多相流量计的应用研究
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张 琳 李长俊
(西南石油学院,成都610500)
摘 要 多相流量测量技术就是将一种多相流量计直接安装在油气集输管线上,采用先进的测量技术,对油、气、水三相在不分离情况下进行连续、在线和自动计量,从而可以取代传统的由测试分离器及其辅助系统组成的计量装置,简化油气生产工艺流程,降低投资,减少操作成本。多相流量计有缩小使用空间和减轻测试设备重量等优点,在工程中的应用正在迅速增长。文章介绍了多相流量计的种类以及应用的现状,并指出了其发展趋势。
关键词 多相流量计;研究;应用;发展趋势
3 四川省重点学科建设资助项目(SZD0416)
1 多相流量计的分类[1,2]
多相流量计大致可以分为3类:分离式多相流量计、在线式多相流量计和其它型式的多相流量计。111 分离式多相流量计
分离式多相流量计的特点是对多相流不论是全部或部分分离都能在线测试三相流中的每一相。在每一座生产平台附近都有测试分离器,它是三相流量计计量的基础。它能将油、气、水混合物分成三相,并在出口测量出油、气、水各相流量。11111 分离总流量式多相流量计
该种类型的多相流量计能将多相混合物的总流量分开,通常只分为气相和液相,然后再使用一个单相气体流量计测量气体流量,该种气体流量计应能承受气相中夹带一定量的液体,另外再使用一个单相流体流量计测量液相流量,液相含水率可用一个在线水组分测量仪完成。
11112 在线取样分离式多相流量计
这种型式的多相流量计特点是其分离不是在总的多相流管线上,而是在取样旁通管线上,将取样后的流体分为气相和液相,液中含水率可用在线含水分析仪测出,而多相流总液量和气液比必须在主流量管线上测得。为了确定油、气、水三相混合物的质量和体积流量,要求进行三方面测试:
1)气/液比(G L R )测量———可用伽马吸收法、振动管、中子探测脉冲或称重法;
2)多相流量测量———可用放射性、声波、电子信
号相关法、文丘里管、V 锥体或机械式(例如:容积式
或涡轮流量计)等方法;
3)液中含水率(WL R )测量———可用电阻或振
动管法。
112 在线式多相流量计
在线式多相流量计的特点是在多相流管线上不经任何分离,直接测量各相的比例和流量。各相的体积流量是用各相的速度乘以面积比例表示的,这就意味着最少要测量或估计6项参数,有些多相流量计假设二相或三相以相同的速度移动,这样就能减少测量参数。在这种情况下,一种办法是必须采用混合器或是建立一组标定系数。在线式多相流量计一般联合采用下列二种或多种测量技术:微波技术;电容;伽马吸收;中子探测脉冲;放射性、声波或电子信号相关法;文丘里管、V 锥体或Dall 管压差法;容积式或涡轮流量计。113 其它型式多相流量计
其它型式多相流量计包括先进的信号处理系统,能从多相流管线上测得信号,即用时间变量信号处理器的分析功能估算出各相的比例和流量值。信号处理器可以是一个中枢网络,或另一模拟识别,或静态信号处理系统。例如:多相计量系统同样也是在处理模拟程序的基础上一并采用参数估算技术发展起来的,以此代换预测管线终点的流态,将管线终点的压力和温度测出后输入到模拟程序中,位于上游或下游的压力和温度也应测出。当沿管线走向图的流体性质已知时,就可估算出各相的比例和流量。
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2 多相流量计的应用[3-5]
自20世纪80年代开始研究多相流计量技术以来,多相流计量技术已进入一个相对成熟的阶段。多相流量计不仅在陆上油田,而且在海洋平台及水下设施上都得到了应用。经过充分调研和比较,笔者认为以下公司研制的多相流量计技术相对比较成熟,商业化程度较高,并且都经过了现场工业测试和第三方实验室的性能测试。国外公司主要有:挪威ROXAR(原MFI),挪威FL U EN TA(目前已与ROXAR合并),挪威FRAMO,美国A G AR,英国J ISKOO T等;国内主要有兰州海默公司。此外, KVAERN ER、DAN IAL、KON GSB ER G公司、西安交通大学等都在积极开展多相流量计的研制、开发和商业运作工作。下面简要介绍这些公司产品的工作原理、特点和应用情况。
