RU2087871C1 - Method of measurement of flow rate of multiphase stream - Google Patents

Method of measurement of flow rate of multiphase stream Download PDF

Info

Publication number
RU2087871C1
RU2087871C1 RU94024585A RU94024585A RU2087871C1 RU 2087871 C1 RU2087871 C1 RU 2087871C1 RU 94024585 A RU94024585 A RU 94024585A RU 94024585 A RU94024585 A RU 94024585A RU 2087871 C1 RU2087871 C1 RU 2087871C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flow rate
overheating
substance
measurement
time
Prior art date
Application number
RU94024585A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94024585A (en
Inventor
Борис Владимирович Колосов
Original Assignee
Борис Владимирович Колосов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Борис Владимирович Колосов filed Critical Борис Владимирович Колосов
Priority to RU94024585A priority Critical patent/RU2087871C1/en
Publication of RU94024585A publication Critical patent/RU94024585A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2087871C1 publication Critical patent/RU2087871C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: measurement of flow rate of multiphase streams with the aid of thermal flowmeters. SUBSTANCE: temperature difference is measured in two sections of measurement length between which fixed quantity of heat is fed, overheating of temperature-sensitive resistors during operation under mode of hot-wire anemometer is additionally measured in the course of fixed time interval as well as time during which each temperature-sensitive resistor has overheating value with in bounds of range characteristic of each substance included in stream and ratio of this to fixed time interval is taken into account for determination of flow rate. EFFECT: improved authenticity of method. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области измерения расходов с помощью тепловых расходомеров и предназначено для контроля многофазных потоков, преимущественно в нефтяной промышленности. The invention relates to the field of flow measurement using heat flow meters and is intended to control multiphase flows, mainly in the oil industry.

Известен способ измерения расхода с помощью теплового расходомера, заключающийся в измерении разности температур терморезисторами в двух сечениях измерительного участка, между которыми подводят фиксированное количество тепла [1]
Недостатком известного способа является низкая точность при измерении расхода многофазных потоков.
A known method of measuring flow using a heat flow meter, which consists in measuring the temperature difference with thermistors in two sections of the measuring section, between which a fixed amount of heat is applied [1]
The disadvantage of this method is the low accuracy when measuring the flow of multiphase flows.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение точности при измерении расхода потока, состоящего из веществ различной плотности и теплопроводности. Это достигается тем, что дополнительно в течение фиксированного промежутка времени измеряют перегрев терморезисторов при работе в режиме термоанемометра, время, в течение которого каждый из теморезисторов имеет значение перегрева в пределах диапазона, характерного для каждого вещества, входящего в поток, и отношение этого времени ко всему фиксированному промежутку времени учитывают при определении расхода. The technical result from the use of the invention is to improve the accuracy when measuring the flow rate, consisting of substances of different density and thermal conductivity. This is achieved by the fact that, over a fixed period of time, the superheat of the thermistors is measured during operation in the hot-wire anemometer mode, the time during which each of the thermistors has a superheat value within the range characteristic of each substance entering the flow, and the ratio of this time to everything a fixed period of time is taken into account when determining the flow rate.

На фиг. 1 показано устройство, реализующее способ; на фиг. 2 изменение температуры перегрева терморезистора в многофазном потоке от времени; на фиг. 3 зависимость температуры перегрева от скорости потока. In FIG. 1 shows a device that implements the method; in FIG. 2 change in the temperature of the superheat of the thermistor in a multiphase flow from time to time; in FIG. 3 dependence of the superheat temperature on the flow rate.

Расходомер содержит измерительный участок, терморезисторы T1 и T2 и нагреватель Н между ними (фиг. 1).The flow meter contains a measuring section, thermistors T 1 and T 2 and a heater H between them (Fig. 1).

Сущность изобретения состоит в следующем. Как известно, расход в калориметрическом расходомере, который рассматривается в данном случае пределяют по формуле

Figure 00000002

где М массовый расход; N подводимое тепло от нагревателя; Δt = t2-t1 - разность температур между терморезисторами T2 и T2; С - теплоемкость контролируемого вещества; K0 поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность распределения температур.The invention consists in the following. As you know, the flow rate in the calorimetric flowmeter, which is considered in this case, is limited by the formula
Figure 00000002

where M is the mass flow rate; N heat input from the heater; Δt = t 2 -t 1 is the temperature difference between the thermistors T 2 and T 2 ; C is the heat capacity of the controlled substance; K 0 correction factor, taking into account the uneven distribution of temperatures.

При контроле многофазного потока теплоемкость в зависимости от состава можно определять по формуле

Figure 00000003

где Сi массовая теплоемкость отдельного вещества; Xi - массовая доля; m число веществ, входящих в состав потока.When controlling a multiphase flow, the heat capacity depending on the composition can be determined by the formula
Figure 00000003

where C i is the mass heat capacity of an individual substance; X i - mass fraction; m is the number of substances that make up the stream.

