CN109738034A - 气液两相质量流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气液两相质量流量计，其包括：质量流量计，用于测量被测气液两相流体的质量流量、温度、和混合密度；压力差压复合传感器，其差压正引压管以及差压负引压管分别连接质量流量计流向上游的管路和流向下游的管路，用于测量被测气液两相流体流经质量流量计前后的平均压力和差压；流量计算机，分别与质量流量计以及压力差压复合传感器连接，根据质量流量计以及压力差压复合传感器的各测量参数，外输入液相密度和气相密度，结合流量计算机内数据库，计算得到被测气液两相流体的气液两相流量。本方案可以应用于凝析天然气井、含液页岩气井、油井及其它的多相流量测量领域，提高了气液两相质量流量计的测量范围和适应性。
Description
技术领域
本发明涉及工业多相流计量，特别是涉及一种气液两相质量流量计。
背景技术
质量流量计作为性能优良，精度高的流量计已被广泛应用于工业领域的气体和液体流量测量。
目前，传统的质量流量计只能以气相或液相(单相)作为测量介质，如液相中气相体积百分含量超出5％～10％，质量流量计会发生驱动异常、停止或出现重启，噪音变大，震动频率失控的问题，导致误差很大或无法计量。
另外质量流量计用于测量气液两相流量时还有一个难题：下限流量测量值较高，而气液比和流量波动大是气液两相流的常态工况，在该工况下使用质量流量计会出现气液两相流量测量误差加大以及较小流量的测量结果为零，上述问题极大限制了质量流量计测量气液两相流量的广泛应用。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种测量范围宽、适用性强的气液两相质量流量计。
本发明一个进一步的目的是要使得气液两相质量流量计测量更加准确。
特别地，本发明提供了一种气液两相质量流量计，该气液两相质量流量计包括：质量流量计，用于测量被测气液两相流体的温度、质量流量和混合密度；压力差压复合传感器，其差压正引压管以及差压负引压管分别连接质量流量计流向上游的管路和流向下游的管路，用于测量被测气液两相流体流经质量流量计前后的平均压力和差压；流量计算机，分别与质量流量计以及压力差压复合传感器连接，根据质量流量计以及压力差压复合传感器的各测量参数，及预设的液相密度和气相密度，计算得到被测气液两相流体的气液两相流量。
可选地，流量计算机计算气液两相流量的过程配置为：判断质量流量计测量的质量流量是否大于预设的下限阈值；若是，由质量流量计测得气液混合质量流量、密度、温度、及预设的液相密度和气相密度、压力差压复合传感器测得的压力平均，结合流量计算机内预置的数据库，计算得到气液两相流量；若否，根据差压以及质量流量计测量的混合密度计算得到气液混合质量流量值，并将这个气液混合质量流量值替代质量流量计测量的质量流量值，经计算得到气液两相流量。
可选地，由差压通过流量计算机计算出气液混合质量流量值的公式为：
在公式中，Qm为气液混合质量流量值，K为已知节流流量系数，ΔP为差压，ρ为质量流量计测量的混合密度。
可选地，上述气液两相质量流量计还包括：气液混合器，设置于质量流量计的流入端的上游管路中，使得被测气液两相流体混合进入质量流量计。
可选地，上述气液两相质量流量计还包括：入口法兰，与质量流量计的流入端相连，并用于接入被测气液两相流体；出口法兰，与质量流量计的流出端相连，并用于供出被测气液两相流体。
可选地，上述气液两相质量流量计还包括：节流件，设置在入口法兰与质量流量计的流入端之间或者设置在质量流量计的流出端与出口法兰之间，用于增大差压正引压管与差压负引压管之间的差压。
可选地，节流件设置于所述出口法兰的管芯内，出口法兰的部分管芯具有螺纹；并且气液两相质量流量计还包括：锁紧压盖，其外周缘与螺纹配合，以将节流件固定于出口法兰的管芯内。
可选地，上述气液两相质量流量计还包括：正压室取压法兰，与入口法兰相接，并具有通向差压正引压管的通道，节流件固定于正压室取压法兰与入口法兰相接的位置处；和/或负压室取压法兰，与出口法兰相接，并具有通向差压负引压管的通道，节流件固定于负压室取压法兰与出口法兰相接的位置处。
可选地，上述气液两相质量流量计还包括：两个平衡隔离罐，分别串接于差压正引压管以及差压负引压管中。
可选地，上述气液两相质量流量计还包括：两个开关阀，串接于差压正引压管以及差压负引压管中。
本发明的气液两相质量流量计，分别利用质量流量计测量被测气液两相流体的温度、质量流量和混合密度，利用压力差压复合传感器测量被测气液两相流体流经质量流量计前后的平均压力和差压，流量计算机根据质量流量计以及压力差压复合传感器的各测量参数，及外部输入预置的液相密度和气相密度，结合流量计算机内的数据库，计算得到被测气液两相流体的气液两相流量，在质量流量计无法测量的气液两相流量下限范围内，使用压力差压复合传感器测量的差压值计算出气液两相流量的质量流量，替代质量流量计测得的质量流量，弥补了质量流量计在测量气液两相流量时的下限流量部分，大大提高了气液两相质量流量计的测量范围和适应性。
