CN110715700A - 一种新型流动调整器及计量仪表一体化装置 - Google Patents

一种新型流动调整器及计量仪表一体化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型流动调整器及计量仪表一体化装置，该新型流动调整器包括圆形的整流板，整流板上设置有若干圆孔，圆孔以整流板中心为基准呈放射状分布，且孔径由内到外依次减小，该计量仪表一体化装置包括依次连接的前截断阀、流动调整器、前直管段、旋进漩涡流量计、后直管段和后截断阀。本发明通过流动调整器和旋进漩涡流量计的一体化设计，可以有效地消除管路中气流旋涡并在一定程度上改善速度分布畸变，在减少占地的情况下有效提高旋进漩涡流量计的计量精度，减少由于流动调整器安装不慎或者与计量设备适应性差而导致的整流效果不理想的情况，为流动调整器与计量仪表一体化生产设计提供参考标准。

Description

一种新型流动调整器及计量仪表一体化装置
技术领域
本发明属于油田伴生气计量领域，尤其涉及油田生产中流体流动状态复杂情况下的油田伴生气的计量。
背景技术
旋进漩涡流量计是集流量计量、温度压力检测功能于一体的新一代流量计，能自动跟踪修正被测气体的温度、压力和压缩因子，直接检测气体的标准体积流量和总量。因为其无机械转动部件，不受介质密度、粘度影响，安装使用方便且安全防爆，不易腐蚀，稳定性好，因此在油田生产现场代替了以往的孔板流量计并得到了广泛应用。
实际油田生产现场条件复杂，封闭管道中气体流速和压力的突变造成的脉动流会导致计量产生较大误差，最大可达20％～30％。另一方面，计量站的管道配置通常都会产生各种各样的流态畸变，如流量计上、下游管道直径的突变，弯头、三通等阻流件均会造成旋涡和速度分布剖面不对称，从而造成流态畸变，对计量的准确度造成较大误差。为减小流动状态对计量准确度的影响，一般在流量计的前后合理设计足够长的直管段以保证流动介质的稳定。对于旋进漩涡流量计，表前直管段至少不小于5D，表后直管段不小于2D。另外还应根据流量计上游管道阻流件的不同调节直管道的长度。但由于该方法受地理空间位置的限制，且因管道配置所造成的流态畸变会传播几百倍管径的距离才会完全消失，因此选择在流量计上游引入流动调整器，以最大限度地减少或消除流量计上游延伸而来的流态畸变，并且节约占地。
由于流动调整器本身也会造成流态畸变，因此整流器与流量计入口之间仍需要一定长度的直管段，该管道长度根据流动调整器设计的不同功能进行选择。如安装不慎，产生的副作用可能会导致计量的进一步偏差。但由于各个站场工艺设计与计量设备的不同，直接在原有计量设备的基础上安装流动调整器并不能达到一种很理想的效果。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种新型流动调整器及计量仪表一体化装置，能够提高旋进漩涡气体流量计的计量准确度，减少前后直管道的设计长度，克服流动调整器安装不慎或者与计量设备适应性差导致的整流效果不理想的情况，为整流器与计量仪表一体化生产设计提供参考标准。
所述圆孔以整流板中心为基准呈放射状分布。根据流动介质在管道中心流速较大，沿径向流速减小的流动特性，为使流动介质经所述整流板调整后流速分布均匀，所述圆孔的孔径由内到外依次减小。
为达到上述目的，本发明提供一种新型流动调整器，包括圆形的整流板，所述整流板上设置有若干圆孔，所述圆孔以整流板中心为基准呈放射状分布。根据流动介质在管道中心流速较大，沿径向流速减小的流动特性，为使流动介质经所述整流板调整后流速分布均匀，所述圆孔的孔径由内到外依次减小。
进一步的，所述圆孔在所述整流板上由内到外分别布置为中心圆孔、第一圈圆孔、第二圈圆孔和第三圈圆孔，所述中心圆孔的孔径r0＝0.18D，所述第一圈圆孔的孔径r1＝0.16D，所述第二圈圆孔的孔径r2＝0.12D，所述第三圈圆孔的孔径r3＝0.08D，其中D为整流板和待测管道的直径。
进一步的，所述第一圈圆孔的圆心与所述整流板中心的距离d1＝0.375D，所述第二圈圆孔的圆心与所述整流板中心的距离d2＝0.68D，所述第三圈圆孔的圆心与所述整流板中心的距离d2＝0.9D。
进一步的，所述圆孔设置有48个，其中所述第一圈圆孔设置有7个，所述第二圈圆孔设置有16个，所述第三圈圆孔设置有24个。
进一步的，所述圆孔入口设置有圆弧倒角，以降低所述流动调整器的压损。
进一步的，所述整流板的厚度h＝0.125D。
此外，本发明还提供一种计量仪表一体化装置，包括前截断阀、所述流动调整器、前直管段、旋进漩涡流量计、后直管段和后截断阀，所述前截断阀、所述流动调整器、所述前直管段、所述旋进漩涡流量计、所述后直管段和所述后截断阀分别依次连接。由于所述流动调整器本身也会造成一定的流态畸变，因此所述流动调整器与所述旋进漩涡流量计之间设置的所述前直管段可以保证所述流动调整器对流动调整达到最佳的效果。
进一步的，保证气体的正常输送和维修检查，在满足所述前直管段和所述后直管段的前提下，再设置一个旁通管道和旁通阀，所述旁通管道的输入端与所述前截断阀的输入端连接，所述旁通管道的输出端与所述后截断阀的输出端连接，所述旁通阀设置于旁通管道内。
进一步的，所述前直管段的长度为其直径的7.5倍。
进一步的，所述后直管段的长度与其直径相等。
进一步的，所述流动调整器两端设置有法兰，所述流动调整器通过所述法兰与所述前直管段连接。
本发明的有益效果在于：
(1)通过流动调整器和旋进漩涡流量计的一体化设计，可以有效地消除管路中气流旋涡并在一定程度上改善速度分布畸变，在减少占地的情况下有效提高旋进漩涡流量计的计量精度，减少由于流动调整器安装不慎或者与计量设备适应性差而导致的整流效果不理想的情况，为流动调整器与计量仪表一体化生产设计提供参考标准；
