三相不分离多相流计量计的软硬件设计

　　1 一种新型多相流计量计

　　我们提出并研制一种新型的多相流计量计，由气液两相计量部分、含水计量部分组成。气液两相计量部分的特点是充分利用容积式流量计内部密闭空间具有变容和瞬时定容的特点，根据多相流体的体积、压力和温度的变化规律，不需测量气液混合流体的含气率和确定流型，即可对气液两相流的在线分相计量。同时消除了在计量过程中由于溶解气的释放而引起的误差因素。含水率计量部分的原理是根据原油、天然气和水的相对介电常数相差很大，电磁波的相位常数取决于介质的介电常数和电导率，从而实现含水率的计量。为此，需解决如下几个问题:

　　(l)气液两相流量计量和含水率计量的理论分析与建模;

　　(2)气液两相流量计量部分一次仪表的设计、计算和加工制造;

　　(3)数据采集部分硬件设计及软件设计。

　　下面介绍数据采集部分硬件设计及软件设计。

　　2设计的基本思路

　　气液相的计算比较繁琐，这里只简单介绍其原理，如图1所示，水平管中流动的天然气、油、水在流经截流装置时流速加快，如果用容积流量计分别测出A、B截面天然气、油、水的总质量流量PQ,再用压力计、温度计分别测出截流装置前后的P_A,P_B,绝对温度T_A、T_B即可进行天然气、油、水的单独连续测量。而实际的装置需进一步推导并建立出数学模型，这里不作赘述。

　　所设计的一次仪表即流量计，从结构上看是类似一个偏心的转子离心泵。从理论推导和建立的数学模型是求B截面的天然气、油的流量公式。求气相的累积v。和液相累积v公式，作为该一次仪表计量的理论依据。我们结合一次仪表(离心泵)的结构，可以构造两个腔，即前腔(A腔)和后腔(B腔)对应理论上的A截面和B截面的待测状态。其前腔和后腔的构成如图2所示。构造前腔需满足3个条件:

　　(1)转子旋转泵的入口处，并刮进一部分油又气、水多相流混合液。

　　(2)两个相邻刮板与泵体形成的空间应该是密闭的。

　　(3)温度和压力传感器应处于这个腔内。

　　下面具体地描述一下如何划分前腔和后腔。假定有两个相邻的刮板KK和JJ。KK所处位置靠近离心泵(一次仪表)入口处而JJ在KK之前已经转过入口正处在KK的运动前方。当KK刮板从入口刮进一部分油气、水混合液后，KK与泵体形成一个封闭腔，此时就形成了前腔。当偏心转子带着这部分油气水顺时针方向运动一个角度后而JJ尚未达到出口，那么，KK和JJ形成的密封腔就算后腔。

　　由于转子是偏心的，两腔容积是不相等的，即前腔容积较大，后腔容积较小，显然，气体由于容积变小而被压缩，所以后腔的压力PI’要比前腔压力PI要大，当然温度TI也应有所升高。我们可以分别测得计算v、v。所需的PI、TI、PI‘、TI‘。前面谈到形成前腔和后腔条件时，都提到压力和温度传感器都应在某一腔内。我们可以在前腔和后腔分别安装一套压力和温度传感器。而在实际设计时只用一套压力、温度传感器实现分别测量两腔的目的。