JP2000249673A - 多相流体の成分率測定方法及びそれを利用した成分率計 - Google Patents
多相流体の成分率測定方法及びそれを利用した成分率計Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多相流体を構成する各流体の成分をより正確
に測定する。 【解決手段】 配管内を流れる水及び油からなる液体と
ガスとからなる多相流体に関する所定の物理特性を測定
することにより多相流体を構成する各流体の成分率を算
出する方法において、配管が水と油で満たされる瞬間に
測定された所定の物理特性から得られる多相流体の平均
比誘電率を、水と油から構成される流体の該物理特性に
対する平均比誘電率の較正曲線６１を表す関数を用いて
算出し、測定された該物理特性の平均値から得られる多
相流体の平均比誘電率を、水と油からなる液体の該物理
特性から定まる値６３とガスの該物理特性から定まる値
６４とを結ぶ平均比誘電率の較正曲線６５を表す関数を
用いて算出する。
に測定する。 【解決手段】 配管内を流れる水及び油からなる液体と
ガスとからなる多相流体に関する所定の物理特性を測定
することにより多相流体を構成する各流体の成分率を算
出する方法において、配管が水と油で満たされる瞬間に
測定された所定の物理特性から得られる多相流体の平均
比誘電率を、水と油から構成される流体の該物理特性に
対する平均比誘電率の較正曲線６１を表す関数を用いて
算出し、測定された該物理特性の平均値から得られる多
相流体の平均比誘電率を、水と油からなる液体の該物理
特性から定まる値６３とガスの該物理特性から定まる値
６４とを結ぶ平均比誘電率の較正曲線６５を表す関数を
用いて算出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、配管内を流れる
油、水などの液相とガスなどの気相を含む多相流体を構
成する各流体の成分率の測定に関するものである。
油、水などの液相とガスなどの気相を含む多相流体を構
成する各流体の成分率の測定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、石油開発現場での原油、海水、ガ
スの流量計測や、原子力機器の冷却管路内の冷却水と蒸
気の流量計測に対して、それらの多相流体を未分離のま
ま各流体の流量を計測する多相流流量計の開発が進んで
いる。それらは、誘電率や導電率といった流体の電気的
特性やガンマ線の透過率といった物理的特性を利用した
成分率計測と、多相流の持つ空間的変動を二台の検出器
を通過で検出し、その遅れ時間から流速を計測するも
の、あるいはベンチュリを通過する多相流の差圧から流
速を計測するもの、さらにはタービンの回転数から流量
を演算するものがある。
スの流量計測や、原子力機器の冷却管路内の冷却水と蒸
気の流量計測に対して、それらの多相流体を未分離のま
ま各流体の流量を計測する多相流流量計の開発が進んで
いる。それらは、誘電率や導電率といった流体の電気的
特性やガンマ線の透過率といった物理的特性を利用した
成分率計測と、多相流の持つ空間的変動を二台の検出器
を通過で検出し、その遅れ時間から流速を計測するも
の、あるいはベンチュリを通過する多相流の差圧から流
速を計測するもの、さらにはタービンの回転数から流量
を演算するものがある。
【０００３】図１は一周波式の静電容量式成分率計２台
と差圧式流量計を併用した従来例の多相流流量計であ
る。配管１の中を流れる多相流体２は、図２に示すよう
に、多くの場合、スラグ流やプラグ流といわれる大気泡
３３を伴ったフローパターンで流れる。このとき、静電
容量式成分率計３から出力される静電容量の時系列波形
は、図３に示すような振動的な波形となり、各流体の静
電容量が水＞油＞ガスの順に小さくなるため、検出され
る静電容量Ｃは、大気泡３３が電極４を通過していると
きには小さくなり、大気泡３３が通過した後、油と水か
らなる液相３２が電極４を通過するときには極大とな
る。
と差圧式流量計を併用した従来例の多相流流量計であ
る。配管１の中を流れる多相流体２は、図２に示すよう
に、多くの場合、スラグ流やプラグ流といわれる大気泡
３３を伴ったフローパターンで流れる。このとき、静電
容量式成分率計３から出力される静電容量の時系列波形
は、図３に示すような振動的な波形となり、各流体の静
電容量が水＞油＞ガスの順に小さくなるため、検出され
る静電容量Ｃは、大気泡３３が電極４を通過していると
きには小さくなり、大気泡３３が通過した後、油と水か
