JP2010533868A - 二相フロー・メータ - Google Patents

Abstract

組立体は、気相および液相を有する流動可能な物質を搬送する導管と、上流端および下流端を含む円錐形の変位部材とを含む。第１の流れ測定タップは上流端での区域と連通し、第２の流れ測定タップは下流端での区域と連通し、第３の流れ測定タップは変位部材の下流の区域と連通する。デバイスは、第１の流れ測定タップ、第２の流れ測定タップ、および第３の流れ測定タップのうちのいずれか２つから取った流れの測定値に基づいて第１の差圧値と、１つの異なるタップで取った流れの測定値に基づいて第２の差圧値とを求める。

Description

優先権の主張
本出願は、２００７年７月１３日に出願した米国仮出願第６０／９５９，４２７号の優先権および利益を主張するものである。
本発明は、流体流れ装置に関し、具体的には流体フロー・メータに関する。

フロー・メータは、多くの実験的用途および産業的用途において、液体の流れまたはガスの流れ、あるいは液体およびガスの混合物の流れに関する線形、非線形の質量流量または体積流量を測定するために使用される計器である。
単相フロー・メータは、パイプラインなどの導管を貫流するガスまたは液体の流量を測定する。そのようなフロー・メータの１つは、差圧フロー・メータすなわちＤＰ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）フロー・メータである。
ＤＰフロー・メータは、パイプ流に対する何らかの障害物を採用し、この障害物付近の２点間の流れの圧力の変化を測定する。この障害物は、しばしば「一次要素」と呼ばれ、この一次要素は、導管内に形成される狭窄部または導管の中に挿入される構造であり得る。この一次要素は、例えば、ベンチュリの狭窄部、オリフィス板、ウェッジ、ノズル、または円錐形要素であり得る。様々な差圧フロー・メータの製造者によって使用される他の一次要素の設計があるが、基本的にはそのような設計全ては、同じ物理的原理に従って動作する。
いくつかの応用例は、単一の流体が蒸気および水などの２つの異なる相（すなわち、ガスおよび液体）として生じている二相流を利用する。「二相流」なる語は、空気および水、または油および天然ガスなどの異なる相を有する様々な流体の混合体にも当てはまる。
一例としては、二相流は、大規模発電システムに用いられる。石炭およびガス燃焼型発電所は、タービンで用いる蒸気を作り出すためにとても大きいボイラを使用する。そのような場合、加圧水が、加熱管を通過させられ、加圧水が加熱管を通って移動する際に、蒸気に変化する。ボイラの設計は、二相流の熱伝達および圧力降下の挙動の詳細な理解が必要であり、これは単相の場合とかなり異なっている。別の例として、原子炉は、水を使用して、二相流を用いて炉心から熱を取り除く。そのような応用例において流体流れを理解することは重要であるので、多くの研究が、そのような場合の二相流の性質について行われてきており、それにより技術者は、可能性がある配管の破損、圧力損失、および他の故障に対して設計をすることができる。
結果として、二相フロー・メータ・システムが、二相流の応用例において両方の相を測定する必要性に対処するために開発された。システムのあるタイプは、二相流を測定するために、導管内で直列の２つのＤＰフロー・メータなどの直列の２つのフロー・メータを使用する。
この概念は、単相流の場合、両方のメータが、各メータの不確かさの範囲内で正しいガス質量流れを読み取るというものである。湿性ガスの流れの場合、ガスと共にある液体量が、各メータのガス流量予測において誤差を生じさせる。直列の単相ガス・メータの湿性ガス・フロー・メータ・システムは、これら直列の２つのガス・メータが湿性ガスの流れに対してかなり異なる反応を有すること、すなわち異なるガス流量の誤差を有することに依存する。したがって、適当な数学的解析によって、２つのメータの間違ったガス流量読取り値は、比較することができ、ガス流量および液体流量の独特な組み合わせによりこれら両方の結果を減少させる。
異なる相の流体流れは、直列の２つのメータのシステムによって測定できるが、これらシステムは、単一のフロー・メータより重く、長くおよびより高価である。

米国仮出願第６０／９５９，４２７号 米国特許第４，６３８，６７２号 米国特許第４，８１２，０４９号 米国特許第５，３６３，６９９号 米国特許第５，８１４，７３８号

したがって、導管を通って移動する二相流体の各相の流量を正確に測定する単一のフロー・メータが必要である。
本発明は、円錐形のＤＰフロー・メータを有する単一のフロー・メータを用いてパイプラインなどの導管を貫流する二相流体の気相流量および液相流量を求める装置および方法を提供することである。