1)挪威ROXAR公司的MFI多相流量计
测量原理及技术特点:流速测量采用微波互相关法,相分率采用微波传感器加伽马密度计法。可选用文丘里流量计扩展总流量的测量。该多相流量计结构紧凑,无可动部件,压力损失较小。测试情况:先后在Statoil、EL F、Agip、Shell、BP等公司的油田及Porsgrunn高压多相流量计试验环道、N EL多相流测试环路、大庆油田设计院多相流量计实液测试装置上进行对比测试。应用情况:已在陆上、海上油田使用,已销售130多套(包括用于实验),文昌油田井口平台采用了该公司的产品。
2)挪威FL U EN TA的MPFM-1900/1900V I 多相流量计
测量原理及技术特点:流速测量采用电容互相关法,相分率采用电容、电感传感器加伽马密度计法,同时可选用文丘里流量计测量总流量。该多相流量计结构紧凑,无可动部件,压力损失小。测试情况:MPFM-1900/1900V I流量计先后在BP公司、Statoil公司、EL F公司的油田及Conoco、Texaco、N EL及Porsgrunn的多相流量计试验装置上进行对比测试。应用情况:已在陆上、海上油田使用,已销售90多套(包括用于实验),秦皇岛32-6油田的井口计量就采用了该公司的产品。
3)挪威FRAMO公司的MPFM多相流量计
测量原理及技术特点:采用文丘里管测量总流量,用双能伽马仪测相分率。该流量计结构精巧,无可动部件,压力损失小,其静态混合器是该公司的专利产品。测试情况:1992年开始在油田进行试验,随后分别在Texaco、N EL及Porsgrunn的多相流测试装置上进行对比测试。应用情况:已在陆上、海上油田及海底使用,目前已销售50多套(包括用于实验)。
4)美国A G AR公司的MPFM-301多相流量计
测量原理及技术特点:采用正排量(PD)流量计测定总体积流量,由2个文丘里管组成的双动量流量计测定含气量、再用专业微波原油含水分析仪测定含水率。该流量计系统相对庞大,结构复杂,压力损失较大,而且有可动部件和电控阀门。测试情况:分别在Shell、Amoco公司的油田及Conoco、Texaco 及N EL的多相流量试验装置上进行了对比实验。应用情况:已在陆上、海上油田使用,其各种型号的多相流量计已销售了90多套(包括用于实验)。
5)英国J ISKOO T的Mixmeter多相流量计
测量原理及技术特点:差压变送器测定总流量,用双能伽马射线相分率计测定含水率和含气率。该多相流量计结构较紧凑,无可动部件,压差损失较小。测试情况:该产品已在英国M EL多相流实验室、意大利Trecatc多相流试验装置上进行了性能评价试验。应用情况:该产品已有数十套在油田使用[6]。
6)兰州海默的MFM2000多相流量计
工作原理及技术特点:采用单能伽马互相关流量计测定各种流速,双能伽马射线相分率计测定含水率和含气率。当低含气时,可采用转子流量计(或其他流量计)测定总流量。该产品结构较为紧凑,压力损失较小。测试情况:分别在塔里木轮南油田、N EL多相流测试装置、大庆油田设计院多相流实液测试装置上进行了对比测试。应用情况:已在陆上和海上油田使用。涠洲11-4东平台采用了该公司的多相流量计,是我国海上平台第一次使用多相流量计,且正在运行中。另外,秦皇岛32-6油田井口平台和绥中36-1Ⅱ期井口平台的总流量计量也采用了该多相流量计。
3 多相流量计存在的问题
目前,由于技术水平的限制,多相流量计尚存在
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一些问题。