らなる液相３２が電極４を通過するときには極大とな
る。
【０００４】ここで、多相流体の各成分率を油分率
ＨP 、水分率ＨW 、及び、ガスボイド率ＨG とすると、
式（１）が成り立つ。また、既知の油、水、ガスの比誘
電率をそれぞれεP 、εW 、εG とすると、測定される
静電容量Ｃの時間的平均値Ｃmeanとの間には式（２）が
成り立つ。さらに、測定される静電容量Ｃの極大値Ｃ
maxについては、油と水からなる流体の比誘電率を考慮
すればよいので、式（３）が成り立つ。したがって、式
（１）〜式（３）の連立方程式を解くことによって、多
相流体２の各成分率を求めることが可能となる。
ＨP 、水分率ＨW 、及び、ガスボイド率ＨG とすると、
式（１）が成り立つ。また、既知の油、水、ガスの比誘
電率をそれぞれεP 、εW 、εG とすると、測定される
静電容量Ｃの時間的平均値Ｃmeanとの間には式（２）が
成り立つ。さらに、測定される静電容量Ｃの極大値Ｃ
maxについては、油と水からなる流体の比誘電率を考慮
すればよいので、式（３）が成り立つ。したがって、式
（１）〜式（３）の連立方程式を解くことによって、多
相流体２の各成分率を求めることが可能となる。
【０００５】 ＨP ＋ＨW ＋ＨG ＝１ …（１） εP ＨP ＋εW ＨW ＋εG ＨG ＝ｆε（Ｃmean） …（２） εP ＨP ＋εW ＨW ＝（１−ＨG ）×ｆε（Ｃmax ） …（３） ここで、ｆε（Ｃ）は静電容量式成分率計３に固有の関
数で、静電容量Ｃから多相流体の平均比誘電率を与える
ものである。これにより、静電容量式成分率計３で、油
分率ＨP 、水分率ＨW 、及びガスボイド率ＨG を得るこ
とができる。
数で、静電容量Ｃから多相流体の平均比誘電率を与える
ものである。これにより、静電容量式成分率計３で、油
分率ＨP 、水分率ＨW 、及びガスボイド率ＨG を得るこ
とができる。
【０００６】さらに、２台の静電容量式成分率計３、
３′で相関流速計６を構成すると、大気泡の移動に起因
する静電容量のゆらぎが測定され、そのゆらぎの時間差
から大気泡の移動速度、すなわち、気相の流速ｕG が測
定される。
３′で相関流速計６を構成すると、大気泡の移動に起因
する静電容量のゆらぎが測定され、そのゆらぎの時間差
から大気泡の移動速度、すなわち、気相の流速ｕG が測
定される。
【０００７】一方、気液間の速度スリップｓ（ｓ＝気相
の流速ｕG ／液相の流速ｕL ）を考慮した場合、既知の
油、水、ガスの各密度ρP 、ρW 、ρG と、多相流体の
平均密度ρ′M との関係は式（４）のようになり、差圧
式流量計７で検出される差圧Δｐv と液体流速ｕL の関
係は式（５）で表される。既に静電容量式水分率計３に
より各成分率ＨP 、ＨW 、ＨG は決定されているので、
式（４）と式（５）の連立方程式を解くことにより、液
体流速ｕL を求めることができる。 ρ′M ＝ｆP （ＨP ，ＨW ，ＨG ，ｓ）・ρP ＋ｆW （ＨP ，ＨW ，ＨG ， ｓ）・ρW ＋ｆG （ＨP ，ＨW ，ＨG ，ｓ）・ρG …（４）
の流速ｕG ／液相の流速ｕL ）を考慮した場合、既知の
油、水、ガスの各密度ρP 、ρW 、ρG と、多相流体の
平均密度ρ′M との関係は式（４）のようになり、差圧
式流量計７で検出される差圧Δｐv と液体流速ｕL の関
係は式（５）で表される。既に静電容量式水分率計３に
より各成分率ＨP 、ＨW 、ＨG は決定されているので、
式（４）と式（５）の連立方程式を解くことにより、液
体流速ｕL を求めることができる。 ρ′M ＝ｆP （ＨP ，ＨW ，ＨG ，ｓ）・ρP ＋ｆW （ＨP ，ＨW ，ＨG ， ｓ）・ρW ＋ｆG （ＨP ，ＨW ，ＨG ，ｓ）・ρG …（４）
【０００８】
【数１】
【０００９】ここで、ｆP 、ｆW 、ｆG は各流体の密度
の重み付け係数で、ＨP 、ＨW 、Ｈ G 、ｓ、の関数で与
えられるものであり、また、ＣV は差圧式流量計７に固
有の流量係数である。以上、静電容量成分率計３から得
られた成分率ＨP 、ＨW 、ＨG 、相関流量計６から得ら
れた気体流速ｕG 、及び差圧式流量計７を利用して得ら
れた液体流速ｕL から、式（６）により各流体の流量Ｑ
P 、ＱW 、ＱG を求めることができる。なお、これらの
計算は、図中の相別流量演算回路１１において行なわれ
る。また、図中の絶対圧計９と温度計１０は、各流体の
密度や誘電率などのパラメータ、及び特にガスの（体
積）流量の温圧補正を行うためのものである。
の重み付け係数で、ＨP 、ＨW 、Ｈ G 、ｓ、の関数で与