一実施形態では、二相流体フロー・メータ組立体が提供され、この二相流体フロー・メータ組立体は、気相および液相を有する流動可能な物質を所与の方向に内部を通じて搬送する導管を含み、この導管は、内面を備える周壁を有する。このフロー・メータは、流体流れの方向に対して上流端および下流端を含む円錐形の流体流れ変位部材を含み、この変位部材は、導管より大きさが小さく、上記物質を逸らして変位部材の外周および導管の内面によって画定される領域を貫流するようにするために上記部材上に外周を形成する傾斜した壁を有する。
第１の流れ測定タップは、導管の壁を通って延在し、変位部材の上流の区域と連通する。第２の流れ測定タップは、導管の壁を通っておよび変位部材を通って延在し、変位部材の下流端での区域と連通する。第３の流れ測定タップは、導管の壁を通って延在し、変位部材の下流の区域と連通する。このフロー・メータは、第１の流れ測定タップ、第２の流れ測定タップ、および第３の流れ測定タップのうちのいずれか２つから取った流れの測定値に基づいて第１の差圧値と、第１の流れ測定タップ、第２の流れ測定タップ、および第３の流れ測定タップのうちの異なる２つから取った流れの測定値に基づいて第２の差圧値と、求められた第１の差圧値および第２の差圧値を用いて第３の差圧値と求めるデバイスを含む。フロー・メータ組立体は、第１の差圧値、第２の差圧値、および第３の差圧値を用いて、物質の気相についてのガス流量および物質の液相についての液体流量を求める。
別の実施形態では、導管内に配置された変位部材、この変位部材から上流に配置された第１の流れ測定タップ、この変位部材の下流端で配置された第２の流れ測定タップ、およびこの変位部材から下流に配置された第３の流れ測定タップを含むフロー・メータを用いて二相流体の流量を求める方法は、第１の流れ測定タップ、第２の流れ測定タップ、および第３の流れ測定タップのそれぞれにおいて流体の圧力を求めるステップを含む。次のステップは、第１の流れ測定タップ、第２の流れ測定タップ、および第３の流れ測定タップのうちのいずれか２つの間の第１の差圧を求めるステップと、第１の流れ測定タップ、第２の流れ測定タップ、および第３の流れ測定タップのうちのいずれか２つの間の第２の差圧を求めるステップであって、上記第２の差圧を求めるのに使用される２つの流れ測定タップが、上記第１の差圧を求めるのに使用される上記流れ測定タップと異なる、第２の差圧を求めるステップと、求められた第１の差圧および第２の差圧に基づいて第３の差圧を求めるステップとである。上記求めたものは、従来のメータ・ガス流量を求め、拡張メータ・ガス流量を求め、従来のメータ・ガス流量と拡張メータ・ガス流量の比であるシータθを求めるのに使用される。ロックハート・マルティネリの式（Ｌｏｃｋｈａｒｔ Ｍａｒｔｉｎｅｌｌｉ ｅｑｕａｔｉｏｎ）は、従来の円錐メータ湿性ガス相関または拡張円錐メータ湿性ガス相関に代入される。いくつかの繰返しが、ｍ_ｇ、Ｘ_ＬＭおよびＦ_ｒｇを求めるために行われる。この情報から、次のステップは、Ｘ_ＬＭを用いて二相流体についての液体流量を求めることである。
本発明の目的は、導管を貫流する二相流体の気相および液相の流量を測定できるフロー・メータを提供することである。
本発明の別の目的は、コンパクト、軽量で、二相流の測定に使用される既存のフロー・メータより廉価である二相フロー・メータを提供することである。
本発明のこれらおよび他の目的および利点は、添付図面と併せて検討すると後続の詳細な説明から当業者に明らかになろう。