1)现有的大多数多相流量计都需要测量若干数据后,再根据这些数据计算出各相的流量,使计量准确度受到很大影响,目前市场上大多数多相流量计在大部分流态下各相测量误差为10%。
2)所有目前用于多相计量的技术都要求必须掌握流体的特性,如介电常数、质量吸收系数等,才能比较精确地计量。如果流体特性出现变化或多相流量计用于多井计量,必须频繁地评价和标定多相流量计的传感器。
3)目前市场上几种主要多相流量计的最高适用含气率为019%～110%,随着含气率的增加,液相的计量准确度将受到影响。
4)多相流量计普遍采用像微波等辐射源,而有关法规对使用辐射源有严格的限制。
5)现有的多相流量计标定设施只能较好地标定组分测量仪器,而对流速测量尚未有令人满意的标定方法。此外,很多情况下是采用计量分离器来标定,由于计量分离器计量不准确,标定没有实际意义。
4 多相流量计的发展趋势[1,6,7]
多相流量计技术从理论提出到研制开发和目前的实际应用,经历了近20年。尽管其产品的商业化程度越来越高,但作为一项新技术、新产品,仍需不断完善和改进。目前石油工业界已经认识到并接受了这样一个现实:任一种类型的多相流量计,都不可能在所有的多相流条件下均表现出最佳的工作性能。现有的各种多相流量计实际能达到的准确度和适用的范围都有一定限度,每一种流量计分别适用于特定的流量范围或者流型。这种情况在很大程度上限制了多相流量计技术在油气生产实践中的推广和使用。因此,如何进一步提高多相流量计的测量准确度并拓宽多相流量计的工作范围,是目前多相流量计开发和制造商所面临的重要的挑战。今后,多相流量计的研制和开发趋势应具有以下特点。
1)通用性。目前多相流量计的测量范围受到很多限制,如受到含气率、含油率、含水率、黏度、含盐度等的影响;因此,开发和研制适用范围广的多相流量计势在必行,要增加其通用性,应建立比较完善的检测装置,以便对多相流量计进行标定,保证准确性。
2)智能性。要确保测量模型和方案的正确性,需重视特征参数的选取。由于多相流动状态具有不确定性及不稳定性,为确保多相计量的准确性,应采用智能化的测量方法进行数据处理。
3)组合性。组合性一方面指功能上的组合,例如将流速表和组分表组合起来使用;另一方面指组合多种方法和技术来完成一种功能。应尽可能地应用单相计量和气、液二相比较成熟的测试方法和技术实现在线实时计量,满足信号连续采集的要求。
4)经济性。降低成本,加快工业化进程是今后发展的趋势。在完成实验室研究工作后,需做大量的工作,尤其是现场实验,因为在实验室有许多情况都与现场情况有所不同。
5 结束语
多相流量计作为一种全新的计量设备,它的出现已引起世界石油工业界的高度重视。与传统的计量分离器相比它的优势是显而易见的,在海上和陆上油田开发中具有广阔的应用前景。但多相流量计作为一种新技术、新产品,用的时间比较短,世界各大石油公司对其采用的是一种边研究、边验证、边推广使用的方法;同时各个生产厂家的产品因其测量机制不同,而又有各自的适用范围,国际上至今没有一套统一的标准和规范,在使用中难免会出现一些问题,存在一定的风险,当然这是任何新产品在应用推广时都会遇到的。对多相流量计的研究还是一项长期的工作。
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10大常见流量计原理图及特点 流量计 关于流量计的原理，其实一直都觉得很难搞懂，不知道你们是不是这样。所以特地找了动态原理图以帮助理解，希望对你们也有用。 椭圆流量计产品特点 1. 其依靠被测介质的压头推动椭圆齿轮旋转而进行计量。 2. 粘度愈大的介质，从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小，因此核测介质的粘皮愈大，泄漏误差愈小，对测量愈有利。 3. 适用于高粘度介质流量的测量，但不适用于含有固体颗粒的流体(固体颗粒会将齿轮卡死，以致无法测量流量)。如果被测液体介质中夹杂有气体时，也会引起测量误差。