えられるものであり、また、ＣV は差圧式流量計７に固
有の流量係数である。以上、静電容量成分率計３から得
られた成分率ＨP 、ＨW 、ＨG 、相関流量計６から得ら
れた気体流速ｕG 、及び差圧式流量計７を利用して得ら
れた液体流速ｕL から、式（６）により各流体の流量Ｑ
P 、ＱW 、ＱG を求めることができる。なお、これらの
計算は、図中の相別流量演算回路１１において行なわれ
る。また、図中の絶対圧計９と温度計１０は、各流体の
密度や誘電率などのパラメータ、及び特にガスの（体
積）流量の温圧補正を行うためのものである。
【００１０】
【数２】
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記の多相流流量計に
用いられる静電容量式成分率計は、静電容量測定のため
の一組の電極を多相流が流れる配管の外周に対向配置し
ている。具体的には、図４のように多相流の流れ方向に
沿ってシート型電極４１、４２を平行に対向させその間
の静電容量を測定する方法や、図５のように円筒型電極
４３、４４を多相流の流れ方向と直交方向に対向させそ
の間の静電容量を測定する方法が用いられる。なお、図
５において、４５は電圧駆動装置、４６は電流測定装置
である。
用いられる静電容量式成分率計は、静電容量測定のため
の一組の電極を多相流が流れる配管の外周に対向配置し
ている。具体的には、図４のように多相流の流れ方向に
沿ってシート型電極４１、４２を平行に対向させその間
の静電容量を測定する方法や、図５のように円筒型電極
４３、４４を多相流の流れ方向と直交方向に対向させそ
の間の静電容量を測定する方法が用いられる。なお、図
５において、４５は電圧駆動装置、４６は電流測定装置
である。
【００１２】ところで、式（２）、式（３）に示したｆ
ε （Ｃ）は、これらの静電容量式成分率計に固有の関
数で、従来は、静電容量Ｃから多相流体の平均比誘電率
を与えるものとしてひとつの関数しか与えていない。し
かし、二つの成分からなる多相流に対しては一つの関数
を与えることにより一意に成分が決まるが、油、水、及
びガスのような三成分からなる多相流に対しては一つの
関数では問題が生じる場合がある。すなわち、静電容量
式成分率計で測定される多相流の静電容量と比誘電率の
関係が直線、つまりｆε （Ｃ）が一次曲線で表すこと
のできる関数である時は問題がないが、三成分からなる
多相流に対して図４や図５の構成を用いた場合、多相流
の静電容量と比誘電率の関係が二次以上の曲線で近似さ
れる関数となるため、各成分率を正確に求めることはで
きない。
ε （Ｃ）は、これらの静電容量式成分率計に固有の関
数で、従来は、静電容量Ｃから多相流体の平均比誘電率
を与えるものとしてひとつの関数しか与えていない。し
かし、二つの成分からなる多相流に対しては一つの関数
を与えることにより一意に成分が決まるが、油、水、及
びガスのような三成分からなる多相流に対しては一つの
関数では問題が生じる場合がある。すなわち、静電容量
式成分率計で測定される多相流の静電容量と比誘電率の
関係が直線、つまりｆε （Ｃ）が一次曲線で表すこと
のできる関数である時は問題がないが、三成分からなる
多相流に対して図４や図５の構成を用いた場合、多相流
の静電容量と比誘電率の関係が二次以上の曲線で近似さ
れる関数となるため、各成分率を正確に求めることはで
きない。
【００１３】その理由を次に説明する。水の比誘電率が
約８０、油の比誘電率が２〜３、空気の比誘電率が１で
あるため、それらが混合された多相流ではその平均比誘
電率と上述の成分率計で測定される静電容量との関係は
図６のようになる。ここで、５１は多相流が水と油だけ
の時のｆε （Ｃ）を表す水−油較正曲線、５２は多相
流が水と空気だけの時のｆε （Ｃ）を表す水−空気較
正曲線、５３は多相流が油と空気だけの時のｆε（Ｃ）
を表す油−空気較正曲線である。したがって、三成分か
らなる多相流の場合はこれらの曲線に挟まれた領域の値
が成分率計の出力となる。
約８０、油の比誘電率が２〜３、空気の比誘電率が１で
あるため、それらが混合された多相流ではその平均比誘
電率と上述の成分率計で測定される静電容量との関係は
図６のようになる。ここで、５１は多相流が水と油だけ
の時のｆε （Ｃ）を表す水−油較正曲線、５２は多相
流が水と空気だけの時のｆε （Ｃ）を表す水−空気較
正曲線、５３は多相流が油と空気だけの時のｆε（Ｃ）
を表す油−空気較正曲線である。したがって、三成分か
らなる多相流の場合はこれらの曲線に挟まれた領域の値
が成分率計の出力となる。