进一步地，本发明的气液两相质量流量计，还通过对节流件、连接法兰、压力差压复合传感器的引压管等部件的构造进行优化，保证了气液两相质量流量计的工作可靠性。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的气液两相质量流量计的示意性结构图；
图2是根据图1所示的气液两相质量流量计的另一角度的示意图；
图3是根据本发明一个实施例的气液两相质量流量计中节流件的构造示意图；
图4是根据本发明另一实施例的气液两相质量流量计的构造示意图；以及
图5是图4中A处的放大图。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的气液两相质量流量计的示意性结构图。图2是根据图1所示的气液两相质量流量计的另一角度的示意图。
本实施例的气液两相质量流量计一般性地可以包括：质量流量计100、压力差压复合传感器200、流量计算机300。
质量流量计100，连接于被测气液两相流体的管路中，用于测量被测气液两相流体的温度、质量流量和混合密度。
压力差压复合传感器200，其差压正引压管210以及差压负引压管220分别连接质量流量计100流向上游的管路和流向下游的管路，用于测量被测气液两相流体流经质量流量计100前后的差压和平均压力。
流量计算计300，分别与质量流量计100以及压力差压复合传感器200用通讯导线连接，根据质量流量计100以及压力差压复合传感器200的各测量参数，及外部输入预置的液相密度和气相密度，结合流量计算机内预置的数据库，计算得到被测气液两相流体的气液两相流量。
压力差压复合传感器200与流量计算机300可以集成设置。
由于质量流量计100的计量特点，对于较小的气液两相质量流量，质量流量计100无法计量质量流量(混合密度和温度在任何状况均可以测量)，导致流量值直接为零。也就是说质量流量计100具有下限流量，仅能对下限流量以上的范围的质量流量进行计量。而在工业多相流计量领域，特别在凝析天然气井、含液页岩气井、油井等工况中，流量始终处于波动状态，这导致了质量流量计应用受限。本实施例的气液两相质量流量计通过增加压力差压复合传感器200，对质量流量计无法计量的范围，使用压力差压复合传感器200的测量参数和质量流量计测得的密度可计算出质量流量，对下限质量流量进行弥补。
流量计算机300计算气液两相流量的过程可以为，判断质量流量计100测量的质量流量是否超过预设的阈值；若是，由质量流量计100测得气液混合质量流量、混合密度、温度、及预设的液相密度和气相密度(例如可以根据测量工况通过外部输入进行设置)、压力差压复合传感器200测得的压力平均值，结合流量计算机300内置的数据库，计算得到气液两相流量；若否，根据差压以及质量流量计100测量的混合密度计算得到气液混合质量流量值，并替代质量流量计100测得的质量流量值，经计算得到气液两相流量。上述质量流量的阈值可以根据质量流量计100的流量下限进行设置。也即流量计算机300在气液两相流量较大时，直接使用质量流量计100测量的质量流量计算得到气液两相流量；而在在流量较小时，根据差压以及质量流量计100测量的混合密度计算得到气液混合质量流量值，利用气液混合质量流量值计算得到气液两相流量。
流量计算机300根据差压计算质量流量的公式为：在该公式中，Qm为气液两相质量流量，K为已知的节流流量系数，ΔP为差压，ρ为质量流量计100测量的混合密度。
上述预置的液相密度以及气相密度可以由用户提供预先进行输入。在进行计算时，流量计算机300获取质量流量计100测得的数值(可以包括气液混合流量、混合密度、温度)，以及压力差压复合传感器200测得的参数(可以包括质量流量计100前后差压、差压噪音、质量流量计100前压力)，结合预先设置的液相密度和气相密度，通过根据试验室和现场录取的试验数据建立的数据库，综合以上多个测量参数和数据库，通过计算得到气液两相流量。由于流体测量的复杂性，部分测量数据的处理通过试验数据建立的数据库进行修正，也即传感器测得的结果需要利用数据库的参数进行修正处理后，再参与后续计算。由于在确定气液两相各自的密度以及混合密度计算气液两相各自流量的算法是本领域技术人员所习知的，因此在此不做赘述。
气液两相质量流量计还可以包括：气液混合器130、入口法兰110、出口法兰120、两个平衡隔离罐230、两个开关阀240、节流件140等部件。
气液混合器130设置于质量流量计100的流入端的上游管路中，使得被测气液两相流体混合进入质量流量计100。
入口法兰110与质量流量计100的流入端相连，并用于接入被测气液两相流体；出口法兰120与质量流量计100的流出端相连，并用于供出被测气液两相流体。
节流件140设置在入口法兰110与质量流量计100的流入端之间或者设置在质量流量计100的流出端与出口法兰120之间，用于增大差压正引压管210与差压负引压管220之间的差压。
两个开关阀240串接于差压正引压管210以及差压负引压管220中，用于开闭差压正引压管210以及差压负引压管220.