Таким образом задача сводится к определению Xi, т.е. состава потока. Состав потока определяют следующим образом. Через терморезистор T2 пропускают ток больше той величины, которая была в режиме термометра, т.е. переводят в режим термоанемометра, и измеряют его перегрев относительно первого резистора, работающего в режиме термометра. Величина перегрева зависит от того, какое вещество омывает в данный момент времени резистор, и его скорости (фиг. 2). Чем больше теплопроводность вещества, тем меньше его перегрев при одинаковой скорости. На фиг. 2 это показано на примере смеси вода, нефть, газ, где теплопроводность воды наибольшая, нефти меньше, а газа еще меньше.Thus, the problem reduces to the definition of X i , i.e. composition of the stream. The composition of the stream is determined as follows. A current greater than the value that was in the thermometer mode is passed through the thermistor T 2 , i.e. transferred to the hot-wire anemometer mode, and its overheating is measured relative to the first resistor operating in the thermometer mode. The amount of overheating depends on what substance is being washed at the given moment in time by the resistor and its speed (Fig. 2). The greater the thermal conductivity of a substance, the less its overheating at the same speed. In FIG. 2 this is shown by the example of a mixture of water, oil, gas, where the thermal conductivity of water is greatest, oil is less, and gas is even less.

Для более точной оценки используем критериальное уравнение теплообмена
Nu= AR k e P e r (3)
где

Figure 00000004
число Нуссельта;
Figure 00000005
число Рейнольдса;
Figure 00000006
число Прандтля; a коэффициент теплопередачи; d диаметр корпуса терморезистора; l,ν
соответственно коэффициенты теплопроводности и вязкости жидкости; С - теплоемкость жидкости (т.е. вещества, омывающего резистор); r плотность жидкости.For a more accurate estimate, we use the criterion heat transfer equation
N u = AR k e P e r (3)
Where
Figure 00000004
Nusselt number;
Figure 00000005
Reynolds number;
Figure 00000006
Prandtl number; a heat transfer coefficient; d diameter of the thermistor housing; l, ν
respectively, the coefficients of thermal conductivity and viscosity of the liquid; C is the heat capacity of the liquid (i.e., the substance washing the resistor); r fluid density.

Уравнение теплопередачи
q = α(tп-to) (4)
где q плотность теплового потока, выделяемого на терморезисторе; tn температура перегрева; t0 температура потока.
Heat transfer equation
q = α (t p -t o ) (4)
where q is the density of the heat flux generated by the thermistor; t n superheat temperature; t 0 flow temperature.

Уравнение неразрывности
Q=V•S (5)
где Q объемный расход; V средняя скорость потока.
Continuity equation
Q = V • S (5)
where Q is the volumetric flow rate; V is the average flow rate.

Из уравнений (4), (3) следует зависимость перегрева от основных параметров

Figure 00000007

Так как в уравнении (3) в зависимости от режима потока и формы обтекаемого тела K ≈ 0,5 0,8; e ≈ 0,35 0,45; то видно, что перегрев (tn t0) зависит в основном от плотности теплового потока, теплопроводности и плотности жидкости, а также ее скорости.From equations (4), (3) follows the dependence of overheating on the main parameters
Figure 00000007

Since in equation (3), depending on the flow regime and the shape of the streamlined body, K ≈ 0.5 0.8; e ≈ 0.35 0.45; it can be seen that overheating (t n t 0 ) depends mainly on the density of the heat flux, thermal conductivity and density of the liquid, as well as its speed.

На фиг. 3 показан общий вид этой зависимости от скорости для разных веществ. Видно, что при достаточно малой скорости можно сделать величину перегрева однозначно связанной с конкретным веществом. Однако при большой скорости эта зависимость становится неоднозначной. Чтобы обеспечить эту скорость, надо, исходя из максимального расхода, сделать измерительный участок расходомера такой площади, чтобы, согласно уравнению (5), выполнялось условие

Figure 00000008

где Vmax максимальная скорость, определяемая из графика на фиг.3.In FIG. Figure 3 shows a general view of this velocity dependence for various substances. It can be seen that at a sufficiently low speed, it is possible to make the superheat uniquely associated with a specific substance. However, at high speed, this dependence becomes ambiguous. To ensure this speed, it is necessary, based on the maximum flow rate, to make the measuring section of the flowmeter of such an area that, according to equation (5), the condition
Figure 00000008

where V max is the maximum speed determined from the graph in figure 3.