【００１４】ここで、図６の平均比誘電率３０以下を拡
大してみると図７のようになり、平均比誘電率が高いと
きは多相流が水と油だけの時のｆε （Ｃ）を表す較正
曲線５１と多相流が水と空気だけの時のｆε （Ｃ）を
表す較正曲線５２との間隔が狭いため問題にならない
が、平均比誘電率が低いときは測定された静電容量から
平均比誘電率を計算するときに問題が生じる。すなわ
ち、平均比誘電率が低いとき、ある静電容量Ｃmean５４
に対して得られる平均比誘電率はある幅５５を持ってし
まう。ｆε （Ｃ）として１つの関数を与える場合、多
相流が水と油だけの時のｆε （Ｃ）を表す較正曲線５
１と多相流が水と空気だけの時のｆε （Ｃ）を表す較
正曲線５２との間の値をとる関数を与えることになる
が、この幅５５が広いため正確に三成分からなる多相流
の平均比誘電率と静電容量の関係を表すことが難しく、
成分率の計測において誤差が生じることとなる。同じよ
うな現象は、成分率計測にマイクロ波などの透過率を用
いた測定器を用いた場合も生じる。
大してみると図７のようになり、平均比誘電率が高いと
きは多相流が水と油だけの時のｆε （Ｃ）を表す較正
曲線５１と多相流が水と空気だけの時のｆε （Ｃ）を
表す較正曲線５２との間隔が狭いため問題にならない
が、平均比誘電率が低いときは測定された静電容量から
平均比誘電率を計算するときに問題が生じる。すなわ
ち、平均比誘電率が低いとき、ある静電容量Ｃmean５４
に対して得られる平均比誘電率はある幅５５を持ってし
まう。ｆε （Ｃ）として１つの関数を与える場合、多
相流が水と油だけの時のｆε （Ｃ）を表す較正曲線５
１と多相流が水と空気だけの時のｆε （Ｃ）を表す較
正曲線５２との間の値をとる関数を与えることになる
が、この幅５５が広いため正確に三成分からなる多相流
の平均比誘電率と静電容量の関係を表すことが難しく、
成分率の計測において誤差が生じることとなる。同じよ
うな現象は、成分率計測にマイクロ波などの透過率を用
いた測定器を用いた場合も生じる。
【００１５】従って、本発明は、三成分からなる多相流
の各成分率の計測において、静電容量のような多相流の
物性値から成分率を計算する時の較正曲線が１つではな
くて、ある領域内を囲むように構成される場合において
も、それらの物性値から正確に各成分率を算出すること
ができる方法及び装置を提供することを目的とする。
の各成分率の計測において、静電容量のような多相流の
物性値から成分率を計算する時の較正曲線が１つではな
くて、ある領域内を囲むように構成される場合において
も、それらの物性値から正確に各成分率を算出すること
ができる方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【問題を解決するための手段】本発明は、配管内を流れ
る水及び油からなる液体とガスとからなる多相流体に関
する所定の物理特性を測定することにより前記多相流体
を構成する各流体の成分率を算出する方法であって、測
定された前記物性特性の平均値から得られる前記多相流
体の平均比誘電率と予め与えられた油、水、ガスの各比
誘電率とを利用して水、油、ガスの各成分率に関する情
報を得るとともに、前記配管が水と油で満たされる瞬間
に測定された前記物理特性の測定値から得られる前記多
相流体の平均比誘電率と予め与えられた水、油の各比誘
電率を利用して水と油の各成分率に関する情報を得るこ
とにより、前記各流体の成分率を測定する方法におい
て、前記配管が水と油で満たされる瞬間に測定された前
記物理特性から得られる前記多相流体の平均比誘電率
は、水と油から構成される流体の前記物理特性に対する
平均比誘電率の較正曲線を表す関数を用いて算出し、測
定された前記物理特性の平均値から得られる前記多相流
体の平均比誘電率は、水と油からなる液体の前記物理特
性から定まる値とガスの前記物理特性から定まる値とを
結ぶ平均比誘電率の較正曲線を表す関数を用いて算出す
る。
る水及び油からなる液体とガスとからなる多相流体に関
する所定の物理特性を測定することにより前記多相流体
を構成する各流体の成分率を算出する方法であって、測
定された前記物性特性の平均値から得られる前記多相流
体の平均比誘電率と予め与えられた油、水、ガスの各比
誘電率とを利用して水、油、ガスの各成分率に関する情
報を得るとともに、前記配管が水と油で満たされる瞬間
に測定された前記物理特性の測定値から得られる前記多
相流体の平均比誘電率と予め与えられた水、油の各比誘
電率を利用して水と油の各成分率に関する情報を得るこ
とにより、前記各流体の成分率を測定する方法におい