(2)根据流动介质在管道中心流速较大且沿径向流速减小的流动特性，将流动调整器的整流板上若干圆孔的孔径由内到外依次减小，可以使流动介质经流动调整器调整后流速分布均匀；
(3)由于流动调整器本身也会造成一定的流态畸变，因此在流动调整器与旋进漩涡流量计之间设置的前直管段可以保证流动调整器对流动调整达到最佳的效果；
(4)流动调整器的圆孔入口设置有圆弧倒角，可以降低流动调整器的压损；
(5)在满足前直管段和后直管段的前提下设置了旁通管道和旁通阀，可以保证气体的正常输送和维修检查。
附图说明
图1是本发明的新型流动调整器的结构示意图；
图2是本发明的新型流动调整器沿径向的剖面示意图；
图3是本发明的新型流动调整器的圆孔入口倒角示意图；
图4是本发明的计量仪表一体化装置示意图；
图5是K-Lab NOVA流动调整器在X＝-25mm处的流体速度分布图；
图6是本发明的新型流动调整器在X＝-25mm处的流体速度分布图；
图7是K-Lab NOVA流动调整器在X＝32mm处的流体速度分布图；
图8是本发明的新型流动调整器在X＝32mm处的流体速度分布图；
图9是K-Lab NOVA流动调整器在X＝60mm处的流体速度分布图；
图10是本发明的新型流动调整器在X＝60mm处的流体速度分布图；
图11是K-Lab NOVA流动调整器在X＝100mm处的流体速度分布图；
图12是本发明的新型流动调整器在X＝100mm处的流体速度分布图；
图13是K-Lab NOVA流动调整器在X＝500mm处的流体速度分布图；
图14是本发明的新型流动调整器在X＝500mm处的流体速度分布图；
图15是K-Lab NOVA流动调整器在X＝1000mm处的流体速度分布图；
图16是本发明的新型流动调整器在X＝1000mm处的流体速度分布图；
附图标记：1-前截断阀，2-流动调整器，3-前直管段，4-旋进漩涡流量计，5-后直管段，6-后截断阀，7-旁通管道，8-旁通阀。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例考虑到旋进漩涡流量计的计量精度要求以及计量介质流动状态，为消除旋涡并改善中等程度的速度分布畸变，本实施例基于Zanker流动调整板，提供了一种新型流动调整器，如图1和2所示，该新型流动调整器包括圆形的整流板，整流板上设置有若干圆孔，圆孔以整流板中心为基准呈放射状分布。根据流动介质在管道中心流速较大，沿径向流速减小的流动特性，为使流动介质经整流板调整后流速分布均匀，将圆孔的孔径由内到外依次减小。
具体的，圆孔在整流板上由内到外分别布置为中心圆孔、第一圈圆孔、第二圈圆孔和第三圈圆孔，中心圆孔的孔径r0＝0.18D，第一圈圆孔的孔径r1＝0.16D，第二圈圆孔的孔径r2＝0.12D，第三圈圆孔的孔径r3＝0.08D，其中D为整流板和待测管道的直径。该整流板的厚度h＝0.125D，通流比为59.52％。第一圈圆孔的圆心与整流板中心的距离d1＝0.375D，第二圈圆孔的圆心与整流板中心的距离d2＝0.68D，第三圈圆孔的圆心与整流板中心的距离d2＝0.9D。圆孔设置有48个，其中第一圈圆孔设置有7个，第二圈圆孔设置有16个，第三圈圆孔设置有24个。此外，如图3所示，圆孔入口设置有圆弧倒角，以降低流动调整器的压损。
为说明本实施例新型流动调整器的进步性，取90°弯管建立数值模型，分别对本实施例的新型流动调整器与ISO5167中推荐的新星流动调整器(K-Lab NOVA)进行数值模拟计算。弯管模型直径50mm，坐标原点位于整流板左侧中心，X轴为流动方向，入口直管段100mm，整流板的前端直管段50mm，后端直管段1m。管内流动介质为天然气。分别取整流板前后D/2以及X＝60、100、500、1000mm的横截面观察速度分布情况，其中D为整流板直径。如图5～16所示，根据模拟结果，两种流动调整器前端的速度分布为管道外侧流速大，内侧流速小；流经流动调整器后，速度呈环状分布，中心速度最大，往外圈依次减小。两种流动调整器调整后在X＝100mm截面处流速分布较为均匀，但是K-Lab NOVA调整器调整后流体不稳定，且在之后的流动中流速分布又出现了显著差异，而本实施例的新型流动调整器在之后的管段中流速分布较为稳定，没有出现混乱分布的情况。由此可知，本实施例的新型流动调整器能够较好地改善调整效果。
更进一步地，取两种流动调整器前后约D/2的横截面进行压损分析。K-Lab NOVA调整器前后压力损失约为5.53Pa，而本实施例的新型流动调整器前后压力损失约为4.9Pa，两者压损大小相差不大，但可以看出本实施例的新型流动调整器具有较高通流比能够有效地降低压损。由于旋进漩涡流量计压损较大，为其他流量计的3～4倍，因此采用通流比较高的流动调整器较为合适。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上：
本实施例提供了一种计量仪表一体化装置，如图4所示，包括前截断阀1、流动调整器2、前直管段3、旋进漩涡流量计4、后直管段5和后截断阀6，前截断阀1、流动调整器2、前直管段3、旋进漩涡流量计4、后直管段5和后截断阀6分别依次连接。由于流动调整器2本身也会造成一定的流态畸变，因此流动调整器2与旋进漩涡流量计4之间设置的前直管段3可以保证流动调整器2对流动调整达到最佳的效果。具体的，前直管段3的长度为其直径的7.5倍，后直管段5的长度与其直径相等，流动调整器2两端设置有法兰，流动调整器2通过法兰与前直管段3连接。
为了保证气体的正常输送和维修检查，在满足前直管段3和后直管段5的前提下，再设置一个旁通管道7和旁通阀8，旁通管道7的输入端与前截断阀1的输入端连接，旁通管道7的输出端与后截断阀6的输出端连接，旁通阀8设置于旁通管道7内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是有线连接，也可以是无线连接。

