RU2589354C2 - Multiphase flow meter - Google Patents

Multiphase flow meter Download PDF

Info

Publication number
RU2589354C2
RU2589354C2 RU2014146313/28A RU2014146313A RU2589354C2 RU 2589354 C2 RU2589354 C2 RU 2589354C2 RU 2014146313/28 A RU2014146313/28 A RU 2014146313/28A RU 2014146313 A RU2014146313 A RU 2014146313A RU 2589354 C2 RU2589354 C2 RU 2589354C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipe
wall
pipe wall
flow meter
section
Prior art date
Application number
RU2014146313/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014146313A (en
Inventor
Дарья Александровна Мустафина
Степан Александрович Полихов
Сергей Павлович Соцкий
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
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 Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Publication of RU2014146313A publication Critical patent/RU2014146313A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2589354C2 publication Critical patent/RU2589354C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/74Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to x-ray multi-phase flow meter. Flow meter comprises a first detector to measure volume flow rate of multiphase fluid medium inside the section of pipe and second detector for determination of absorption of x-ray or gamma radiation fluid inside section of pipe at least two different wavelengths. According to invention, wall (18) section of pipe comprises circular undercut (20) located upstream first and second detector, which enables to destroy sticking to wall of liquid film downstream of undercuts.
EFFECT: improved determination of phase composition.
7 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к многофазному расходомеру, согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.The invention relates to a multiphase flow meter, according to the restrictive part of paragraph 1 of the claims.

Для определения точной массы расхода многофазных текучих сред, таких как смеси нефти, воды и газа, в трубопроводах необходимо определять как объемный поток, так и фазовый состав текучей среды. Объемный поток можно определять с помощью обычных детекторов расхода, например, посредством регистрации падения давления в трубке Вентури.To determine the exact mass flow rate of multiphase fluids, such as mixtures of oil, water and gas in pipelines, it is necessary to determine both the volumetric flow and the phase composition of the fluid. The volumetric flow can be determined using conventional flow detectors, for example, by recording the pressure drop in the venturi.

Для измерения фазового состава известно применение поглощения рентгеновского излучения с использованием того факта, что газовая и жидкая фазы обычно имеют различные коэффициенты поглощения. Поэтому посредством измерения поглощения рентгеновского или гамма-излучения по меньшей мере на двух различных длинах волн можно определять соотношение отдельных фаз. Пример расходомера, основанного на этой технологии, известен из US 6265713 В1.To measure the phase composition, it is known to use X-ray absorption using the fact that the gas and liquid phases usually have different absorption coefficients. Therefore, by measuring the absorption of x-ray or gamma radiation at least at two different wavelengths, the ratio of the individual phases can be determined. An example of a flow meter based on this technology is known from US 6,265,713 B1.

Одной из проблем, затрудняющих точное измерение расхода, являются свойства потока многофазных смесей внутри труб. В частности, жидкая фаза имеет тенденцию к образованию пленки вдоль стенки трубы, которая перемещается со скоростью, отличной от скорости основного потока. Присутствие такой жидкой пленки может затруднять определение соотношения фаз и тем самым приводить к неправильному измерению потока.One of the problems that make accurate flow measurement difficult is the flow properties of multiphase mixtures inside pipes. In particular, the liquid phase tends to form a film along the pipe wall, which moves at a speed different from the speed of the main stream. The presence of such a liquid film may make it difficult to determine the phase ratio and thereby lead to an incorrect flow measurement.

Поэтому задачей изобретения является создание многофазного расходомера, согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения, который обеспечивает улучшенную точность измерения.Therefore, the object of the invention is the creation of a multiphase flow meter, according to the restrictive part of paragraph 1 of the claims, which provides improved measurement accuracy.

Задача решена с помощью расходомера, согласно п. 1 формулы изобретения.The problem is solved using a flow meter, according to paragraph 1 of the claims.

Многофазный рентгеновский расходомер, согласно изобретению, содержит первое детекторное средство для измерения объемного расхода многофазной текучей среды внутри секции трубы и второе детекторное средство для определения поглощения рентгеновского излучения текучей средой внутри секции трубы по меньшей мере на двух различных длинах волн.The multiphase X-ray flow meter according to the invention comprises first detection means for measuring the volumetric flow rate of the multiphase fluid inside the pipe section and second detection means for determining the absorption of X-ray radiation by the fluid inside the pipe section at least at two different wavelengths.