图3是根据本发明一个实施例的气液两相质量流量计中节流件140的构造示意图。
出口法兰120的部分管芯具有螺纹，节流件140设置于出口法兰120的管芯内。锁紧压盖142，其外周缘与螺纹配合，将节流件140锁紧固定于出口法兰120的管芯内。差压负引压管220设置于节流件140的下游。
图4是根据本发明另一实施例的气液两相质量流量计的构造示意图。图5是图4中A处的放大图。该实施例的气液两相质量流量计对节流件140的布置位置以及固定构造与上一实施例存在区别，省去了锁紧压盖142，而直接采用法兰来固定节流件140。
压力差压复合传感器200利用正压室取压法兰211以及负压室取压法兰221连接至流体的管路中。例如正压室取压法兰211与入口法兰110相接，并具有通向差压正引压管210的通道；负压室取压法兰221，与出口法兰120相接，并具有通向差压负引压管220的通道。
节流件140固定于正压室取压法兰211与入口法兰110相接的位置处，也即被正压室取压法兰211与入口法兰110压接固定。节流件140也可以固定于负压室取压法兰221与出口法兰120相接的位置处，也即被负压室取压法兰221与出口法兰120压接固定。节流件140可以设置在入口法兰110处，也可以设置在出口法兰120处，也可以在入口法兰110和出口法兰120处均设置。图5示出负压室取压法兰221与出口法兰120相接的位置处布置节流件140的结构。
本实施例的气液两相质量流量计，在质量流量计100无法测量的量程范围内，使用压力差压复合传感器200的测量参数和质量流量计100测得的气液混合密度，计算得到气液混合质量流量值，弥补了质量流量计100在测量气液两相流量时的下限流量部分，大大提高了气液两相质量流量计的测量范围和适应性，可以广泛应用于凝析天然气井、含液页岩气井、油井的多相流量测量，大大提高了气液两相质量流量计的测量范围和适应性。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (10)
1.一种气液两相质量流量计，包括：
质量流量计，用于测量被测气液两相流体的质量流量、温度、和混合密度；
压力差压复合传感器，其差压正引压管以及差压负引压管分别连接所述质量流量计流向上游的管路和流向下游的管路，用于测量所述被测气液两相流体流经所述质量流量计前后的平均压力和差压；
流量计算机，分别与所述质量流量计以及所述压力差压复合传感器连接，根据所述质量流量计以及所述压力差压复合传感器的测量结果，计算得到所述被测气液两相流体的气液两相流量。
2.根据权利要求1所述的气液两相质量流量计，其特征在于，所述流量计算机计算所述气液两相流量的过程配置为：
判断所述质量流量计测量的质量流量是否超过预设的阈值；
若是，由所述质量流量计测得的气液混合质量流量、温度、和混合密度、以及预设的液相密度和气相密度、所述压力差压复合传感器测得的平均压力，结合所述流量计算机内预置的数据库，计算得到气液两相流量；
若否，根据所述差压以及所述质量流量计测量的混合密度计算得到气液混合质量流量值，并将所述气液混合质量流量值替代质量流量计测量的质量流量值，经计算得到所述气液两相流量；
3.根据权利要求2所述的气液两相质量流量计，其特征在于
所述流量计算机计算所述气液混合质量流量值的公式为：
在公式中，Qm为所述气液混合质量流量值，K为已知的节流流量系数，ΔP为所述差压，ρ为所述质量流量计测量的混合密度。
4.根据权利要求1所述的气液两相质量流量计，其特征在于还包括：
气液混合器，设置于所述质量流量计的流入端的上游管路中，使得所述被测气液两相流体混合进入所述质量流量计。
5.根据权利要求1所述的气液两相质量流量计，其特征在于还包括：
入口法兰，与所述质量流量计的流入端相连，并用于接入所述被测气液两相流体；
出口法兰，与所述质量流量计的流出端相连，并用于供出所述被测气液两相流体。
6.根据权利要求5所述的气液两相质量流量计，其特征在于还包括：
节流件，设置在所述入口法兰与所述质量流量计的流入端之间或者设置在所述质量流量计的流出端与所述出口法兰之间，用于增大所述差压正引压管与所述差压负引压管之间的差压。
7.根据权利要求6所述的气液两相质量流量计，其特征在于
所述节流件设置于所述出口法兰的管芯内，所述出口法兰的部分管芯具有螺纹；并且
所述气液两相质量流量计还包括：锁紧压盖，其外周缘与所述螺纹配合，以将所述节流件固定于所述出口法兰的管芯内。
8.根据权利要求6所述的气液两相质量流量计，其特征在于还包括：
正压室取压法兰，与所述入口法兰相接，并具有通向所述差压正引压管的通道，所述节流件固定于所述正压室取压法兰与所述入口法兰相接的位置处；和/或
负压室取压法兰，与所述出口法兰相接，并具有通向所述差压负引压管的通道，所述节流件固定于所述负压室取压法兰与所述出口法兰相接的位置处。
9.根据权利要求1所述的气液两相质量流量计，其特征在于还包括：
两个平衡隔离罐，分别串接于所述差压正引压管以及所述差压负引压管中。
10.根据权利要求1所述的气液两相质量流量计，其特征在于还包括：
两个开关阀，串接于所述差压正引压管以及所述差压负引压管中。
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