本発明の二相フロー・メータの一実施形態の部分側面図である。

本発明を実施する最良の形態であると発明者によって現在考えられる本発明の好ましい実施の形態の詳細な説明は、以下の通りである。その中の修正形態および変更形態は、説明が進むに連れて当業者に明らかになろう。
図１を参照すると、概して１００として示される本発明の二相流体フロー・メータは、パイプラインまたは他の流体流れ導管内に設置されるようになされており、パイプラインまたは他の流体流れ導管は、ボルト締めフランジ１０４を両端で有するパイプ部１０２から構成されるものとして示されている。このパイプ部は、任意の適当なコネクタまたは接続方法を用いてこのメータに接続できることを理解されたい。フロー・メータ１００は、メータ本体または導管部１０６と、本体内に同軸に装着された流体流れ変位デバイス１０８とから構成される。メータ本体１０６は、２つのパイプ部分の間、例えば、例示したパイプ部１０２のフランジ１０４同士の間に、ボルト締めされ、または他のやり方で固着されるようになされているパイプまたは導管の部分を本質的に備える。例示したメータ本体１０６は、一例として、いわゆるウェハ設計であり、単にフランジ１０４同士の間に閉じ込められ、フランジ同士の間で延在しフランジ同士を接続する円周方向に間隔を置いて配置されたボルト１１０によってパイプ部１０２と芯合わせされまたは軸方向に一直線に並べられる。しかし、導管部１０６は、フランジ部または溶接部などの任意の適当なパイプ構成であってよい。
導管部１０６は、内部穴または貫通孔１１２を有し、内部穴または貫通孔１１２は、使用時にパイプライン１０１を貫く流体流れの通路の延長の一部を含むとともにその延長を構成する。矢印によって示されるように、流体流れの方向は、図面中に見られるように、左から右になっている。パイプライン１０１および導管部１０６は、通常円筒形であり、穴１１２は、常にではないが通常、パイプ部１０２と同じ内部断面および大きさである。
長手方向に間隔を置いて配置された流れ測定タップ１１４、１１６および１１８は、複数箇所で、および説明される目的で導管部または本体１０６を通って半径方向に延在する。
変位デバイス１０８は、変位部材１２０と、支持体またはマウント１２２とを含む。
変位部材１２０は、通常円筒形の本体から構成され、この本体は、縁１２４においてより大きい横径または寸法を有すると共に２つの向かい合って面している通常円錐形の傾斜した壁１２６および１２８を有し、壁１２６および１２８は、メータ本体の上流方向および下流方向にそれぞれ向いており、壁１２６および１２８は、本体の軸に向かっての軸に向かって内側に対称的に先細になる。以下に説明する場合を除き、変位部材１２０は、ＭｃＣｒｏｍｅｔｅｒ社から入手可能な「Ｖ−ＣＯＮＥ」デバイスに利用される流れ変位部材および米国特許第４，６３８，６７２号、米国特許第４，８１２，０４９号、米国特許第５，３６３，６９９号、および米国特許第５，８１４，７３８号に記載されたものと本質的に同じ物理的特性を有し、本質的に同じやり方で働き、それらの開示は、本明細書に全て記載されているかのように参照により本明細書に組み込まれる。この本体は、中実または中空であってよく、中空の場合は、この本体は、本体の上流端または前方端１３０で開閉できる。
先の特許に記載されるように、変位部材１２０は、導管部１０６内の穴１１２より小さい大きさであり、流体流れの方向に垂直な穴内に同軸に装着され、傾斜した壁１２６および１２８が導管の壁の内面または内表面から内側に対称的に間隔を置いて配置されている。傾斜した壁のより大きいおよび連続した端は、同じ大きさおよび形状であり、それらの接合部で鋭い周縁１２４を規定し、その平面は、流体流れの方向に垂直にある。上流壁１２６は、下流壁１２８より長く、好ましくは内側に先細になり、その上流端で小口径になる。
流体が、導管１０６の入口または上流端に入る際に、流体は、変位部材１２０の上流壁１２６によって周縁１２４の平面で最小面積まで断面積を次第に減少させる環状領域の中に変位または逸らされる。次いで流体は、下流壁１２８によって規定されるように面積を次第に増大させる環状領域の中に流れる。
加えて、下流壁１２８は、流体が、この部材から下流の導管内の流れのない条件に戻る際に、流体の戻り速度を最適化するのに効果的である。
上流または第１の流れ測定タップ１１４は、その点で流体の圧力を測定し、これにより変位部材１２０の縁１２４から上流の１つまたは複数の流体流れの条件を求めるのを容易にする。下流または第２の流れ測定タップ１１６は、変位部材１２０の下流面で軸方向に導管の圧力を測定する。第３の流れ測定タップ１１８は、変位部材１２０から下流に配置されて、その点で流体の圧力を測定するようになっている。
３つの流れ測定タップ１１４、１１６および１１８は、導管内のこれらの点で圧力の読出しを行うために、当技術分野で知られた適当な流れ測定計器設備と接続される。
図１を参照すると、基準上流圧力、および上流と円錐の差圧読取り値を用いる二相フロー・メータ１００（円錐形一次要素を有するＤＰフロー・メータ）が、差圧読取り値ΔＰｔ、△Ｐ_PPL、および△Ｐ_ｒを用いて示されている。式（１）は、これらの差圧間の関係を示す。
△P_t＝△P_r＋△P_ppL （１）
したがって、差圧のうちのいずれか２つを求めると、第３の差圧を求めることが可能になる。
二相フロー・メータ（Ｖ−Ｃｏｎｅメータ湿性ガス・メータ）は、式（２）に示すように、湿性ガスの流れを用いて検査されるときに、全てのＤＰメータのために開発され得る基準湿性ガス補正ファクタを利用することによって動作する。

