CN105181037A - 一种流体流量在线精确测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种流体流量在线精确测量装置及方法涉及流体流量测量技术,是由左法兰、右法兰、测量管、多功能板和温度检测及信号传输装置构成，其所述的左法兰与右法兰之间通过测量管固定连通，测量管内前部固定着多功能板、后部置有V型锥体总成，测量管的外部连通着两个引压管，两个引压管的端部与共平面三阀组连通，共平面三阀组上设有多参数变送器，多参数变送器与测量管内的温度检测及信号传输装置线路连接。本发明的一种流体流量在线精确测量装置，结构简单、具有信号稳定、压损小和安装所需直管段短等优点，属于差压式流量计的范畴，具有所有差压式流量计固有特点，被测介质流量与差压值的平方根成正比。具有安全准确的流体流量在线精确测量。

Description

一种流体流量在线精确测量装置及方法

技术领域

本发明涉及流体流量测量技术,尤其涉及一种流体流量在线精确测量装置及方法。

背景技术

油田二氧化碳驱流量测量仪表多采用差压式流量计，并优选V型锥流量计，这种流量仪表仅适用于单一相态和窄量程范围流体的测量，当管道内介质相态改变时，不能准确测量。而油田二氧化碳驱流量恰为脉动流和相态易变的超临界流介质。V型锥流量计具有信号稳定、压损小和安装所需直管段短等优点，属于差压式流量计的范畴，具有所有差压式流量计固有特点：即被测介质流量与差压值的平方根成正比，因此，有效量程比窄。国家仪表检定部门对差压式流量计（含V型锥流量计）只在1:3量程范围内出具校准报告；ISO5167标准也规定差压式流量计单台仪表的流量变化范围度一般为1:3,不得超过1:4,当流量变化范围度超过规定时,可采用多台不同量程的仪表进行分段计量。

现有的V型锥流量计和其它差压式流量计在校准后只给出一个流出系数，并使用这个固定的流出系数进行流量计算，超量程比范围后计量误差远远超出标定精度，不能实现宽量程范围计量和多相态变化的介质的准确计量。对于相态波动易变、量程范围大的二氧化碳介质计量，只能采取两台流量计并联，并在仪表前端安装整流器和过滤器处理流体脉动，然后根据相态和流量的变化进行切换选择其中的一台流量计，其缺点是：整套计量装置庞大，泄露风险点多，特别是高压计量，增加了安全隐患和制造成本，造成空间浪费的同时，也容易发生冻堵、结干冰。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种能够安全、准确的流体流量在线精确测量技术，特别是适应油田二氧化碳驱工况用相态变化的在线流量测量装置及方法，解决脉动流和多相态变化的流体计量问题，拓宽有效量程比；亦适用于其它介质流量的一种流体流量在线精确测量装置及方法。

本发明的一种流体流量在线精确测量装置，是由左法兰、右法兰、测量管、多功能板和温度传感器构成，其所述的左法兰与右法兰之间通过测量管固定连通，测量管内前部固定着多功能板、后部置有V型锥体总成，测量管的外部连通着两个引压管，两个引压管的端部与共平面三阀组连通，共平面三阀组上设有多参数变送器，多参数变送器与测量管内的温度传感器线路连接，所述的测量管前部外侧设有排污管。

作为本发明的进一步改进，所述的多功能板为一个中心圆孔和多个堆成圆环形排列的环弧过孔构成。

作为本发明的进一步改进，排污管上设有排污阀。

作为本发明的进一步改进，两个引压管自测量管上部垂直引出。

作为本发明的进一步改进，测量管内的V型锥体总成上设有防止高压冲击脱离的安全支撑架。

作为本发明的进一步改进，排污管置于多功能板前端、且与测量管后部的夹角为30°～60°。

本发明的一种流体流量在线精确测量方法，通过下列步骤：

a、将覆盖被测介质量程范围内各相态的所有温度和压力状态下的介质粘度、密度和可膨胀性系数等参数数据库转录到多参数变送器中，设定好测量介质和其它所需制造参数等固定参数；

b、标定出被测介质在不同相态下20点的流出系数，并确定出相态临界点，输入到多参数变送器中；

c、多参数变送器将20点的流出系数形成流出系数曲线；

d、被测流体流经V型锥体后将产生压差，多参数变送器检测此压差信号，同时监测采集被测介质的压力、温度参数，由多参数变送器根据采集到的温度和压力值动态查找对应状态下介质的密度、粘度、可膨胀性系数以及对应的流出系数等参数，根据动态参数按照流量方程计算相应状态下的实时流量值，实现介质流量的精确计量和多相态变化流量的在线测量。