Рационально разместить измерительный участок горизонтально, т.к. при этом происходит расслоение веществ, входящих в поток, и сделать терморезисторы T1 и T2 состоящими из дискретно расположенных и независимо досоединенных участков T11 T1n и T21 T2n, что позволяет увеличить время нахождения каждого из терморезисторов в определенном веществе. Это увеличивает точность определения состава, т.к. сокращается время переходных процессов терморезисторов при смене их различных веществ потока (см. фиг. 2).It is rational to place the measuring section horizontally, as In this case, the separation of substances entering the flow occurs and the thermistors T 1 and T 2 are made up of discretely located and independently connected sections T 11 T 1n and T 21 T 2n , which allows to increase the residence time of each of the thermistors in a certain substance. This increases the accuracy of determining the composition, as reduced transient times of thermistors when changing their various flow substances (see Fig. 2).

В результате долю каждого вещества можно определять по отношению времени нахождения данного участка терморезистора в данном веществе ко всему промежутку времени измерения и по количестве этих участков терморезистора, находящихся в данном веществе. As a result, the proportion of each substance can be determined by the ratio of the time spent by a given section of a thermistor in a given substance to the entire period of measurement and by the number of these sections of a thermistor in a given substance.

После этого определяют среднюю теплоемкость по формуле (2) и затем расход по формуле (1). After that, the average heat capacity is determined by the formula (2) and then the flow rate by the formula (1).

Claims (1)

Способ измерения расхода многофазного потока, заключающийся в измерении разности температур терморезисторами в двух сечениях измерительного участка, между которыми подводят фиксированное количество тепла, отличающийся тем, что дополнительно измеряют в течение фиксированного промежутка времени перегрев терморезисторов при работе в режиме термоанемометра, время, в течение которого каждый из терморезисторов имеет значение перегрева в пределах диапазона, характерного для каждого вещества, входящего в поток, и отношение этого времени ко всему фиксированному промежутку времени учитывают при определении расхода. A method of measuring the flow rate of a multiphase flow, which consists in measuring the temperature difference between the thermistors in two sections of the measuring section, between which a fixed amount of heat is supplied, characterized in that they additionally measure overheating of the thermistors during a fixed period of time when operating in the anemometer mode, the time during which each of thermistors has an overheating value within the range characteristic of each substance entering the stream, and the ratio of this time to about the entire fixed period of time is taken into account when determining the flow rate.
RU94024585A 1994-06-30 1994-06-30 Method of measurement of flow rate of multiphase stream RU2087871C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94024585A RU2087871C1 (en) 1994-06-30 1994-06-30 Method of measurement of flow rate of multiphase stream

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94024585A RU2087871C1 (en) 1994-06-30 1994-06-30 Method of measurement of flow rate of multiphase stream

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94024585A RU94024585A (en) 1996-02-10
RU2087871C1 true RU2087871C1 (en) 1997-08-20

Family

ID=20157903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94024585A RU2087871C1 (en) 1994-06-30 1994-06-30 Method of measurement of flow rate of multiphase stream

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2087871C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2516960A (en) * 2013-08-08 2015-02-11 Zenith Oilfield Technology Ltd Multiphase Flowmeter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Цейтлин В.Г. Техника измерений расхода и количества жидкости, газов и паров. - М.: Комитет стандартов, 1968. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2516960A (en) * 2013-08-08 2015-02-11 Zenith Oilfield Technology Ltd Multiphase Flowmeter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4464932A (en) Thermal mass flowmetering
US6125695A (en) Method and apparatus for measuring a fluid
Greywall Thermal conductivity of normal liquid He 3
CN111094906B (en) Device for determining and/or monitoring the flow rate of a flowable medium and method for operating the same
JPS62185146A (en) Measurement of fluid condition
EP0469649B1 (en) Calorimeter
JPH07218308A (en) Flow-rate measuring device
US3613448A (en) Fluid flow measuring apparatus
RU2087871C1 (en) Method of measurement of flow rate of multiphase stream
US4475387A (en) High temperature mass flowmeter
Huijsing et al. Thermal mass-flow meter
Laub An electric flow meter
RU201523U1 (en) Gas-liquid flowmeter
RU2753155C1 (en) Thermal fluid meter
Tavoularis Simple corrections for the temperature sensitivity of hot wires
RU2152599C1 (en) Heat counter-flowmeter
RU2752412C1 (en) Method for measuring the flow rate of gas-liquid flow
SU1673940A1 (en) Method of complex determination of liquid thermophysical properties
RU2066850C1 (en) Method of measurement of mass flow of gas
RU2232379C2 (en) Method of compensation for effect of temperature level of fluid across inlet of measurement channel of heat flowmeter with sensors of heat flow from outer surface of measurement channel and its result on measurement of flow rate of fluid
SU1681217A1 (en) Method of determining thermal physic characteristics of fluid
SU512375A1 (en) Heat flow meter
SU691760A1 (en) Thermoanemometric system
SU285268A1 (en) THERMAL FLOW METER FLUID AND PULP
JP2771949B2 (en) Thermal flow sensor