式（２）に関する従来の問題は、２つの未知数があることである。すなわち、ロックハート・マルティネリ・パラメータ（Ｘ_ＬＭ）は、次の通り、式（３）から求められ、

ガス濃度計フルード数（Ｆ_ｒｇ）は、式（４）によって求められる。

式（２）は、２つの未知数、すなわち、ガス質量流量および液体質量流量を有する。Ｘ_ＬＭが知られている場合は、Ｘ_ＬＭは、式（４）とともに式（２）に代入することができ、したがって、式を解くことができるようにさせる。
産業界での主要な問題は、Ｘ_ＬＭの求め方である。ＤＰメータの３つの圧力タップを用いてＸ_ＬＭを予測するための基礎的な方法がある。この方法によれば、圧力損失比は、ガスと液体の密度比、ロックハート・マルティネリ・パラメータ、およびガス濃度計フルード数に依存しているかが分かる。したがって、ロックハート・マルティネリ・パラメータを、ガスと液体の密度比（既知数）、（唯一の未知数はガス質量流量である）ガス濃度計フルード数、および知られているまたは単にガス質量流量の関数である特定のメータ・パラメータに関係付ける相関がなされ得る。ロックハート・マルティネリの具体的な表現は、主要なＤＰメータ湿性ガス相関、すなわち、式（２）に代入されて、ガス質量流量を求めることができる。次いで、式（３）を使用して液体質量流量を見出す。本発明は、この方法の改良である。
基準Ｖ−Ｃｏｎｅメータのガス流れの式は、二相の湿性ガスの流れの場合の流れの予測を与えることになる。しかし、流体が湿性ガスであるということは、測定される差圧が、単独で流れるガスの差圧（△Ｐ_ｇ）ではなく、湿性ガス（△Ｐ_ｔｐ ^*）の差圧であることを意味する。したがって、間違った（または「見かけの（ａｐｐａｒｅｎｔ）」）ガス質量流量が、次の通り、（流出係数がレイノルズ数の関数である場合、繰返しによって）式（５）によって予測される。

同様に、以下の拡張／発散部の流れの式（６）は、二相／湿性ガスの流れの場合の流れの予測を与えることになる。しかし、流れが湿性ガスであるということは、測定される差圧が、単独で流れるガスの差圧（△Ｐ_ｒ）ではなく、湿性ガス（△Ｐ_ｔｐ）の差圧であることを意味する。したがって、間違ったまたは「見かけ」のガス質量流量が、（拡張係数がレイノルズ数の関数である場合、繰返しによって）式（６）によって予測される。

ガス質量流量および液体質量流量をこれらの２つのＤＰメータの式から同時に予測するための方法論は、次の通りである。
シータθが、従来または収束ＤＰメータのオーバー・リーディング（ＯＲ）と、拡張または発散ＤＰメータのオーバー・リーディング（ＯＲ’）との比であるとする。ＤＰメータを通る二相流体流れの有意な相変化がないと仮定すると、ガス質量流れは、収束メータ部と発散メータ部の両方について同じであり、したがってシータは、次の通り、収束ＤＰメータの補正されていないガス流量予測と発散ＤＰメータの補正されていない流量予測の比でもあることに留意されたい。

したがって、シータは、フロー・メータの使用者によって知られる。シータは、湿性ガス補正が適用されていない２つのＤＰメータの式のガス流量予測の単に比である。これらのオーバー・リーディングが共に、ロックハート・マルティネリ・パラメータ、ガスと液体の密度比、およびガス濃度計フルード数の関数であることは前に示した。したがって、シータは、ロックハート・マルティネリ・パラメータ、ガスと液体の密度比、およびガス濃度計フルード数の関数でもある。
シータ対ロックハート・マルティネリ・パラメータをプロットすると、したがって、この曲線は、ガスと液体の密度比およびガス濃度計フルード数に依存している。乾性ガスと同様に、収束メータおよび発散メータは共に、（単相の不確かさを無視すると）同じ正しいガス質量流量を与えるはずである。乾性ガス（すなわちＸ_ＬＭ＝０）については、シータは１であるはずである。

ここで、＃Ｃは、ガスと液体の密度比およびガス濃度計フルード数の実験的に導出される関数である。または、より一般的な形式が使用されてよく、すなわち、

であり、ここで、＃Ａは、ガスと液体の密度比およびガス濃度計フルード数の実験的に導出される関数であり、＃Ｂは、実験的に導出される定数である。（＃Ａ＝＃Ｃが等しいときの）＃Ｂ＝１／２の特別の場合、式（８）は式（９）であることに留意されたい。
一定のガスと液体の密度比およびガス濃度計フルード数の各セットの対を（ある特定のメータについての）湿性ガス・データ・セットと組み合わせたものを式（９）にフィッティングすることにより、＃Ｂについての値を求めることが可能になる。＃Ｂのこの値については、＃Ａのパラメータは、ガスと液体の密度比およびガス濃度計フルード数に対してプロットできる。ＴａｂｌｅＣｕｒｖｅ ３Ｄなどのソフトウェアにより、サーフェイス・フィッティング、すなわち関数「ｇ」が与えられ、ここで、

