不同的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述。流態(tài)是影響多相流量各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵因素，在某一分相流率應(yīng)用較好的流量計(jì)未必可成功應(yīng)用于其他情況。
　　■ 雖然我國(guó)研制的氣、液兩相流量在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了初步階段性的成果，但現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中將而臨許多在試驗(yàn)室中不可預(yù)料的難題，還需要一段時(shí)間逐一解決，全面推廣應(yīng)用尚待時(shí)日。