NL1004533C1 - Meter voor een veelfasig vochtig gas. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Meter vooreen veelfasig vochtig gas.

Natuurlijk koolwaterstofgas dat wordt geproduceerd uit gasbronnen bestaat normaal uit een mengsel van gasvormige koolwaterstoffen, soms gemengd met anorganische gassen, vloeibare koolwaterstoffen en water. Gewoonlijk 5 vormt de gasfase het merendeel, in het bijzonder meer dan 80 vol.%, en vormt de vloeibare fase een minderheid, in het bijzonder minder dan 20 vol.%. De vloeibare fase kan in het bijzonder variëren tussen 100% koolwaterstof en 100% water.

De aard van de stroming van het gas/vloeistofmeng-10 sel in een leiding dat deze transporteert zal in het bijzonder afhangen van de gas:vloeistofverhouding en de snelheid van de vloeibare media in de leiding, alsmede de geometrie van de leiding. In het bijzonder zal iets van de vloeistof zijn gesuspendeerd in de gasfase als druppels of 15 een nevel (hierna aangeduid als een nevel) en iets van de vloeistof kan voortbewegen als een vloeistoffilm langs de wanden van de leiding en/of als een stroom langs de bodem van een horizontale leiding (hierna aangeduid als dichte vloeistof). Iets van de dichte vloeistof kan voortbewegen 20 langs de leiding in stromingsgolven of stromingshopen.

Het doel van de meter voor het vochtige veelfase-gas is om in staat te zijn om de stroomsnelheid te meten van gas en vloeistoffen die tezamen stromen in een leiding zoals hierboven is beschreven.

25 Volgens de uitvinding wordt een meter verschaft voor het meten van de stroomsnelheden van gas en vloeistof-fracties van een veelfasig vloeibaar medium dat gaat door een leiding, en een Venturi of andere vernauwing in de leiding, en middelen voor het meten van het drukverval over 30 de vernauwing en voor het meten van de drukterugwinwaarde achter de vernauwing, omvat.

Met de uitdrukking "drukverval over de vernauwing" wordt bedoeld het drukverval zoals gemeten volgens de erkende standaards voor toepassing van de betreffende 35 vernauwing toegepast voor stromingsmeetdoeleinden.

Om de uitvinding te begrijpen is het noodzakelijk 1004533 2 om het gedrag van een vernauwing zoals een Venturi, indien onderworpen aan veelfasestroming, te beschrijven.

Onder enkele fase stromingsomstandigheden, namelijk volledig vloeistof of volledig gas, is het bekend dat 5 het drukverval van voor een Venturi tot de hals een functie is van de dichtheid en de snelheid van het vloeibare medium. Het is eveneens bekend dat achter de Venturi een aanzienlijke hoeveelheid (ongeveer 80%) van het boven-stroomse drukverval wordt teruggewonnen.

10 Wanneer de stroming door de Venturi veelfasig is, wordt de betrekking tussen het bovenstroomse drukverval en de dichtheid van het vloeibare medium en snelheid gewijzigd met een factor, nu aangeduid als de bovenstroomse correc-tiefactor, die voornamelijk afhankelijk is van de fasefrac-15 ties en dichtheden van de vloeibare media. Wij hebben gevonden dat deze betrekking eveneens wordt gewijzigd door de verdeling van de vloeibare fase zoals tussen nevel en dichte vloeistof. Wanneer de vloeibare fractie kleiner wordt en minder daarvan aanwezig is als dichte vloeistof, 20 dan wordt de bovenstroomse correctiefactor meer voorspelbaar. Om deze reden verdient het gebruik van een Venturi als een stromingsmeetinrichting onder veelfase stromingsomstandigheden de voorkeur bij kleine vloeistoffracties, in het bijzonder wanneer de vloeistoffractie klein genoeg is 25 en de snelheid van het vloeibare medium hoog genoeg voor alle of het merendeel van de vloeistof die wordt gevoerd door de Venturi als een nevel. Het verdient eveneens de voorkeur om enige kennis te hebben van de verdeling van de vloeistof zoals tussen dichte vloeistof en nevel om de 30 meest nauwkeurige bepaling van de bovenstroomse correctie-factor mogelijk te maken.