である。式（１０）を式（９）に代入すると、

が与えられる。式（１１）は、以下のようにロックハート・マルティネリ・パラメータを分離するように再配置できることに留意されたい。

また、シータθは、収束メータ読取り値および発散メータ読取り値から知られており、＃Ｂは、実験的に導出される（したがって知られた）定数の値であり、このシステムはメータのユーザが流体特性および流れの圧力および温度を知っていると仮定しているので、ガスと液体の密度比は、知られていることに留意されたい。このことは、式（１２）の右手側の唯一の未知数が、ガス濃度計フルード数Ｆｒ_ｇであることを意味する。以下の式（１３）は、ガス濃度計フルード数の項の唯一の未知数は、ガス質量流量であることを示す。上記のこの方法論は、式（８）へのデータの優れたフィッティングに基づいていることに留意されたい。これは一例であり、このデータに関して他の許容できるフィッティングがある。

よって、式（１２）は、以下のように書くことができると分かる。

ここで、関数「ｈ」は、式（１２）の全体の表現をガス質量流量ｍｇの関数として表現することから結果として生じる式である。現在、ロックハート・マルティネリ・パラメータは、ガス質量流量および他の知られたパラメータの観点で表現されている。すなわち、液体質量流量の項が取り除かれている。次に、式（１４）を以下の式（１５）に代入して、次の通り、１個の未知数、ガス質量流量を有する１つの式を与えることができる。

式（１５）は、以下となるように再構成される。

ｍ_ｇの繰返しの結果により、ガス質量流量ｍ_ｇの予測が与えられる。液体質量流量または任意の形態の液体とガスの流量比の値は、入力として知られていることが必要とされなかった。シータθの値は、液体流量の情報の必要性に取って代わる。
式（１６）の繰返しが完了し、ガス質量流量予測が得られたとすれば、この繰返しの副産物は、式（１４）からのロックハート・マルティネリ・パラメータ予測である。つまりここで、液体質量流量ｍｌを分離するように再配置された式（１７）によって、関連した液体質量流量を予測できる。

以下の段落は、下流圧力タッピング（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔａｐｐｉｎｇ）を有するスタンド・アローンの基準Ｖ−Ｃｏｎｅメータを使用することから、二相または湿性ガスの流れのガス質量流量および液体質量流量を予測する方法を説明する。
実験データは、円錐メータの拡張流れの式が、収束または従来の円錐メータの流れの式より小さい湿性ガス・オーバー・リーディングを有することを示す。