Для исключения образования жидкой пленки, стенка секции трубы содержит окружное поднутрение, расположенное по потоку перед первым и вторым детекторным средством. Жидкие пленки, образованные по потоку перед секцией трубы, могут соскребаться со стенки у поднутрения, так что жидкая фаза снова соединяется с основным потоком текучей среды в зоне трубы, используемой для измерения, что уменьшает неточности, вызываемые неправильным определением соотношения фаз внутри потока.To prevent the formation of a liquid film, the wall of the pipe section contains a circumferential undercut located downstream of the first and second detector means. Liquid films formed upstream of the pipe section can be scraped off the wall at the undercut, so that the liquid phase is again connected to the main fluid stream in the area of the pipe used for measurement, which reduces the inaccuracies caused by the incorrect determination of the phase ratio within the stream.

Мертвая зона текучей среды, создаваемая поднутрением, помогает предотвращать образование снова жидкой пленки на значительной части трубы, так что может обеспечиваться свободное от пленки состояние во всей зоне измерения.The dead zone of the fluid created by the undercut helps to prevent the formation of a liquid film again on a large part of the pipe, so that a film-free state in the entire measurement zone can be ensured.

В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения поднутрение образует имеющую острый угол кромку, при этом первая часть стенки трубы находится по потоку перед поднутрением. Наличие такой острой кромки облегчает разрыв пленки и образование капель жидкости, которые могут уноситься основным потоком текучей среды.In one preferred embodiment of the invention, the undercut forms a sharp-angled edge, with the first part of the pipe wall being upstream of the undercut. The presence of such a sharp edge facilitates tearing of the film and the formation of liquid droplets that can be carried away by the main fluid stream.

Кроме того, предпочтительно образована вторая часть стенки трубы по потоку перед первой частью стенки трубы, которая наклонена наружу от центра трубы в направлении, противоположном направлению потока. Другими словами, труба сужается по потоку перед поднутрением, направляя и концентрируя жидкую пленку к кромке и способствуя разрушению пленки.In addition, preferably, the second part of the pipe wall is formed upstream of the first part of the pipe wall, which is inclined outward from the center of the pipe in the opposite direction to the flow direction. In other words, the pipe narrows downstream before undercutting, directing and concentrating the liquid film to the edge and contributing to the destruction of the film.

В другом варианте выполнения изобретения вторая часть стенки трубы по существу параллельна части стенки поднутрения, проходящей непосредственно от кромки. Такая геометрия помогает разрушать пленку и обеспечивает достаточно длинную свободную от пленки часть трубы для правильного измерения соотношения фаз.In another embodiment, the second portion of the pipe wall is substantially parallel to the portion of the undercut wall extending directly from the edge. This geometry helps to destroy the film and provides a sufficiently long film-free part of the pipe for the correct measurement of the phase ratio.

В альтернативном варианте выполнения изобретения, первая часть стенки трубы наклонена наружу от центра трубы под углом, меньшим, чем вторая часть стенки трубы. Капли, образующиеся из пленки у кромки первой части стенки трубы в направлении потока, направляются за счет этого к центру трубы, замедляя прикрепление капель снова к стенке трубы, что приводит к увеличению длины части трубы, пригодной для измерения расхода.In an alternative embodiment of the invention, the first part of the pipe wall is inclined outward from the center of the pipe at an angle smaller than the second part of the pipe wall. Drops formed from the film at the edge of the first part of the pipe wall in the flow direction are thereby directed to the center of the pipe, slowing down the attachment of the drops again to the pipe wall, which leads to an increase in the length of the pipe part suitable for measuring flow.