Men heeft, in de ontwikkeling van de onderhavige uitvinding, vastgesteld dat de drukterugwinning benedenstrooms van de Venturi, uitgedrukt als een percentage van 35 het bovenstroomse drukverval, eveneens wordt beïnvloed door de fasefracties en dichtheden van de vloeibare media in veelfase stromingsomstandigheden, waarbij het effect van de 1004533 3 veelfase-stroming de drukterugwinning verlaagt in vergelijking met de enkele fasestroom. Deze meting van de drukterugwinning is een middel om de gas/vloeistoffracties in veelfase-omstandigheden te bepalen. Men heeft voorts 5 vastgesteld dat de betrekking van drukterugwinning/fase-fractie in het bijzonder gevoelig is in de van gas bevrijde fractie met een traject van 90 tot 100% en zelfs meer in het traject van 99,5% tot 100% en het gebruik van de meting van de drukterugwinning als middel voor het bepalen van 10 fasefracties is voordeliger in dit traject, in het bijzonder wanneer de vloeistoffractie klein genoeg is en de snelheid van het vloeibare medium hoog genoeg voor alle of de meeste vloeistof die wordt gevoerd door de Venturi als een nevel. Wij hebben bepaald dat de drukterugwinning 15 eveneens wordt beïnvloed door de verdeling van de vloeistof tussen dichte vloeistof en nevel. Het verdient de voorkeur om enige kennis te hebben van deze verdeling om de meest nauwkeurige bepaling van de gas/vloeistoffractie uit meting van de drukterugwinning mogelijk te maken.

20 Het verdient daarom de voorkeur dat de meter voorts een vloeistofscheider voor het afscheiden van iets of alle dichte vloeibare fase van de gasfase van het vloeibare medium, en een gasafvoerleiding van de scheider die leidt naar de genoemde vernauwing, omvat. Dit zal de 25 totale vloeibare fractie die gaat naar de vernauwing verminderen en waarborgt dat de vloeibare fractie die de vernauwing binnengaat in hoofdzaak een nevel is. Voorts kan er een vloeistofafvoerleiding zijn die loopt vanaf de scheider en meetmiddelen omvat voor het meten van de 30 stroomsnelheid en de samenstelling (indien onbekend) van de vloeibare fase. De meetmiddelen kunnen een coriolimeter zijn.

Het systeem zal op ideale wijze, om het mogelijk te maken dat het werkt, middelen vereisen voor het bepalen 35 van de dichtheid van het gas, en welke vloeistoffen dan ook aanwezig zijn, bijvoorbeeld vloeibare koolwaterstoffen en water. De verschillende middelen om dit te doen zijn bekend * n o 4 5 33 4 voor de koolwaterstofgasindustrie en kunnen worden opgenomen in de inrichting van de onderhavige uitvinding.

De uitvinding strekt zich voorts uit tot een werkwijze voor het bepalen van de gas:vloeistoffasefractie 5 in een veelfasig vloeibaar medium dat stroomt door een leiding, waarbij het vloeibare medium wordt gevoerd door een Venturi of andere vernauwing in de leiding, het druk-verval over de hals van de vernauwing wordt gemeten en de drukterugwinningswaarde na de vernauwing eveneens wordt 10 gemeten en een vergelijking van de twee metingen wordt gedaan om een schatting van de gas:vloeistoffasefractie in het te bepalen vloeibare medium mogelijk te maken.

De uitvinding kan op verschillende wijze worden uitgevoerd en een voorkeursuitvoeringsvorm zal hierna 15 worden beschreven, als voorbeeld, met verwijzing naar de bijgaande tekening, waarin:

Figuur 1 een schematische toelichting is van een meter voor een veelfasig vochtig gas volgens de onderhavige uitvinding; en 20 Figuur 2 een grafische weergave is van het effect van vloeibare nevel in een gas bij drukterugwinning uit de Venturi, weergegeven in Figuur 1.

Het systeem voor het meten van de stroming, toegelicht in Figuur 1 , maakt het mogelijk om een Venturi 25 te gebruiken onder veelfase-stromingsomstandigheden op zeer voordelige wijze en verschaft eveneens andere informatie die essentieel is om de stroomsnelheid van alle drie fasen te bepalen.