流れが乾性ガスである場合θ＝１であり、流れが二相または湿性ガスの流れである場合θ＞１である。任意のＤＰメータの幾何学的形状に組み込まれている両者の計量方法が単相の流れの中で不確かさなしで動作すると仮定することは、もちろん現実的でないことに留意されたい。すなわち、それらは共に、実際のガス質量流量に共にとても近い（すなわち、それぞれの独立した流れの式と関連する小さい乾性ガスの不確かさの制限内の）ものである乾性ガス流量予測を独立して与えることになるが、正確には互いに同じではない。乾性ガスまたは単相の流れが以下の結果を与える場合、
（ｍ_ｇ）_収束＜（ｍ_ｇ）_発散 （１９）
であり、これは関連した流れの式の不確かさのためであるが、この場合、θ＜１の結果が実際に見出される。この場合、シータは、１に近いものに、例えばθ＝０．９９になる。これらの場合、Ｖ−Ｃｏｎｅメータ湿性ガス流れのプログラムは、デフォルトによりθ＜１をθ＝１に設定し、それによって式（１４）によってロックハート・マルティネリ・パラメータがゼロになることを見出す。同様に、乾性ガスの不確かさは、以下のような結果を生じさせ得る。
（ｍ_ｇ）_収束＞（ｍ_ｇ）_発散 （２０）
流れが乾いている場合、（シータはθ＝１．０１などの小さい値になるが）θ＞１であり、式（１４）は、式（１６）の繰返しによって誤った湿性ガスの結果を示唆することになる。しかし、ロックハート・マルティネリ・パラメータおよび液体質量流量予測はとても小さいものであり、それによってガス流れ読取り値の誤った補正は、とても小さくなる。
実際には、例えばＸ_ＬＭ＜０．０２という任意のロックハート・マルティネリ・パラメータ読取り値は、乾性ガスに対する流れのプログラムによってデフォルトにされることになり、または「計器装備の感度未満」およびおおよそ近い乾性ガス流れとなる。
関心の別の点は、従来（収束）および拡張（発散）のメータの個々の湿性ガス相関を用いて液体流量およびガス流量を解くことへ通じる基本的な明らかな道が、２つの未知数、液体質量流量およびガス質量流量を解くために２つの式を同時に解くことであるということである。しかし、この方法論は、問題であることが産業界に知られており、というのもこの方法論は、（不確かさのバンドのオーバー・ラッピングの大きさにより）一方は正確で一方は誤りの２つの解、または全く解がないということになるからである。この現在の方法論は、誤った収束の余地、または解を与えない方法論の余地がないという点でこれらの問題を回避する。
収束および発散メータの補正されていない／見かけのガス流量の予測の比は、ロックハート・マルティネリ・パラメータ予測をもたらす。次いで、これは、メインの収束ＤＰメータ湿性ガス相関、または代替として拡張ＤＰメータ湿性ガス相関に代入され、それによって合理的なガス質量流量予測をいつも与える。さらに、基準湿性ガス相関は、収束および発散メータの湿性ガス相関の直接の組み合わせの感度に直接比べて、ロックハート・マルティネリ・パラメータ予測法中の不確かさの影響を比較的受けない。すなわち、収束および発散メータ・システムについての湿性ガス補正ファクタのそれぞれの組み合わせは、かなりの不確かさを組み合わせることを含み、このことは、乏しい最終結果をもたらす。本方法は、この不確かさをかなり低減する。したがって、本方法は、既存の方法を上回る２つの改良、（１）（時々「結果なし」の代わりに）保証された結果、および（２）より正確な結果をもたらす。
上記のＶ−Ｃｏｎｅメータ湿性ガス・メータのコンセプトは、０．７５ベータ比Ｖ−Ｃｏｎｅメータが最良の湿性ガスの流れ性能を有すると分かったので、主としてＮＥＬ６”，０．７５ベータ・データおよびＣＥＥＳＩ４^”，０．７５ベータ・データに対して開発および調査された。したがって、０．７５ベータは、Ｖ−Ｃｏｎｅメータ湿性ガス・メータとして開発されたメータだった。他のベータ値を有するメータが、製造されてよいと考えられる。
第１の成功した湿性ガスＶ−Ｃｏｎｅメータは、ＮＥＬ６ ０．７５ベータ比率計の上記の操作によって見出された。しかし、一方で、ＣＥＥＳＩ４ ０．７５ベータ湿性ガス・データは、ＮＥＬベースの基準／収束Ｖ−Ｃｏｎｅメータ０．７５ベータ湿性ガス相関によくフィットすることが分かった。このフィッティング・データ（すなわち式（１２）中の関数「ｇ」）は、ＮＥＬデータ・セットおよびＣＥＥＳＩデータ・セットによって異なった。したがって、異なるメータが検査され、うまく機能し、個々に較正された。
すなわち、ＮＥＬおよびＣＥＥＳＩの０．７５ベータ比Ｖ−Ｃｏｎｅテスト・メータは共に、上記一般的な方法によって湿性ガス・メータに変換することに成功したが、ＮＥＬおよびＣＥＥＳＩでテストされたこのメータは、上記の式（１２）に示すように様々な関数「ｇ」にフィッティングしたデータを与えた。
別の問題は、ガス濃度計フルード数、およびガスと液体の密度比が増加するに連れて、シータの値は、理論的には１に向かって減少するはずであるということである。増加するこれらのパラメータは共に、湿性ガスの流れ中のより高いガスの動圧を示し、したがって液体流れに対するより大きい駆動力を示す。これは、あるセットのガスと液体の質量流量について、この液体は、ガス流れにますます多く同伴されることになることを意味する。このことは、ガスと液体の密度比およびガス濃度計フルード数が増加するに連れて、流れは、均質な流れ、すなわち、完全に分散した霧状の流れになる傾向があることを意味する。そこで、これは、擬似単相流である。もちろん単相流は、２つのメータ・システムの不確かさの制限内の
（ｍ_ｇ）_収束＝（ｍ_ｇ）_発散 （２１）
によってもたらされ得る結果だけを指し示す。次いでここで、適当に高いガスの動圧については、Ｖ−Ｃｏｎｅ湿性ガス・メータを通る湿性ガスの流れが、計量システム間で有意差はない（すなわち、θ≒１）ことを示すことにする。メータ・システムが、正しいガス質量流量をそれぞれ与えると言うのではない。メータ・システムがそれを与えるのではなく、メータ・システムは共に、均質モデルによって予測される同じ湿性ガス誤差を有する。この条件において、Ｖ−Ｃｏｎｅ湿性ガス・メータを含む湿性ガス・メータ・システムとして働く任意の対の直列のメータは、結果をもたらすことができない。
異なるＤＰメータがどのように湿性ガスの流れに反応するのかということに差がある。いくつかの一次要素の設計は、他のものより高いガス動圧（すなわち、より高いガスと液体の密度、およびガス濃度計フルード数）まで、均質モデルになる傾向があるオーバー・リーディングを有するのに耐える。例えば、あるセットのガスと液体の密度比で、オリフィス板のメータの湿性ガスのオーバー・リーディングを均質な流れの予測にする傾向があるようにさせるために、ベンチュリ計より高いガス濃度計フルード数がかかる。基準Ｖ−Ｃｏｎｅメータは、オリフィス計とベンチュリ計の間の応答性を有する。
任意のメータ用に産業界によって用いられる従来の一般的な分析を用いると、０．１５より大きい流量値の影響を受けないものであるＸ_ＬＭの予測について問題がある。Ｖ−Ｃｏｎｅ湿性ガス・メータは、他の既存のメータほど極端でないＸ_ＬＭ＞０．１５で感度を損失する。すなわち、Ｖ−Ｃｏｎｅ湿性ガス・メータのパラメータのシータθは、ベンチュリ計の圧力損失比より、Ｘ_ＬＭ＞０．１５での変化するロックハート・マルティネリ・パラメータに対してより感度が高いように思われる。
円錐タイプの一次要素およびこの一次要素の下流のどこかに配置される下流タッピングを有するＤＰメータを用いて二相湿性ガスまたは二相流を計量する特別な場合については、ＤＰメータのために存在する２つの独立した流れの式（すなわち、収束および拡張の流れの式）の単相技術は、二相湿性ガスまたは二相流を用いた２つの似ていない独立した直列のＤＰメータの数学的解析と併せて適用されてよく、それにより本発明のような独特で新規なスタンド・アローンの湿性ガス・フロー・メータ・システムを創出する。そのようなシステムは、２つの独立した直列のＤＰメータを必要とせずに両方の相の流れを計量できる利点を有し、したがって、既存のシステムより短く、軽く、コンパクトで、結果としてより経済的である。
したがって、本発明の目的および利点は、便利、経済的、実際的および簡易なやり方で実現されることが示されている。
本発明の現在好ましい実施形態が本明細書において例示および説明されてきたが、様々な変更、再配置および修正が、添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の範囲から逸脱することなく本明細書においてなされ得ることを理解されたい。