Claims (10)

1.一种新型流动调整器，其特征在于，包括圆形的整流板，所述整流板上设置有若干圆孔，所述圆孔以整流板中心为基准呈放射状分布，且孔径由内到外依次减小；所述圆孔在所述整流板上由内到外分别布置为中心圆孔、第一圈圆孔、第二圈圆孔和第三圈圆孔，所述中心圆孔的孔径r0＝0.18D，所述第一圈圆孔的孔径r1＝0.16D，所述第二圈圆孔的孔径r2＝0.12D，所述第三圈圆孔的孔径r3＝0.08D，其中D为整流板和待测管道的直径。
2.根据权利要求1所述的一种新型流动调整器，其特征在于，所述第一圈圆孔的圆心与所述整流板中心的距离d1＝0.375D，所述第二圈圆孔的圆心与所述整流板中心的距离d2＝0.68D，所述第三圈圆孔的圆心与所述整流板中心的距离d2＝0.9D。
3.根据权利要求1所述的一种新型流动调整器，其特征在于，所述圆孔设置有48个，其中所述第一圈圆孔设置有7个，所述第二圈圆孔设置有16个，所述第三圈圆孔设置有24个。
4.根据权利要求1所述的一种新型流动调整器，其特征在于，所述圆孔入口设置有圆弧倒角。
5.根据权利要求1所述的一种新型流动调整器，其特征在于，所述整流板的厚度h＝0.125D。
6.一种使用如权利要求1所述的流动调整器的计量仪表一体化装置，其特征在于，包括前截断阀、所述流动调整器、前直管段、旋进漩涡流量计、后直管段和后截断阀，所述前截断阀、所述流动调整器、所述前直管段、所述旋进漩涡流量计、所述后直管段和所述后截断阀分别依次连接。
7.根据权利要求6所述的一种计量仪表一体化装置，其特征在于，还设置有旁通管道和旁通阀，所述旁通管道的输入端与所述前截断阀的输入端连接，所述旁通管道的输出端与所述后截断阀的输出端连接，所述旁通阀设置于旁通管道内。
8.根据权利要求6所述的一种计量仪表一体化装置，其特征在于，所述前直管段的长度为其直径的7.5倍。
9.根据权利要求6所述的一种计量仪表一体化装置，其特征在于，所述后直管段的长度与其直径相等。
10.根据权利要求6所述的一种计量仪表一体化装置，其特征在于，所述流动调整器两端设置有法兰，所述流动调整器通过所述法兰与所述前直管段连接。
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