Een scheider 1 scheidt in hoofdzaak alle dichte 30 vloeistoffen van de veelfasestroom die daar naar- binnen gaat. Afgescheiden vloeistoffen zullen worden afgevoerd uit de bodem van de scheider via een klep 2 of door een ander middel voor het handhaven van een hoeveelheid vloeistof in de bodem van de scheider die voldoende is om te voorkomen 35 dat aanzienlijke hoeveelheden gas worden afgevoerd via de vloeistofafvoer. Het meeste gas, dat vloeibare nevel bevat, zal worden afgevoerd uit een tweede uitgang uit de schei- 1004533 5 der. Omdat de scheider alleen dichte vloeistoffen van de gasstroom moet scheiden wordt beoogd dat een dergelijke scheider een kleine afmeting zal bezitten in vergelijking met één die is ontworpen voor volledige vloeistof/gasschei-5 ding. Vanwege de beoogde kleine afmeting wordt ingezien dat vloeistof die wordt afgevoerd uit de bodem van de scheider iets gas kan bevatten en tot 5% gasvrije fractie in de vloeistofstroom zal aanvaardbaar zijn zonder de nauwkeurigheid van het meetsysteem ernstig te benadelen.

10 De gas/vloeibare nevelstroom die wordt afgevoerd uit de scheider 1 wordt afgevoerd door een Venturi 3. Dit kan desgewenst een mondstuk zijn of een vernauwingsopening of een ringvormige opening (zoals die welke V-conus wordt genoemd). Het bovenstroomse drukverval tussen stroomop-15 waarts en de hals van de Venturi wordt gemeten met een differentiate drukinrichting 4. De stroomafwaartse druktoe-name tussen stroomafwaarts en de hals van de Venturi wordt gemeten met een differentiale drukinrichting 5 en/of het totale drukverval over de Venturi wordt gemeten met een 20 differentiale drukinrichting 6. Temperatuur en druk en andere omstandigheden bij de Venturi worden gemeten door instrumenten 8.

Vloeistof die wordt afgevoerd uit de scheider 1 wordt afgevoerd via een klep 2 door middelen 7 voor het 25 meten van de vloeistofstroomsnelheid. (Desgewenst kan klep 2 stroomafwaarts van de meetmiddelen 7 zijn aangebracht). Een voorkeursmiddel voor het meten van de vloeistofstroom is een coriolimeter die de massastroomsnelheid meet en tolerant is voor kleine hoeveelheden gas in de vloeistof. 30 De coriolimeter zal eveneens de dichtheid van het vloeibare medium dat daardoor heen gaat meten.

Vloeistof die gaat door de coriolimeter 7 kan opnieuw worden gemengd met de gas/nevelstroom stroomafwaarts van de coriolimeter. Alternatief kan het gescheiden 35 worden gehouden van de gas/nevelstroom. Wanneer de vloei-stofstroom opnieuw wordt gemengd met de gas/nevelstroom kan het drukverval dat wordt verkregen door de Venturi voldoen- 1 o 0 4 5 33 6 de zijn om de hernieuwde menging te verkrijgen. Wanneer het Venturi drukverval onvoldoende is, kan een extra drukver-valinrichting, zoals een opening, worden aangebracht in de gas/nevelstroom tussen scheider 1 en het punt van het 5 opnieuw mengen.

Figuur 2 geeft een aantal voorbeelden van het effect op de drukterugwinning stroomafwaarts van de Venturi 3, afhankelijk van de hoeveelheid (in volumedelen) vloeistof in de gasstroom. Dit varieert in enige mate afhanke-10 lijk van de stroomsnelheid van het vloeibare medium door de leiding. De gemeten stroomsnelheden zijn weergegeven in het vakje in de linker bovenhoek van Figuur 2. Opgemerkt wordt dat de metingen het meeste geldig zijn voor vloeibare media waarbij de vloeistoffasen 0,5 vol.% of minder van het 15 totale volume van het vloeibare medium is.

De uit het stromingsmeetsysteem verkregen informatie, tezamen met de informatie die extern is verkregen voor het systeem met betrekking tot de fasedichtheden, kunnen met elkaar worden benut op de volgende wijze.

20 1 . Het gebruik van de scheider 1 waarborgt dat stroming door de Venturi 3 in hoofdzaak gas is tezamen met een geringe hoeveelheid vloeistoffractie, in hoofdzaak in de vorm van een nevel. Dit maakt de keuze mogelijk van correctiefactors met betrekking tot de berekeningen van de 25 Venturi die geschikt zijn voor deze stromingsomstandigheid die het meest nauwkeurig en voorspelbaar zijn.