て、前記配管が水と油で満たされる瞬間に測定された前
記物理特性から得られる前記多相流体の平均比誘電率
は、水と油から構成される流体の前記物理特性に対する
平均比誘電率の較正曲線を表す関数を用いて算出し、測
定された前記物理特性の平均値から得られる前記多相流
体の平均比誘電率は、水と油からなる液体の前記物理特
性から定まる値とガスの前記物理特性から定まる値とを
結ぶ平均比誘電率の較正曲線を表す関数を用いて算出す
る。
【００１７】また、前記物理特性として静電容量を利用
する。
する。
【００１８】また、前記物理特性としてマイクロ波の透
過率を利用する。
過率を利用する。
【００１９】また、前記物理特性としてガンマ線の透過
率を利用する。
率を利用する。
【００２０】さらに、配管内を流れる水及び油からなる
液体とガスとからなる多相流体の静電容量を測定するた
めの一組の電極を前記配管の外周に対向配置し、測定さ
れた静電容量の平均値から得られる前記多相流体の平均
比誘電率と予め与えられた油、水、ガスの各比誘電率と
を利用して水、油、ガスの各成分率に関する情報を得る
とともに、前記配管が水と油で満たされる瞬間に測定さ
れた静電容量から得られる前記多相流体の平均比誘電率
と予め与えられた水、油の各比誘電率を利用して水と油
の各成分率に関する情報を得ることにより、前記各流体
の成分率を測定する成分率計において、前記配管が水と
油で満たされる瞬間に測定された静電容量から得られる
前記多相流体の平均比誘電率を、水と油から構成される
流体の静電容量に対する平均比誘電率の較正曲線を表す
関数を用いて算出するとともに、測定された静電容量の
平均値から得られる前記多相流体の平均比誘電率を、水
と油からなる液体の静電容量から定まる値とガスの静電
容量から定まる値とを結ぶ平均比誘電率の較正曲線を表
す関数を用いて算出する演算手段を備える。
液体とガスとからなる多相流体の静電容量を測定するた
めの一組の電極を前記配管の外周に対向配置し、測定さ
れた静電容量の平均値から得られる前記多相流体の平均
比誘電率と予め与えられた油、水、ガスの各比誘電率と
を利用して水、油、ガスの各成分率に関する情報を得る
とともに、前記配管が水と油で満たされる瞬間に測定さ
れた静電容量から得られる前記多相流体の平均比誘電率
と予め与えられた水、油の各比誘電率を利用して水と油
の各成分率に関する情報を得ることにより、前記各流体
の成分率を測定する成分率計において、前記配管が水と
油で満たされる瞬間に測定された静電容量から得られる
前記多相流体の平均比誘電率を、水と油から構成される
流体の静電容量に対する平均比誘電率の較正曲線を表す
関数を用いて算出するとともに、測定された静電容量の
平均値から得られる前記多相流体の平均比誘電率を、水
と油からなる液体の静電容量から定まる値とガスの静電
容量から定まる値とを結ぶ平均比誘電率の較正曲線を表
す関数を用いて算出する演算手段を備える。
【００２１】
【発明の実施の形態】図２および図３に関連して、配管
の中を流れる多相流体は、多くの場合、スラグ流やプラ
グ流といわれる大気泡を伴ったフローパターンで流れ、
このとき、静電容量式成分率計の出力である静電容量の
時系列波形は振動的な波形となり、その静電容量は、電
極を大気泡が通過しているときには小さくなり、大気泡
が通過した後、油と水からなる液相のみとなったときに
は極大となることを既に説明した。このことは本発明に
おいても利用される。
の中を流れる多相流体は、多くの場合、スラグ流やプラ
グ流といわれる大気泡を伴ったフローパターンで流れ、
このとき、静電容量式成分率計の出力である静電容量の
時系列波形は振動的な波形となり、その静電容量は、電
極を大気泡が通過しているときには小さくなり、大気泡
が通過した後、油と水からなる液相のみとなったときに
は極大となることを既に説明した。このことは本発明に
おいても利用される。
【００２２】次に、油、水、ガスからなる多相流が流れ
る配管に設けられた電極を利用して測定した静電容量か
ら、多相流を構成する各流体の成分率を計算する本発明
の例を説明する。ここで、多相流の各成分率を、油分率
ＨP 、水分率ＨW 、及びガスボイド率ＨG とし、油、
水、ガスについての既知の比誘電率をそれぞれεP 、ε
W 、εG とする。
る配管に設けられた電極を利用して測定した静電容量か
ら、多相流を構成する各流体の成分率を計算する本発明
の例を説明する。ここで、多相流の各成分率を、油分率
ＨP 、水分率ＨW 、及びガスボイド率ＨG とし、油、
水、ガスについての既知の比誘電率をそれぞれεP 、ε
W 、εG とする。
【００２３】測定された静電容量Ｃが極大値Ｃmax とな
るときは、多相流が水と油だけで構成されており、水−
油較正曲線６１である関数ｆPW（Ｃ ）を用いた式
（７）が成り立つ。図においてその時の測定値はＣmax
６２である。 εP ＨP ＋εW ＨW ＝（１−ＨG ）×ｆpw（Ｃmax ） …（７）
るときは、多相流が水と油だけで構成されており、水−
油較正曲線６１である関数ｆPW（Ｃ ）を用いた式
（７）が成り立つ。図においてその時の測定値はＣmax
６２である。 εP ＨP ＋εW ＨW ＝（１−ＨG ）×ｆpw（Ｃmax ） …（７）
【００２４】また、油と水を一つの流体（液体）と考え
ると、この多相流は液体と気体から構成される二相流体
と見なすことができる。その時、その二相流体の静電容
量Ｃと平均比誘電率の関係は、油と水が混ざった液体の
静電容量値から決まる値６３とガスの静電容量値から決
まる値６４を結ぶ較正曲線６５で表せる。この較正曲線
６５を新たに関数ｆpwg （Ｃ）として採用し、静電容量
の（時間的）平均値Ｃ meanを考慮すれば、式（８）が成
り立つ。 εP ＨP ＋εW ＨW ＋εW ＨG ＝ｆpwg （Ｃmean） …（８） ただし、関数ｆpw（Ｃ）は油と水からなる流体を用いた
実験によりあらかじめ求めておくものとし、関数ｆpwg
（Ｃ）は関数ｆpw（Ｃ）を写像変換して求めることがで
きる。
ると、この多相流は液体と気体から構成される二相流体
と見なすことができる。その時、その二相流体の静電容
量Ｃと平均比誘電率の関係は、油と水が混ざった液体の
静電容量値から決まる値６３とガスの静電容量値から決
まる値６４を結ぶ較正曲線６５で表せる。この較正曲線
６５を新たに関数ｆpwg （Ｃ）として採用し、静電容量
の（時間的）平均値Ｃ meanを考慮すれば、式（８）が成
り立つ。 εP ＨP ＋εW ＨW ＋εW ＨG ＝ｆpwg （Ｃmean） …（８） ただし、関数ｆpw（Ｃ）は油と水からなる流体を用いた
実験によりあらかじめ求めておくものとし、関数ｆpwg
（Ｃ）は関数ｆpw（Ｃ）を写像変換して求めることがで
きる。
【００２５】これらの式（７）、式（８）、及び先に示
した式（１）の３つの方程式を演算手段で解くことによ
り、誤差の少ない油分率ＨP 、水分率ＨW 、ガスボイド
率Ｈ Gが求められる。
した式（１）の３つの方程式を演算手段で解くことによ
り、誤差の少ない油分率ＨP 、水分率ＨW 、ガスボイド
率Ｈ Gが求められる。
【００２６】なお、ここでは、多相流の物理特性として
静電容量を用いる例を示したが、マイクロ波の透過量も
同じような特性を持つため、静電容量の場合と同様にし
て、油と水の状態時のマイクロ波透過量から決まる較正
曲線と、実験によって得られる油と水が混ざった状態で
のマイクロ波透過量と気体のマイクロ波透過量から求め
られる新たな較正曲線とを利用して、各流体の成分率が
求められる。また、ガンマ線の透過量も同じような特性
を持つため、同様の手法を用いることができる。
静電容量を用いる例を示したが、マイクロ波の透過量も
同じような特性を持つため、静電容量の場合と同様にし
て、油と水の状態時のマイクロ波透過量から決まる較正
曲線と、実験によって得られる油と水が混ざった状態で
のマイクロ波透過量と気体のマイクロ波透過量から求め
られる新たな較正曲線とを利用して、各流体の成分率が
求められる。また、ガンマ線の透過量も同じような特性
を持つため、同様の手法を用いることができる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
水、油およびガスの三成分からなる多相流の各成分率
を、より正確に求めることが可能となる。
水、油およびガスの三成分からなる多相流の各成分率
を、より正確に求めることが可能となる。
【図１】 多相流流量計の構成図である。
【図２】 三成分からなる多相流のフローパターンを示
す図である。
す図である。
【図３】 三成分からなる多相流についての測定された
静電容量式成分率計の出力を示す図である。
静電容量式成分率計の出力を示す図である。
【図４】 シート型電極を利用した静電容量式成分率計
の電極の配置図である。
の電極の配置図である。
【図５】 円筒型電極を利用した静電容量式成分率計の
電極の配置図である。
電極の配置図である。
【図６】 三成分からなる多相流の平均比誘電率と静電
容量の関係図である。
容量の関係図である。
【図７】 図６の一部拡大図である。