本发明的一种流体流量在线精确测量装置，结构简单、具有信号稳定、压损小和安装所需直管段短等优点，属于差压式流量计的范畴，具有所有差压式流量计固有特点：即被测介质流量与差压值的平方根成正比。具有安全、准确的流体流量在线精确测量技术，特别是适应油田二氧化碳驱工况用相态变化的在线流量测量装置及方法，解决脉动流和多相态变化的流体计量问题，拓宽有效量程比；亦适用于其它介质流量的精确测量。体积小，泄露风险点少，特别是高压计量，增加了安全性能、同时制造成本低，占地面积节约空间，不易发生冻堵及结干冰。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明多功能板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1和附图2对本发明的一种流体流量在线精确测量装置及方法，作进一步说明。

实施例1

本发明的一种流体流量在线精确测量装置，是由左法兰1、右法兰2、测量管3、多功能板4和温度传感器5构成，其所述的左法兰1与右法兰2之间通过测量管3固定连通，测量管3内前部固定着多功能板4、后部置有V型锥体总成6，测量管3的外部连通着两个引压管7，两个引压管7的端部与共平面三阀组8连通，共平面三阀组8上设有多参数变送器9，多参数变送器9与测量管3内的温度传感器5线路连接，所述的温度传感器5置于保护管15内，保护管15的一端置于测量管3内，所述的测量管3前部外侧设有排污管11。

实施例2

本发明的一种流体流量在线精确测量装置，是由左法兰1、右法兰2、测量管3、多功能板4和温度传感器5构成，其所述的左法兰1与右法兰2之间通过测量管3固定连通，测量管3内前部固定着多功能板4、后部置有V型锥体总成6，测量管3的外部连通着两个引压管7，两个引压管7的端部与共平面三阀组8连通，共平面三阀组8上设有多参数变送器9，多参数变送器9与测量管3内的温度传感器5线路连接，测量管3前部外侧设有排污管11。多功能板4为一个中心圆孔13和多个堆成圆环形排列的环弧过孔14构成；排污管11上设有排污阀12。

实施例3

本发明的一种流体流量在线精确测量装置，是由左法兰1、右法兰2、测量管3、多功能板4和温度传感器5构成，其所述的左法兰1与右法兰2之间通过测量管3固定连通，测量管3内前部固定着多功能板4、后部置有V型锥体总成6，测量管3的外部连通着两个引压管7，两个引压管7的端部与共平面三阀组8连通，共平面三阀组8上设有多参数变送器9，多参数变送器9与测量管3内的温度传感器5线路连接，测量管3前部外侧设有排污管11。两个引压管7自测量管3上部垂直引出；测量管3内的V型锥体总成6上设有防止高压冲击脱离的安全支撑架；排污管11置于多功能板4前端、且与测量管3后部的夹角为30°～60°。

如图1所示，本发明的一种流体流量在线精确测量装置，右法兰5、V型锥体总成6、引压管7、共平面三阀组8、多参数变送器9、安全支撑架、温度传感器信号线、测量管3组成。V型锥体总成6是由V型锥体通过连接杆与安全支撑架固定连接、V型锥体的尾端与连接杆固定连接，安全支撑架与测量管3内壁固定，这部分实现流体在线测量的信号检测、采集、处理和运算功能，此部分设计有V型锥体并安装安全支撑架，避免高压计量中V型锥体脱落的风险；设计中采用多参数变送器结合温度传感器对信号进行检测、采集、处理和运算，代替传统的差压变送器、压力变送器和温度变送器以及流量积算仪的全部功能，减少了信号检测、采集和运算部件的数量，降低运行维护成本，增加整体可靠性、稳定性；当被测流体流经V型锥体时，在V型锥体前后将产生压差，多参数变送器采集此压差信号、同时采集压力信号并将温度传感器信号共同处理后，按照本发明的计算方法计算、处理、显示和输出流量值，完成多相态流量在线测量功能。

本发明的一种流体流量在线精确测量装置，引压管7从测量管3的上部垂直引出，其高度应合适，在保证流量计保冷保护后有足够的检修空间的前提下尽可能短，以避免二氧化碳在引压管中发生相变。引压管7上端采用可动螺纹与共平面三阀组8连接，共平面三阀组8采取螺栓与多参数变送器9连接；温度传感器5下端封闭并焊接在V型锥体总成6下游的测量管3上；V型锥体、引压管7下端、安全支撑架、测量管3在图中的连接方式均为焊接。安装组对时，安全支撑架与引压管7保持平行。

多功能板4通过焊接方式布置在测量管3内腔中V型锥体总成6的上流端；其作用是：对被测流体进行整流和过滤，处理因流体脉动和杂质而对后部信号检测造成的干扰和影响，减缓高速流体对后部V型锥体总成6的冲击及保证压力和差压信号的稳定性，同时减少连接部件的数量和潜在的泄漏点。被测量流体在测量管3内腔经过多功能板4时，一部分脉动流体通过多功能板，一部分脉动流将受多功能板4的阻挡返回，返回的流体受到脉动流体的向前流动作用共同通过多功能板4后形成紊流流过V型锥体。更进一步的优化设计的多功能板4，其厚度为D/8且小于100mm,它由一个中心圆孔和多个堆成圆环形排列的环弧过孔组成，过孔的数量、大小和排列方式满足以下要求：

1、过孔数量：第一、在多功能板的中心上，布置1个直径为(D-d)/2±0.1的圆孔；第二、在以多功能板中心为圆心，以【2n(D-d)-(0.1D-2)n】±0.1为直径的同心圆（以下简称⊙Ln）上，呈环形平均布置2n个环弧过孔；第三、上述环弧过孔数量应布满整个多功能板，直至【（2n+1)(D-d)-(0.1D-2)n】>D。

2、环弧过孔的宽度：（D-d)/2±0.1。

3、环弧长度确定方式如下：第一、在⊙Ln上，呈环形平均分配6n个直径为(D-d)/2±0.1的圆（以下简称⊙sn），以多功能板中心为圆心，做⊙sn的2个公切圆；第二、在同一⊙Ln上，将相邻的三个⊙sn，以公切线为边界，扣除中间部分形成环弧过孔。

其中:D为测量管内经，d为V型锥体外径，n为以圆点为中心的同心圆数量,n从1按自然数递增顺序取值，即n=1,2……n，上述单位为mm。

本发明采用多参数变送器9代替传统的差压变送器、压力变送器和温度变送器以及流量积算仪等多个部件功能并增加了数据库查询和智能判断功能，减少了信号检测、采集和运算部件的数量，降低运行维护成本，增加整体可靠性、稳定性。具有差压和压力检测及温度信号的测量功能，并同时具有显示、运算、数据库查询和智能判断功能。

V型锥体总成6通过固定架焊接在测量管3内腔中后部，锥体的中心线与测量管3中心线重合，避免高压流体冲击V型锥体总成6造成脱落。

温度传感器5的安装方式是：在V型锥体总成6的下流部，垂直于测量管3焊接一个下端封闭的金属温度保护圆管，金属温度保护圆管的封闭端内壁处于测量管内腔中心，温度检测部件安装于金属温度保护圆管内，温度检测信号线连接到多参数变送器9中，所述的排污阀12通过测量管3下部排污管11成45°角焊接于测量管3，所述的法兰和引压管7采用焊接固定。

共平面三阀组8下部通过活动螺纹连接两个引压管7，（上述的两个引压管7分别为正引压管和负引压管），上部采用螺栓与多参数变送器9相连接，整体连接后通过引压管7垂直焊接在测量管3上部。引压管7下部从测量管3上部垂直引出并焊接固定，两个引压管7在测量管3引出端处位于V型锥的前后两侧，其高度应合适，在保证流量计保温保冷后有足够的检修空间的前提下尽可能短，以避免二氧化碳在引压管7中发生相变。

实施例4

本发明的一种流体流量在线精确测量方法，通过下列步骤：

a、将覆盖被测介质量程范围内各相态的所有温度和压力状态下的介质粘度、密度和可膨胀性系数等参数数据库转录到多参数变送器中，设定好测量介质和其它所需制造参数等固定参数；

b、标定出被测介质在不同相态下20点的流出系数，并确定出相态临界点，输入到多参数变送器中；

c、多参数变送器将20点的流出系数形成流出系数曲线；

d、被测流体流经V型锥体后将产生压差，多参数变送器检测此压差信号，同时监测采集被测介质的压力、温度参数，由多参数变送器根据采集到的温度和压力值动态查找对应状态下介质的密度、粘度、可膨胀性系数以及对应的流出系数等参数，根据动态参数按照流量方程计算相应状态下的实时流量值，实现介质流量的精确计量和多相态变化流量的在线测量。

实施例5

结合本发明的一种流体流量在线精确测量装置实现在线精确测量方法，通过下列步骤：

a、将覆盖二氧化碳量程范围内各相态（不含固态）的所有温度和压力状态下的介质粘度、密度和可膨胀性系数等参数数据库转录到多参数变送器9中，设定好测量介质和其它所需制造参数等固定参数；

b、在实验室（或仪表检定部门）标定出二氧化碳在不同相态（二氧化碳介质为：液态、超临界和气态）下20点（根据具体流体流动性质和实验条件也可少于20点）的流出系数（下称流出系数集合），并确定出相态临界点，输入到多参数变送器9中；

c、多参数变送器将20点的流出系数形成流出系数曲线；

d、二氧化碳在通过V型锥时产生压差信号，多参数变送器9检测此信号，并采集温度和压力信号，多参数变送器9根据采集到的温度和压力值动态查找对应状态下介质的密度、粘度、可膨胀性系数，同时在流出系数曲线上确定出对应的流出系数等参数，根据上述参数按照流量方程计算相应状态下的实时流量值，实现介质流量的精确计量和多相态变化流量的在线测量。

综上所述，只要输入的被测介质参数数据库和标定的流出系数集合覆盖了介质的所有状态，无论介质处于所覆盖的哪种状态，都能确保实现准确测量，扩展了有效量程范围。

流量方程为：

。

Claims (7)

1.一种流体流量在线精确测量装置，是由左法兰（1）、右法兰（2）、测量管（3）、多功能板（4）和温度传感器（5）构成，其特征在于所述的左法兰（1）与右法兰（2）之间通过测量管（3）固定连通，测量管（3）内前部固定着多功能板（4）、后部置有V型锥体总成（6），测量管（3）的外部连通着两个引压管（7），两个引压管（7）的端部与共平面三阀组（8）连通，共平面三阀组（8）上设有多参数变送器（9），多参数变送器（9）与测量管（3）内的温度传感器（5）线路连接，所述的测量管（3）前部外侧设有排污管（11）。

2.如权利要求1所述的一种流体流量在线精确测量装置，其特征在于所述的多功能板（4）为一个中心圆孔（13）和多个堆成圆环形排列的环弧过孔（14）构成。

3.如权利要求1或2所述的一种流体流量在线精确测量装置，其特征在于排污管（11）上设有排污阀（12）。

4.如权利要求1或2所述的一种流体流量在线精确测量装置，其特征在于两个引压管（7）自测量管（3）上部垂直引出。

5.如权利要求1或2所述的一种流体流量在线精确测量装置，其特征在于测量管（3）内的V型锥体总成（6）上设有防止高压冲击脱离的安全支撑架。

6.如权利要求1或2所述的一种流体流量在线精确测量装置，其特征在于排污管（11）置于多功能板（4）前端、且与测量管（3）后部的夹角为30°～60°。

7.一种流体流量在线精确测量方法，通过下列步骤：

a、将覆盖被测介质量程范围内各相态的所有温度和压力状态下的介质粘度、密度和压缩系数等参数数据库转录到多参数变送器中，设定好测量介质和其它所需制造参数等固定参数；

b、标定出被测介质在不同相态下20点的流出系数，并确定出相态临界点，输入到多参数变送器中；

c、多参数变送器将20点的流出系数形成流出系数曲线；

d、被测流体流经V型锥体后将产生压差，多参数变送器检测此压差信号，同时监测采集被测介质的压力、温度参数，由多参数变送器根据采集到的温度和压力值动态查找对应状态下介质的密度、粘度、压缩系数以及对应的流出系数等参数，根据动态参数按照流量方程计算相应状态下的实时流量值，实现介质流量的精确计量和多相态变化流量的在线测量。