Claims (13)

1. 二相流体フロー・メータ組立体であって、
   気相および液相を有する流動可能な物質を所与の方向に内部を通じて搬送する導管であって、内面を備える周壁を有する導管と、
   流体流れの方向に対して上流端および下流端を含む円錐形の流体流れ変位部材であって、前記導管より小さい大きさであり、前記物質を逸らして変位部材の外周および前記導管の前記内面によって画定される領域を貫流するようにするために前記部材上に前記外周を形成する傾斜した壁を有する変位部材と、
   前記導管の前記壁を通って延在し、前記変位部材の上流の区域と連通する第１の流れ測定タップと、
   前記導管の前記壁を通っておよび前記変位部材を通って延在し、前記変位部材の前記下流端での区域と連通する第２の流れ測定タップと、
   前記導管の前記壁を通って延在し、前記変位部材の下流の区域と連通する第３の流れ測定タップと、
   前記第１の流れ測定タップ、前記２の流れ測定タップ、および前記第３の流れ測定タップのうちのいずれか２つから取った流れの測定値に基づいて第１の差圧値を求める手段と、
   前記第１の流れ測定タップ、前記第２の流れ測定タップ、および前記第３の流れ測定タップのうちの異なる２つから取った流れの測定値に基づいて第２の差圧値を求める手段と、
   求められた前記第１の差圧値および前記第２の差圧値を用いて第３の差圧値を求める手段と、
   前記第１の差圧値、前記第２の差圧値、および前記第３の差圧値を用いて、前記物質の前記気相についてのガス流量および前記物質の前記液相についての液体流量を求める手段と
   を備えるフロー・メータ組立体。
2. 前記第１の流れ測定タップ、前記第２の流れ測定タップ、および前記第３の流れ測定タップのうちのいずれか２つの間の差圧を測定する測定手段をさらに備える、請求項１に記載のフロー・メータ組立体。
3. 前記第３の流れ測定タップが、前記変位部材から少なくとも４直径下流である区域で前記導管を通って延在する、請求項１に記載のフロー・メータ組立体。
4. 前記第３の流れ測定タップが、前記変位部材から６直径下流である区域で前記導管を通って延在する、請求項１に記載のフロー・メータ組立体。
5. 前記変位部材を前記導管に装着し、前記変位部材を前記流体流れ中の適切な位置に保持する、前記導管を通って延在する支持体をさらに備える、請求項１に記載のフロー・メータ組立体。
6. 導管内に配置された変位部材、前記変位部材から上流に配置された第１の流れ測定タップ、前記変位部材の下流端で配置された第２の流れ測定タップ、および前記変位部材から下流に配置された第３の流れ測定タップを含むフロー・メータを用いて二相流体の流量を求める方法であって、
   前記第１の流れ測定タップ、前記第２の流れ測定タップ、および前記第３の流れ測定タップのそれぞれにおいて前記流体の圧力を求めるステップと、
   前記第１の流れ測定タップ、前記第２の流れ測定タップ、および前記第３の流れ測定タップのうちのいずれか２つの間の第１の差圧を求めるステップと、
   前記第１の流れ測定タップ、前記第２の流れ測定タップ、および前記第３の流れ測定タップのうちのいずれか２つの間の第２の差圧を求めるステップであって、前記第２の差圧を求めるのに使用される２つの流れ測定タップが、前記第１の差圧を求めるのに使用される前記流れ測定タップと異なる、第２の差圧を求めるステップと、
   求められた前記第１の差圧および前記第２の差圧に基づいて第３の差圧を求めるステップと、
   従来のメータ・ガス流量を求めるステップと、
   拡張メータ・ガス流量を求めるステップと、
   前記従来のメータ・ガス流量と前記拡張メータ・ガス流量の比であるシータθを求めるステップと、
   ロックハート・マルティネリの式を従来の円錐メータ湿性ガス相関に代入するステップと、
   式
   