【図８】 本発明で利用する較正曲線を示す多相流の平
均比誘電率と静電容量の関係図である。
均比誘電率と静電容量の関係図である。
１ 配管 ２ 多相流体 ３、３’静電容量式成分率計 ４、４’電極 ５、５’インピーダンス測定回路 ３２ 液相 ３３ 大気泡（気相） ３４ 静電容量の極大値 ３５ 静電容量の平均値 ４１、４２ シート型電極 ４３、４４ 円筒型電極 ６１ 水−油較正曲線 ６５ 水−油−ガス較正曲線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591234178 帝国石油株式会社 東京都渋谷区幡ケ谷１丁目31番10号 (71)出願人 000006507 横河電機株式会社 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 (72)発明者 笛木 学 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 西 智美 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 田中 仁章 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 山崎 大輔 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F030 CC06 2F035 HA03 HB05 HB07 2G001 AA02 BA11 KA01 KA20 LA04 LA20 MA01 MA02 PA18 QA03 2G060 AA01 AA05 AB15 AC02 AE17 AF11 HC21
Claims (5)
- 【請求項１】 配管内を流れる水及び油からなる液体と
ガスとからなる多相流体に関する所定の物理特性を測定
することにより前記多相流体を構成する各流体の成分率
を算出する方法であって、 測定された前記物性特性の平均値から得られる前記多相
流体の平均比誘電率と予め与えられた油、水、ガスの各
比誘電率とを利用して水、油、ガスの各成分率に関する
情報を得るとともに、前記配管が水と油で満たされる瞬
間に測定された前記物理特性の測定値から得られる前記
多相流体の平均比誘電率と予め与えられた水、油の各比
誘電率を利用して水と油の各成分率に関する情報を得る
ことにより、前記各流体の成分率を測定する方法におい
て、 前記配管が水と油で満たされる瞬間に測定された前記物
理特性から得られる前記多相流体の平均比誘電率は、水
と油から構成される流体の前記物理特性に対する平均比
誘電率の較正曲線を表す関数を用いて算出し、 測定された前記物理特性の平均値から得られる前記多相
流体の平均比誘電率は、水と油からなる液体の前記物理
特性から定まる値とガスの前記物理特性から定まる値と
を結ぶ平均比誘電率の較正曲線を表す関数を用いて算出
することを特徴とする、多相流体を構成する各流体の成
分率測定方法。 - 【請求項２】 前記物理特性として静電容量を利用する
請求項１記載の成分率測定方法。 - 【請求項３】 前記物理特性としてマイクロ波の透過率
を利用する請求項１記載の成分率測定方法。 - 【請求項４】 前記物理特性としてガンマ線の透過率を
利用する請求項１記載の成分率測定方法。 - 【請求項５】 配管内を流れる水及び油からなる液体と
ガスとからなる多相流体の静電容量を測定するための一
組の電極を前記配管の外周に対向配置し、 測定された静電容量の平均値から得られる前記多相流体
の平均比誘電率と予め与えられた油、水、ガスの各比誘
電率とを利用して水、油、ガスの各成分率に関する情報
を得るとともに、前記配管が水と油で満たされる瞬間に
測定された静電容量から得られる前記多相流体の平均比
誘電率と予め与えられた水、油の各比誘電率を利用して
水と油の各成分率に関する情報を得ることにより、前記
各流体の成分率を測定する成分率計において、 前記配管が水と油で満たされる瞬間に測定された静電容
量から得られる前記多相流体の平均比誘電率を、水と油
から構成される流体の静電容量に対する平均比誘電率の
較正曲線を表す関数を用いて算出するとともに、測定さ
れた静電容量の平均値から得られる前記多相流体の平均
比誘電率を、水と油からなる液体の静電容量から定まる
値とガスの静電容量から定まる値とを結ぶ平均比誘電率
の較正曲線を表す関数を用いて算出する演算手段を備え
たことを特徴とする多相流体を構成する各流体の成分率
