利用双差压式节流装置测量湿气

　　1　引　　言

　　差压式节流装置因结构简单、可靠性高、成本低、维护方便、且具有一定测量精度,能满足多种测量场合的需要,成为目前公认的在两相流各流型下都能够较为稳定工作的一种测量装置。然而,差压式节流装置用于湿气测量时都需对因液相的引入而产生的读数偏高即虚高现象进行修正,才可获得真实的气相质量流量[1]。虚高的修正模型有很多,从文献[2-10]的形式上可以看出,虚高值是依赖于Lockhart-Martinelli参数即“L-M”参数、气相Froude数及压力等参数的函数。采用单一节流装置只能获得湿气的一个测量参数[11],无法实现湿气中气液两相的分相计量,具体应用场合也只适用于气液组分比较固定的油田或气田上,依靠定期检查液相含率实现对虚高的修正。对于气液组分含率变化较大的油气田则很难有适用性,如新开采的油气田或快到寿命油气田更是如此。

　　为确定湿气当中液相的含率,可采用示踪物注射法,即在差压式流量计的上游,以一个已知的流量将化学示踪物注射到湿气体的气流中,在差压式流量计的下游处采样,再将采出的液体样本与示踪物本身进行对比,确定液相流量[12]。然而,这种方法的实时性较差,且对安装条件及安全性要求较高。

　　正因为如此,近年来国内外许多研究工作者及研究机构针对湿气测量开展了广泛的研究工作,然而所采用的技术路线、研究方法以及实验条件均有所不同。中国石油大学采用双槽式孔板组合,在工况压力0. 4 MPa、0.8MPa,气相流量范围100~650 m3/h,液相流量范围0.2~4.6 m3/h,体积含气率95%~99. 5%实验条件下,气相测量误差为±10%,液相满度误差±20%[13]。E.　　S. Johansen利用文丘里喷嘴与超声波组合,在工况压力1.4 MPa、2. 8 MPa、5. 5 MPa,体积含气率97. 5%~100%,气相Froude数0.5~5. 5,L-M参数0~0. 26实验条件下,气相测量误差为±5%,液相测量满度误差±20%[14]。

　　本文提出一种新型双差压式湿气测量装置,即将内锥[15-17]与文丘里两种节流装置有机组合,针对两者湿气测量虚高特性的差异开展研究,建立了低压工况条件下的高精度虚高模型及其迭代修正方法,取得了较好的测量效果。

　　2　双差压湿气测量方法的理论基础

　　湿气测量中“L-M”参数是对气液两相流中液相相对含率的非空间描述[18],通常用X表示,其表达式为:

　　Froude数为表征气体惯性力与重力之比的无量纲相似准则数[18],反映了气体的表观速度、压力等诸多因素的内在联系,具体表达式如下:

　　为说明问题方便,假设差压式节流装置用于湿气流量测量时的虚高模型为[9]:

　　当两个不同的差压式节流装置串联在一条测量管道中,直接将差压值的测量结果分别代入单相节流装置计算公式,可得到2个气相虚高流量,即: