CN107843307A - 一种拼接式气液两相流计量装置 - Google Patents

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Abstract

一种拼接式气液两相流计量装置，主要包括预分离总成、计量总成以及若干个阻力匹配总成，计量总成气、液相管路上分别安装有气体流量计和液体流量计，阻力匹配总成气、液相管路上分别安装有气体调节阀和液体调节阀。预分离总成、计量总成以及若干个阻力匹配总成相互之间通过连接直管或连接弯管拼接，形成一个整体。气液两相流来流通过本发明时首先被分离成单相气体和单相液体，进而均匀进入计量总成和阻力匹配总成。通过测量流经计量总成的气、液相流量即可获得入口气、液总流量。本发明优点是可拆卸拼接、建造操作灵活，建造成本低、灵活性强、测量范围广、不受流型变化影响分流比恒定、无需标定，具有广泛的应用前景。

Description

一种拼接式气液两相流计量装置
技术领域:
本发明涉及一种拼接式气液两相流计量装置，属于多相流计量领域。
背景技术:
气液两相流广泛存在于石油、化工、能源、动力等多个工业领域。对气液两相流量同时在线测量对于保障生产的安全和高效运行具有重要意义。
在气液两相流环境中，常规的单相流流量计量方法和装置无法适用，而两相流计量方法按照是否分离以及分离的程度一般可分为分离、不分离以及分流分相法3种类型。完全分离法采用三相分离器将多相流体分离成油相、气相和水相,分别采用单相流量计测量各相流量，测量不受多相流波动的影响,精度高,但是分离设备体积庞大,价格昂贵,在很大程度上增加了油田的开发成本；不分离式多相流量计是在对多相流体不作任何分离的情况下实现油、气、水三相计量,其技术难度主要体现在油、气、水三相组分含量及各相流速的测定,不分离计量方法不需要分离设备,体积小,但测量易受流体波动的影响,精度低。
发明专利(申请号：201010588041.9)公布了一种分流分相式气液两相流体流量计，其特点是从被测两相流体中分流出一部分两相流体,将其分离成单相气体和单相液体,分别用单相流量仪表进行测量,然后根据比例关系推断出被测两相流体的流量。与常规多相计量方法相比,分流分相法由于进行了分流取样,所需分离器的体积远小于完全分离方法,同时由于又进行了分相,气、液相流量测量都在单相介质环境中完成,因此具有体积小、精度高的优点。为保证流量测量的精确性,分流出的分流体与被测两相流体之间必须具有稳定和确定的关系。但是多相流体在流经分配器是通常会发生相分离，导致取样流体失去代表性，使测量误差增大。
为了克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种拼接式新型气液两相流计量装置。特点是将气液两相流先分离成单相气体和单相液体，再进行分离取样，保障了取样的代表性。同时各组件之间可拆卸拼装，可根据需计量气液流量的大小进行组合。具有测量范围广、测量精度高、操作简便、成本低、不受流型变化影响等优点，实现了连续计量，尤其适用于海上油气田的开发。
发明内容：
一种拼接式气液两相流计量装置，其特征在于：主要包括计量总成，阻力匹配总成以及预分离总成，计量总成和预分离总成的数目为1个，阻力匹配总成数目可为1个或若干个，计量总成和阻力匹配总成以及阻力匹配总成相互之间通过连接直管拼接，预分离总成和计量总成或阻力匹配总成之间通过连接弯管相互连接形成一个计量装置整体，位于计量装置两侧的出口汇管的末端孔口由堵头封堵。
计量总成由工型管、气相管路、液相管路以及出口汇管组成，气体管路的一端与工型管的水平顶管相连，另一端与出口汇管相连，气相管路上安装有气体流量计；液相管路的一端与工型管的水平底管相连，另一端与出口汇管相连，液相管路上安装有液体流量计。
阻力匹配总成和计量总成结构类似，亦由工型管、气相管路、液相管路以及出口汇管组成，气相管路的一端与工型管的水平顶管相连，另一端与出口汇管相连，气相管路上安装有气体阻力调节阀；液相管路的一端与工型管的水平底管相连，另一端与出口汇管相连，液相管路上安装有液体阻力调节阀。
计量总成工型管的水平顶管与阻力匹配总成工型管的水平顶管通过连接直管相连，且靠近中央位置的连接直管上安装有气液两相流入口管；计量总成中工型管的水平底管与阻力匹配总成中工型管的水平底管通过连接直管相连；计量总成的出口汇管与阻力匹配总成的出口汇管通过连接直管相连；若阻力匹配总成数目为多个，则阻力匹配总成之间的工型管的水平顶管通过连接直管相连，水平底管之间通过连接直管相连。
所述的预分离总成由若干个工型管拼接而成。其中水平顶管通过连接直管相互连接，且靠近中央位置的连接直管上安装有气液两相流入口管。水平底管通过连接直管连接。预分离总成两端的工型管的水平顶管和水平底管出口设有连接弯管，预分离总成水平顶管上的连接弯管与计量总成或阻力匹配总成的工型管的水平顶管相连，预分离总成水平底管上的连接弯管与计量总成或阻力匹配总成的工型管的水平底管相连。
所述的工型管呈“工”字型，由水平顶管、水平底管以及竖直连接管组成，水平顶管和水平底管平行，竖直连接管与水平顶管和水平底管垂直，竖直连接管的两端分别与水平顶管和水平底管轴向中部相连，水平顶管和水平底管两端均设有快速接头。
所述的阻力匹配总成的气体调节阀的阻力特性与计量总成的气体流量计的阻力特性相同；所述的阻力匹配总成的液体调节阀的阻力特性与计量总成的液体流量计的阻力特性相同。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)将气液两相流体的流量测量转化成单相流体的流量测量，方法简单可靠，测量结果不受流型变化及流动不稳定性的影响；
(2)计量装置可拆卸，具有很高的灵活性，操作简单，成本低；
(3)可根据入口气液流量的大小选择阻力匹配总成的数目，分配比可随意调节，流量测量范围大。
附图说明：
图1计量分配总成结构示意图；
图2阻力匹配总成结构示意图；
图3预分离总成结构示意图；
图4工型管结构示意图；
图5具有一个阻力匹配总成的计量装置连接示意图；
图6具有多个阻力匹配总成的计量装置连接示意图。
图7本发明工作原理图。
图中：1-计量总成；2-阻力匹配装置总成；3-预分离装置总成；4-连接直管；5-连接弯管；6-工型管；7-气相管路；8-液相管路；9-出口汇管；10-水平顶管；11-水平底管；12-竖直连接管；13-气体流量计；14-液体流量计；15-气体阻力调节阀；16-液体阻力调节阀；17-气液两相流出口管；18-气液两相流入口管；19-快速接头；20-液体；21-气体；22-堵头。
具体实施方式:
如图1为本发明计量总成1的结构示意图。计量总成1由工型管6、气相管路7、液相管路8以及出口汇管9组成，气相管路7的一端与工型管6的水平顶管10相连，另一端与出口汇管9相连，气相管路7上安装有气体流量计13；液相管路8的一端与工型管6的水平底管11相连，另一端与出口汇管9相连，液相管路8上安装有液体流量计14。
如图2为本发明阻力匹配总成2结构示意图，阻力匹配总成2和计量总成1结构类似，亦由工型管6、气相管路7、液相管路8以及出口汇管9组成；气相管路7的一端与工型管6的水平顶管10相连，另一端与出口汇管9相连，气相管路7上安装有气体阻力调节阀15；液相管路8的一端与工型管6的水平底管8相连，另一端与出口汇管9相连，液相管路8上安装有液体阻力调节阀16。
图3为本发明预分离总成3结构示意图。所述的预分离总成3由若干个工型管6拼接而成。其中水平顶管10通过连接直管4连接，靠近中央位置的连接直管4上安装有气液两相流入口管18。水平底管11通过连接直管4连接。预分离总成3两端的工型管6的水平顶管10和水平底管11出口设有连接弯管5。
如图4为本发明“工”型管6结构示意图。所述的工型管6呈“工”字型，由水平顶管10、水平底管11以及竖直连接管12组成，水平顶管10和水平底管11平行，竖直连接管12与水平顶管10和水平底管11垂直，竖直连接管12的两端分别与水平顶管10和水平底管11轴向中部相连，水平顶管10和水平底管11两端均设有快速接头19。
本发明由计量总成1、阻力匹配总成2以及预分离总成3相互拼接而成，计量总成1和预分离总成3的数目为1个，阻力匹配总成2数目可为1个或若干个，计量总成1和阻力匹配总成2以及阻力匹配总成2相互之间通过连接直管4拼接，预分离总成3和计量总成1或阻力匹配总成2之间通过连接弯管5相互连接形成一个整体，计量装置两侧出口汇管的末端孔口由堵头22封堵。
图5为具有一个阻力匹配总成2的计量装置连接示意图。如图5所示，计量总成1的工型管6的水平顶管10与阻力匹配总成2的工型管6的水平顶管10通过连接直管4相连。计量总成1的工型管6的水平底管11与阻力匹配总成2的工型管6的水平底管11通过连接直管4相连。预分离总成3的工型管6之间通过连接直管4拼接，其中工型管6的水平顶管10和另一工型管6水平顶管10相连，连接水平顶管10的连接直管4中部设有气液两相流入口管18，工型管6的水平底管11和另一工型管6的水平底管11相连。在预分离总成3的一端，与水平顶管10连接的连接弯管5与计量总成1的工型管6的水平顶管10相连，与水平底管11连接的连接弯管5与计量总成1的工型管6的水平底管11相连；另一端与水平顶管10连接的连接弯管5与阻力匹配总成2的工型管6的水平顶管10相连，与水平底管11连接的连接弯管5与阻力匹配总成2的工型管6的水平顶管11相连。计量总成1与阻力匹配总成2的出口汇管9通过连接直管4连接，在连接直管4中部安装有气液两相流出口管17。为防止流体外溢，计量装置两侧的出口汇管9的末端孔口由堵头22封堵。
图6为具有多个阻力匹配总成2的计量装置连接示意图。计量总成1工型管6的水平顶管10与相邻的阻力匹配总成2工型管6的水平顶管10通过连接直管4相连。计量总成1的工型管6的水平底管11与相邻的阻力匹配总成2的工型管6的水平底管11通过连接直管4相连。阻力匹配总成2之间亦通过连接直管4相连，其中相邻的水平顶管10通过连接直管4相连，相邻的水平底管11之间通过连接直管4相连。在预分离总成3两侧，与水平顶管10相连的连接弯管5与计量总成1或阻力匹配总成2的工型管6的水平顶管10相连，与水平底管11连接的连接弯管5与计量总成1或阻力匹配总成2的工型管6上的水平底管11相连。选取连接中间位置总成的出口汇管9的两个连接直管4中的一个，在其中部安装气液两相流出口管17。为防止流体外溢，计量装置两侧的出口汇管9的出口末端孔口由堵头22封堵。
本发明的基本原理是通过预分离总成3、计量总成1和阻力匹配总成2共同构成的管束系统使气液完全分离，然后利用计量总成1和阻力匹配总成2构成的阻力对称流动结构对分离后的气相和液相进行均匀分配。
为实现均匀分配，计量总成1和阻力匹配总成2必须具有完全相同的阻力特性。阻力匹配总成2的气体阻力调节阀15的阻力特性可改变，通过调节气体阻力调节阀15的开度使得其阻力特性与计量总成1气体流量计13的阻力特性相同，从而保证了气体从入口至出口的任意通路中受到的阻力相同。同样，阻力匹配总成2的液体阻力调节阀16的阻力特性也可改变，通过调节液体阻力调节阀的16开度使得其阻力特性与计量总成1的液体流量计14的阻力特性相同，从而保证了液体从口至出口任意通路中受到的阻力相同。通过均匀分离流，入口气液两相流被均匀分流成若干等分，即进入计量总成1以及各阻力匹配总成2的气相流量和液相流量完全相同，从而通过计量总成1测量出气相流量和液相流量，再根据分流比即可确定气液两相流总流量。
图7为本发明工作原理图。气液两相来流通过气液两相流入口管18进入预分离总成3，当气液两相流流体通过工型管6时在重力作用下会发生相分离，较重的液体20通过竖直连接管12进入水平底管11，而较轻的气体21则汇集在管道上部。在预分离总成3、计量总成1以及阻力匹配总成2构成的管束系统共同作用下，气、液将完全分离。通过控制气体阻力调节阀15的开度使得气体在入口至出口的任意通路中受到的阻力相同，通过控制液体阻力调节阀16的开度使得液体在入口至出口的任意通路中受到的阻力相同，从而进入计量总成1的气、液相流量与进入任意一个阻力匹配总成2的气、液相流量均相同。如果阻力匹配总成2的数目为N个，计量总成1气体流量计测量的气体流量为mG，液体流量计测量的液体流量为mL，入口气相流量MG和液相流量ML分别为：
MG＝(N+1)mG (1)
ML＝(N+1)mL (2)
计量完成后，计量总成1和阻力匹配总成2的气、液相又重新混合，通过气液两相流出口管17进入下游系统。
由图7可知，本发明是在气液两相流分离后再通过计量总成1和阻力匹配总成2进行分配，即将流体先分离成单相流体后进行计量，避免了传统的在两相流环境下取样计量方法产生的相分离。同时，由于各个流体通路阻力特性一致，从而保证了分配的代表性和计量的准确性。
本发明在使用过程中可根据被测气液流量的大小，调整阻力匹配总成2的数目，从而改变分流比，进而扩大适用范围。例如，如果气液相流量较大，则应增加阻力匹配总成2的数目，从而保证通过气液两相流入口管进入测量装置的气液两相能得到彻底分离。
与现有的技术相比，本发明可拆卸拼接、通过连接直管、连接弯管以及快速接头可实现各部件的快速组装，操作简便、灵活性强、测量范围广；不受流型变化影响分流比恒定、无需标定；省去了笨重的分离器，加工制造成本低。因此，本发明非常适用井口油气流量的准确计量，应用前景广阔。

Claims (7)

1.一种拼接式气液两相流计量装置，其特征在于：主要包括计量总成(1)，阻力匹配总成(2)以及预分离总成(3)，计量总成(1)和预分离总成(3)的数目为1个，阻力匹配总成(2)数目可为1个或若干个，计量总成(1)和阻力匹配总成(2)以及阻力匹配总成(2)相互之间通过连接直管(4)拼接，预分离总成(3)和计量总成(1)或阻力匹配总成(2)之间通过连接弯管(5)相互连接形成一个计量装置整体，位于计量装置两侧的出口汇管的末端孔口由堵头(22)封堵。
2.根据权利要求1所述的一种拼接式气液两相流计量装置，其特征在于：所述的计量总成由工型管(6)、气相管路(7)、液相管路(8)以及出口汇管(9)组成，气相管路(7)的一端与工型管(6)的水平顶管(10)相连，另一端与出口汇管(9)相连，气相管路(7)上安装有气体流量计(13)；液相管路(8)的一端与工型管(6)的水平底管(11)相连，另一端与出口汇管(9)相连，液相管路(8)上安装有液体流量计(14)。
3.根据权利要求1所述的一种拼接式气液两相流计量装置，其特征在于：阻力匹配总成(2)和计量总成(1)结构类似，亦由工型管(6)、气相管路(7)、液相管路(8)以及出口汇管(9)组成，气相管路(7)的一端与工型管(6)的水平顶管(10)相连，另一端与出口汇管(9)相连，气相管路(7)上安装有气体阻力调节阀(15)；液相管路(8)的一端与工型管(6)的水平底管(11)相连，另一端与出口汇管(9)相连，液相管路(8)上安装有液体阻力调节阀(16)。
4.根据权利要求1所述的一种拼接式气液两相流计量装置，其特征在于：计量总成(1)中工型管(6)的水平顶管(10)与阻力匹配总成(2)中工型管(6)的水平顶管(10)通过连接直管(4)相连，且靠近中央位置的连接直管(4)上安装有气液两相流入口管(18)；计量总成(1)中工型管(6)的水平底管(11)与阻力匹配总成(2)中工型管(6)的水平底管(11)通过连接直管(4)相连；计量总成(1)的出口汇管(9)与阻力匹配总成(2)的出口汇管(9)通过连接直管(4)相连；若阻力匹配总成(2)数目为多个，则阻力匹配总成(2)之间的工型管(6)的水平顶管(10)通过连接直管(4)相连，水平底管(11)之间通过连接直管(4)相连。
5.根据权利要求1所述的一种拼接式气液两相流计量装置，其特征在于：所述的预分离总成(3)由若干个工型管(6)拼接而成。其中水平顶管(10)通过连接直管(4)相互连接，且靠近中央位置的连接直管(4)上安装有气液两相流入口管(18)。水平底管(11)通过连接直管(4)连接。预分离总成(3)两端的工型管(6)的水平顶管(10)和水平底管(11)出口设有连接弯管(5)，预分离总成(3)水平顶管(10)上的连接弯管(5)与计量总成(1)或阻力匹配总成(2)的工型管(6)的水平顶管(10)相连，预分离总成(3)水平底管(11)上的连接弯管(5)与计量总成(1)或阻力匹配总成(2)的工型管(6)的水平底管(11)相连。
6.根据权利要求1、2、3、4、5所述的一种拼接式气液两相流计量装置，其特征在于：所述的工型管(6)呈“工”字型，由水平顶管(10)、水平底管(11)以及竖直连接管(12)组成，水平顶管(10)和水平底管(11)平行，竖直连接管(12)与水平顶管(10)和水平底管(11)垂直，竖直连接管(12)的两端分别与水平顶管(10)和水平底管(11)轴向中部相连，水平顶管(10)和水平底管(11)两端均设有快速接头。
7.根据权利要求1、2、3所述的一种拼接式气液两相流计量装置，其特征在于：所述的阻力匹配总成(2)的气体阻力调节阀(15)的阻力特性与计量总成(1)的气体流量计(13)的阻力特性相同；所述的阻力匹配总成(2)的液体阻力调节阀(16)的阻力特性与计量总成(1)的液体流量计(14)的阻力特性相同。
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