Ниже приводится пояснение изобретения и его вариантов выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:The following is an explanation of the invention and its embodiments with reference to the accompanying drawings, which depict:

фиг. 1 - труба, используемая в одном примере выполнения расходомера, согласно изобретению, в изометрической проекции;FIG. 1 is a pipe used in one embodiment of a flowmeter according to the invention in an isometric view;

фиг. 2 - кромка стенки трубы, ограничивающая измерительную часть трубы, согласно фиг. 1, в увеличенном масштабе;FIG. 2 - pipe wall edge bounding the measuring part of the pipe, according to FIG. 1, on an enlarged scale;

фиг. 3 - поперечное сечение кромки стенки трубы, согласно фиг. 2;FIG. 3 is a cross-sectional view of the edge of a pipe wall according to FIG. 2;

фиг. 4 - поперечное сечение кромки стенки трубы с другой геометрией.FIG. 4 is a cross section of the edge of the pipe wall with a different geometry.

Для обеспечения точного определения массового потока внутри трубопровода, транспортирующего смесь нефти, воды и газа, предусмотрена труба 10, состоящая из широкой секции 17 и более узкой секции 14 по потоку после широкой секции в направлении 16 потока текучей среды.To ensure accurate determination of the mass flow inside the pipeline transporting the mixture of oil, water and gas, a pipe 10 is provided, consisting of a wide section 17 and a narrower section 14 upstream after the wide section in the direction 16 of the fluid flow.

На границе между секциями 12, 14 стенка 18 трубы образует поднутрение 20 и острую кромку 22. Жидкая пленка может образовываться на стенках секции 12. Стенка 18, стенка 24, кромка 22 и поднутрение 20 предназначены для отделения жидкой пленки и ее разрушения. При достижении первой кромки между стенками 18 и 24 и кромки 22 эта пленка жидкости разрывается и образует капли, которые уносятся внутри основного потока текучей среды. Поэтому стенка 18 трубы в узкой секции по потоку после края 22 в основном свободна от прилипающей жидкости. Это позволяет точно определять фазовый состав текучей среды внутри узкой секции с помощью спектроскопии поглощения рентгеновского излучения на двух различных длинах волн.At the boundary between sections 12, 14, pipe wall 18 forms an undercut 20 and a sharp edge 22. A liquid film can form on the walls of section 12. Wall 18, wall 24, edge 22, and undercut 20 are used to separate the liquid film and its destruction. Upon reaching the first edge between the walls 18 and 24 and the edge 22, this liquid film breaks and forms droplets that are carried away within the main fluid stream. Therefore, the pipe wall 18 in a narrow section downstream of edge 22 is substantially free of adhering fluid. This allows you to accurately determine the phase composition of the fluid inside a narrow section using x-ray absorption spectroscopy at two different wavelengths.

На фиг. 3 показана более подробно геометрия стенки 18 трубы, окружающей кромку 22. Часть стенки 18 трубы, образующая поднутрение 20, образует острый угол β с первой частью 24 стенки трубы, проходящей параллельно основной оси трубы 10. Выше по потоку часть 24 стенки трубы продолжается второй частью 26 стенки трубы, которая проходит приблизительно параллельно стенке 28 поднутрения, непосредственно соединенной с кромкой 22, и образует угол α с первой частью 24 стенки трубы, который приблизительно равен углу β.In FIG. 3 shows in more detail the geometry of the pipe wall 18 surrounding the edge 22. The part of the pipe wall 18 forming an undercut 20 forms an acute angle β with the first pipe wall part 24 extending parallel to the main axis of the pipe 10. Upstream, the pipe wall part 24 continues with the second part 26 of the pipe wall, which extends approximately parallel to the wall of the undercut 28, which is directly connected to the edge 22, and forms an angle α with the first part 24 of the pipe wall, which is approximately equal to the angle β.

Наклон второй части 26 стенки трубы помогает направлять жидкую пленку, прилипшую к стенке трубы, в направлении центра трубы 10. После разрушения указанной пленки на кромке 22, поднутрение 20 предотвращает образование снова пленки на значительной длине узкой секции 14.The inclination of the second part 26 of the pipe wall helps to direct the liquid film adhering to the pipe wall toward the center of the pipe 10. After the destruction of the film at the edge 22, the undercut 20 prevents the film from forming again over a considerable length of the narrow section 14.