2. Meting van de Venturi drukterugwinning maakt berekening mogelijk van de gas:vloeistof fasefractie in het vloeibare medium dat gaat door de Venturi, onder toepassing 30 van empirische gegevens.

3. Meting van de vloeistofdichtheid in de corio-limeter 7 bepaalt de dichtheid van de vloeistof die gaat door de inrichting.

4. De gasdichtheid die gaat door de Venturi kan 35 worden berekend uit externe informatie en temperatuur en druk, gemeten door de instrumenten 8 bij de Venturi.

5. Snelheid van het vloeibare medium door de 1004533 7

Venturi wordt berekend uit het drukverval gemeten door inrichting 4, gasdichtheid, vloeistofdichtheid en fasefrac-tie tezamen met empirische correctiefactors, bepaald door de gas:vloeistoffasefractie en gasdichtheid en vloeistof-5 dichtheid.

6. Gasstroomsnelheid door de Venturi wordt bepaald uit snelheid van het vloeibare medium en gasfase-fractie.

7. Vloeistofstroomsnelheid door de Venturi wordt 10 bepaald uit snelheid van het vloeibare medium en vloeistof- fasefractie.

8. Vloeistofstroomsnelheid uit de schelder 1 wordt gemeten door de coriolimeter 7.

9. De totale vloeistofstroomsnelheid is de som 15 van de vloeistofstromen door de Venturi 3 en de coriolimeter 7.

10. Olie/waterfracties in de vloeistofstroom worden berekend uit vloeistofdichtheid (zoals gemeten door de coriolimeter 7) en de dichtheid van de water en koolwa- 20 terstoffasen, die extern werden bepaald.

1 1 . Olie en waterstroomsnelheden worden berekend uit de totale vloeistofstroomsnelheid en olie/waterfracties in de vloeistofstroom.

Het voorgaande maakt de berekening mogelijk van 25 gas, olie (koolwaterstof) en waterstroomsnelheden in een veelfasige vochtige gasstroom in een leiding. Alternatieve berekeningswijze zijn mogelijk onder toepassing van dezelfde informatie.

Metingen kunnen worden verkregen onder toepassing 30 van de inrichting zonder een scheider zodat de gehele stroom van het vloeibare medium gaat door de Venturi. Geschikte berekeningen kunnen worden verricht onder toepassing van de metingen die zijn aangegeven in bovenstaande punten 2, 4, 5, 6 en 7 tezamen met enige extra informatie 35 die extern wordt bepaald met betrekking tot de dichtheid of de samenstelling van de vloeistof (die een gedeelte van de totale stroom van vloeibaar medium vormt) door bemonstering 1004533 8 of een andere techniek.

1004533

Claims (6)

9 '

1. Meter voor het meten van de stroomsnelheden van gas en vloeistoffracties van een veelfasig vloeibaar medium dat gaat door een leiding, en een Venturi of andere vernauwing in de leiding omvat, en middelen voor het meten 5 van het drukverval over de vernauwing en voor het meten van de drukterugwinningswaarde stroomafwaarts van de vernauwing .

2. Meter volgens conclusie 1, omvattende een vloeistofscheider voor het scheiden van iets of alle dichte 10 vloeistoffase uit de gasfase van het vloeibare medium en een gasuitlaatleiding van de scheider die leidt naar de genoemde vernauwing.

3. Meter volgens conclusie 2, waarin een vloeistof af voerleiding komt uit de scheider en meetmiddelen 15 omvat voor het meten van de stroomsnelheid en eventueel de samenstelling van de vloeistoffase.

4. Meter volgens conclusie 3, waarin de meetmiddelen bestaan uit een coriolimeter.

5. Meter volgens elk der conclusies 1 tot 4, 20 omvattende middelen voor het bepalen van de dichtheid van het gas, en/of vloeistoffase van het veelfasige vloeibare medium.

6. Werkwijze voor het bepalen van de gas:vloeistof fasefractie in een veelfasig vloeibaar medium dat 25 stroomt door een leiding, waarin het vloeibare medium wordt gevoerd door een Venturi of andere vernauwing in de leiding, het drukverval over de hals van de vernauwing wordt gemeten en de drukterugwinningswaarde stroomafwaarts van de vernauwing eveneens wordt gemeten en een vergelijking van 30 de twee metingen wordt verricht om een schatting mogelijk te maken van de gas:vloeistoffasefractie in het te onderzoeken vloeibare medium. 1Μδ533