計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11052126A JP2000249673A (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | 多相流体の成分率測定方法及びそれを利用した成分率計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11052126A JP2000249673A (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | 多相流体の成分率測定方法及びそれを利用した成分率計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000249673A true JP2000249673A (ja) | 2000-09-14 |
Family
ID=12906197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11052126A Pending JP2000249673A (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | 多相流体の成分率測定方法及びそれを利用した成分率計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000249673A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100511148B1 (ko) * | 2001-02-26 | 2005-08-31 | 유니레크 가부시키 가이샤 | 관내 유동 판단 장치 및 관내 유동 제어 시스템 |
| WO2008050522A1 (fr) * | 2006-10-27 | 2008-05-02 | Oval Corporation | Débitmètre multiphasique |
| JP2009210500A (ja) * | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Japan Atomic Energy Agency | マイクロチャンネルのボイド率計測方法及びその装置 |
| JP2009536323A (ja) * | 2006-05-19 | 2009-10-08 | マイクロ−エプシロン・メステヒニク・ゲーエムベーハー・ウント・コンパニー・カー・ゲー | 物質混合物の混合比を測定する方法とセンサーシステム |
| JP2010107487A (ja) * | 2008-11-01 | 2010-05-13 | Tokyo Institute Of Technology | 混相流測定装置および混相流測定方法 |
| JP2011164103A (ja) * | 2010-02-08 | 2011-08-25 | General Electric Co <Ge> | パッチアンテナによる多相流計測 |
| US9863893B2 (en) | 2012-05-30 | 2018-01-09 | General Electric Company | Sensor apparatus for measurement of material properties |
| CN107643422A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-01-30 | 深圳市希顿科技有限公司 | 一种流体流动监测的装置及其方法 |
| US9909911B2 (en) | 2010-02-08 | 2018-03-06 | General Electric Company | Multiphase flow measurement using electromagnetic sensors |
| WO2023100793A1 (ja) * | 2021-11-30 | 2023-06-08 | 京セラ株式会社 | 気泡率計 |
-
1999
- 1999-03-01 JP JP11052126A patent/JP2000249673A/ja active Pending
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|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
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