   

   の繰返しを行って、ｍ_ｇ、Ｘ_ＬＭおよびＦ_ｒｇを求めるステップと、
   ｍ_ｌおよび前記Ｘ_ＬＭのうちの少なくとも１つを用いて前記二相流体についての液体流量を求めるステップと
   を含む方法。
7. 前記従来のメータ・ガス流量ｍ_ｇｔを求めるステップが、以下の式からｍ_ｇｔの値を求めるステップを含む、請求項６に記載の方法。
   

   
8. 前記拡張メータ・ガス流量ｍ_ｇｅを求めるステップが、以下の式からｍ_ｇｅの値を求めるステップを含む、請求項６に記載の方法。
   

   
9. シータθが、以下の式によって求められる、請求項６に記載の方法。
   

   
10. 前記ロックハート・マルリネッリ（Ｘ_ＬＭ）の式を前記従来の円錐メータ湿性ガス相関に代入するステップが、以下の式を前記従来の円錐メータ湿性ガス相関に代入するステップを含む、請求項６に記載の方法。
    

    
11. 前記ロックハート・マルリネッリ（Ｘ_ＬＭ）の式を拡張円錐メータ湿性ガス相関の代入するステップが、以下の式を前記拡張円錐メータ湿性ガス相関に代入するステップを含む、請求項６に記載の方法。
    

    
12. 前記液体流量を求めるステップが、以下の式中のｍ_ｌについて解くステップを含む、請求項６に記載の方法。
    

    
13. 導管内に配置された変位部材、前記変位部材から上流に配置された第１の流れ測定タップ、前記変位部材の下流端で配置された第２の流れ測定タップ、および前記変位部材から下流に配置された第３の流れ測定タップを含むフロー・メータを用いて二相流体の流量を求める方法であって、
    前記第１の流れ測定タップ、前記第２の流れ測定タップ、および前記第３の流れ測定タップのそれぞれにおいて前記流体の圧力を測定するステップと、
    前記第１の流れ測定タップ、前記第２の流れ測定タップ、および前記第３の流れ測定タップのうちのいずれか２つの間の第１の差圧を求めるステップと、
    前記第１の流れ測定タップ、前記第２の流れ測定タップ、および前記第３の流れ測定タップのうちのいずれか２つの間の第２の差圧を求めるステップであって、前記第２の差圧を求めるのに使用される２つの流れ測定タップが、前記第１の差圧を求めるのに使用される前記流れ測定タップと異なる、第２の差圧を求めるステップと、
    求められた前記第１の差圧および前記第２の差圧に基づいて第３の差圧を求めるステップと、
    従来のメータ・ガス流量を求めるステップと、
    拡張メータ・ガス流量を求めるステップと、
    前記従来のメータ・ガス流量と前記拡張メータ・ガス流量の比であるシータθを求めるステップと、
    ロックハート・マルティネリの式を拡張円錐メータ湿性ガス相関に代入するステップと、
    式
    

    

    の繰返しを行って、ｍ_ｇ、Ｘ_ＬＭおよびＦ_ｒｇを求めるステップと、
    ｍ_ｌおよび前記Ｘ_ＬＭの少なくとも１つを用いて前記二相流体についての液体流量を求めるステップと
    を含む方法。
    

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