На фиг. 4 показана альтернативная геометрия части кромки трубы 10. Она отличается от показанного на фиг. 3 варианта выполнения тем, что первая часть 24 стенки трубы не параллельна основной оси трубы, а наклонена наружу относительно направления 16 потока на угол γ, который меньше угла α между первой частью 24 и второй частью 26 стенки трубы. Это придает дополнительно момент в направлении центра трубы каплям, образующимся на кромке 22, за счет чего замедляется прикрепление снова указанных капель к стенке трубы.In FIG. 4 shows an alternative geometry of a portion of the edge of the pipe 10. It is different from that shown in FIG. 3 of the embodiment in that the first part 24 of the pipe wall is not parallel to the main axis of the pipe, but tilted outward relative to the flow direction 16 by an angle γ that is less than the angle α between the first part 24 and the second pipe wall part 26. This gives an additional moment in the direction of the center of the pipe to the droplets formed on the edge 22, due to which the attachment of the indicated drops to the pipe wall is slowed down.

ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙLIST OF POSITIONS

10 Труба10 pipe

12 Широкая секция12 wide section

14 Узкая секция14 Narrow section

16 Направление потока16 flow direction

18 Стенка трубы18 pipe wall

20 Поднутрение20 Undercut

22 Кромка22 Edge

24 Часть стенки трубы24 Part of the pipe wall

26 Часть стенки трубы26 Part of the pipe wall

28 Часть стенки поднутрения.28 Part of the undercut wall.

Claims (7)

1. Многофазный расходомер, содержащий первое детекторное средство для измерения объемного расхода многофазной текучей среды внутри секции трубы и второе детекторное средство для определения поглощения рентгеновского или гамма-излучения текучей средой внутри секции трубы по меньшей мере на двух различных длинах волн, отличающийся тем, что стенка (18) секции трубы содержит окружное поднутрение (20), расположенное по потоку перед первым и вторым детекторным средством.1. A multiphase flow meter comprising first detection means for measuring a volumetric flow rate of a multiphase fluid inside a pipe section and second detection means for determining an X-ray or gamma radiation absorption by the fluid inside the pipe section at least at two different wavelengths, characterized in that the wall (18) the pipe section comprises a circumferential undercut (20) located upstream of the first and second detector means. 2. Расходомер по п. 1, отличающийся тем, что поднутрение (20) образует имеющую острый угол кромку (22) с первой частью (24) стенки трубы по потоку перед поднутрением (20).2. A flowmeter according to claim 1, characterized in that the undercut (20) forms an edge having an acute angle (22) with the first part (24) of the pipe wall downstream of the undercut (20). 3. Расходомер по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что вторая часть (26) стенки трубы по потоку перед первой частью (24) стенки трубы наклонена наружу от центра трубы в направлении, противоположном направлению (16) потока.3. The flow meter according to any one of paragraphs. 1 or 2, characterized in that the second part (26) of the pipe wall downstream of the first part (24) of the pipe wall is inclined outward from the center of the pipe in a direction opposite to the direction (16) of the flow. 4. Расходомер по п. 3, отличающийся тем, что первая часть (24) стенки трубы наклонена наружу от центра трубы под углом, меньшим, чем вторая часть (26) стенки трубы.4. A flow meter according to claim 3, characterized in that the first part (24) of the pipe wall is inclined outward from the center of the pipe at an angle smaller than the second part (26) of the pipe wall. 5. Расходомер по п. 3, отличающийся тем, что вторая часть (26) стенки трубы по существу параллельна части (28) стенки поднутрения, проходящей непосредственно от кромки (22).5. A flow meter according to claim 3, characterized in that the second part (26) of the pipe wall is substantially parallel to the part (28) of the undercut wall extending directly from the edge (22). 6. Расходомер по п. 5, отличающийся тем, что первая часть (24) стенки трубы наклонена наружу от центра трубы под углом, меньшим, чем вторая часть (26) стенки трубы.6. A flowmeter according to claim 5, characterized in that the first part (24) of the pipe wall is inclined outward from the center of the pipe at an angle smaller than the second part (26) of the pipe wall. 6. Расходомер по п. 1, отличающийся тем, что поперечное сечение трубы является круглым. 6. The flow meter according to claim 1, characterized in that the cross section of the pipe is round.
RU2014146313/28A 2012-04-19 2012-04-19 Multiphase flow meter RU2589354C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2012/000307 WO2013157980A1 (en) 2012-04-19 2012-04-19 Multi-phase flow meter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014146313A RU2014146313A (en) 2016-06-10
RU2589354C2 true RU2589354C2 (en) 2016-07-10

Family

ID=47215710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014146313/28A RU2589354C2 (en) 2012-04-19 2012-04-19 Multiphase flow meter

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2589354C2 (en)
WO (1) WO2013157980A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2663418C1 (en) * 2017-10-05 2018-08-06 Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация Уралтехнострой" Multiphase flowmeter
RU2818330C1 (en) * 2017-10-05 2024-05-02 Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация Уралтехнострой" MULTIPHASE FLOWMETER

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2151203A (en) * 1935-12-23 1939-03-21 Hugh B Wilcox Fluid meter and method of measuring the rate of flow of fluids
US3469445A (en) * 1967-07-20 1969-09-30 United Aircraft Corp Gas flow measuring system
US3496771A (en) * 1968-03-04 1970-02-24 United Aircraft Corp Mass flow measuring device for a gaseous medium
US3514071A (en) * 1967-04-14 1970-05-26 United Aircraft Corp Shock pulse generator

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6209388B1 (en) * 1996-03-11 2001-04-03 Daniel Industries, Inc. Ultrasonic 2-phase flow apparatus and method
FR2764064B1 (en) 1997-05-30 1999-07-16 Schlumberger Services Petrol FLOW SECTION FOR MEASUREMENTS CONCERNING OIL WELL EFFLUENTS AND MEASUREMENT SYSTEM INCLUDING SUCH SECTION

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2151203A (en) * 1935-12-23 1939-03-21 Hugh B Wilcox Fluid meter and method of measuring the rate of flow of fluids
US3514071A (en) * 1967-04-14 1970-05-26 United Aircraft Corp Shock pulse generator
US3469445A (en) * 1967-07-20 1969-09-30 United Aircraft Corp Gas flow measuring system
US3496771A (en) * 1968-03-04 1970-02-24 United Aircraft Corp Mass flow measuring device for a gaseous medium

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2663418C1 (en) * 2017-10-05 2018-08-06 Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация Уралтехнострой" Multiphase flowmeter
RU2818330C1 (en) * 2017-10-05 2024-05-02 Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация Уралтехнострой" MULTIPHASE FLOWMETER

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013157980A1 (en) 2013-10-24
RU2014146313A (en) 2016-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8322228B2 (en) Method of measuring flow properties of a multiphase fluid
US9068872B2 (en) Method and apparatus for monitoring multiphase fluid flow
US10815773B2 (en) Flow measurement insert
US8452551B2 (en) Method and apparatus for monitoring multiphase fluid flow
BRPI0612768A2 (en) multiphase flow measurement system that has a fluid separator
US20100138168A1 (en) Apparatus and a method of measuring the flow of a fluid
TWI515433B (en) Device and method for determining a flow velocity of a fluid or a fluid component in a pipeline
EP2191243A2 (en) Multiphase flow measurement
RU2008146843A (en) METHOD AND APPARATUS FOR TOMOGRAPHIC MEASUREMENTS OF MULTIPHASE FLOW
RU2013103767A (en) MULTI-PHASE FLOW METER AND METHOD FOR MEASURING A LIQUID FILM
US8229686B2 (en) Apparatus and method for measuring liquid and gas flow rates in a stratified multi-phase flow
Belfroid et al. Forces on bends and T-joints due to multiphase flow
US20090320552A1 (en) Parallel flow meter device for measuring flow rate in pipes
RU2589354C2 (en) Multiphase flow meter
US8919185B2 (en) System and method for swirl generation
US20110126636A1 (en) Method and device for determining a flow rate of a fluid
Huang et al. Issues of a combination of ultrasonic Doppler velocity measurement with a venturi for multiphase flow metering
JP6149587B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP5924556B2 (en) Multiphase flow meter
Cargnelutti et al. Multiphase fluid structure interaction in bends and T-joints
KR101820050B1 (en) Flow rate measuring apparatus in drainpipe using temperature diference
JP2019105533A (en) Simple flow rate measuring method and device
US20170248418A1 (en) Method of detecting flow line deposits using gamma ray densitometry
RU2142642C1 (en) Process determining profile of flow rate of liquid in section of pipe-line
RU2636139C2 (en) Variable level flowmeter