腰轮流量计产品特点 1. 重量轻、精度高，安装使用方便。 2. 压力损失小，量程范围大。 3. 主要用于石化、电力、冶金、交通、国防以及商贸等部门对汽油、煤油及轻柴油等油品的计量。 双转子流量计产品特点 1. 适用于稀油、轻质油、稠油、含砂量大、含水量大的原油，被测量液体的粘度范围大。 2. 流量计通过的液体流量大。 3. 使用寿命长，准确度高，可靠性强。 4. 压内损失极小。 5. 可直接与计算机联网。
孔板流量计产品特点 1. 节流装置结构易于复制，简单、牢固，性能稳定可靠，使用期限长，价格低廉。 2. 应用范围广，全部单相流皆可测量，部分混相流亦可应用。 3. 标准型节流装置无须实流校准，即可投用。 4. 一体型孔板安装更简单，无须引压管，可直接接差压变送器和压力变送器。 转子流量计产品特点 1. 工业上和实验室最常用的一种流量计。 2. 结构简单、直观、压力损失小、维修方便。 3. 须安装在垂直走向的管段上，流体介质自下而上地通过转子流量计。 涡轮流量计产品特点 1.抗杂质能力强。 2.抗电磁干扰和抗振能力强。 3.其结构与原理简单，便于维修。 4.几乎无压力损失，节省动力电耗。
多相流量计的研究始于上世纪六十年代，从80年代至今，国内外多相流量计量技术的开发和应用取得了重要进展。20世纪80年代，第一台商业多相流量计( MPFM) 在挪威的北海油田投入使用。 多相流量计的优点主要有： （1）对油气进行连续、在线、自动测量，可实现无人值守。多相流量计可测出日产油、水、气的量以及井口压力、温度数据，并把它们显示、打印出来。如果与多路阀结合使用，可实现单井无人计量。 （2）系统质量轻，结构紧凑，占地面积小。 （3）无任何可动部件，几乎不需要维护。多相流量计基本上由传感器和探测器组成，没有可动部件，不需要维护；而常规计量分离器有液面控制器、流量计、孔板、调节阀等，需要定期维护、更换和标定。 （4）被计量原油不用加热，节省成本。多相流量计对被测介质温度无要求，只要介质能够流动就可以进行计量，仅需要用220V电源，功率为200W左右；而采用计量分离器，当井温较低时，产出液加热后才能进行有效的分离，如果是气泡原油，还要加消泡剂。 （5）投资少，操作费用低。考虑到日常维护费用、占用平台面积等间接因素，选用多相流量计将会带来更大的经济效益。 多相流量计测量的基本原理 1、流量测量基本方程 多相流量计：能够同时获得被测管道气液各相流量的装置。 质量流量=面积（Si）*密度（ρi）*速度（Vi）
其中：Si—各相在管道截面上所占据的面积 Vi 各相沿管道轴线的流速 2、相分率测量技术 （1）射线吸收测量相分率技术 射线穿过多相流体时受到流体吸收，吸收的程度与多相流的密度有关。根据射线的吸收程度，可得出流体混合物的密度，进而计算出多相流的各相分率。 （2）电法测量相分率技术 根据气液相混合物中两相介质的介电常数和电导率差别，测量出混合物中的气液相分率。可分为电容法和电导法。 （3）微波衰减法测量 微波衰减法主要用于测量含水体积分数，因为某一固定频率的微波经过不同含水体积分数的液相，可以产生不同的衰减，亦即衰减幅度与含水体积分数有关。 （4）电容层析成像技术 2 0 世纪8 0 年代初首先由西方发达国家开始研究开发，主要用于工业管道多相流测量.它类似于医学领域应用的CT 技术，通过检测阵列电极电容变化，反映管道中多相介质介电常数分布，从而构造出管道中备相介质的分布图像，如石油输送管道中油水气各相介质浓度分布。
流量计是工业生产的眼睛，与国民经济、国防建设、科学研究有着密切的关系，在国民经济中占据重要地位与作用，可用于气体、液体、蒸汽等介质流量的测量。为了更好的展示流量计测量原理，小编采用动画演示的方法来给大家介绍流量计的工作原理！ 1. 孔板流量计 孔板流量计 工作原理：流体充满管道，流经管道内的节流装置时，流束会出现局部收缩，从而使流速增加，静压力低，于是在节流件前后便产生了压力降，即压差，介质流动的流量越大，在节流件前后产生的压差就越大，所以孔板流量计可以通过测量压差来衡量流体流量的大小。这种测量方法是以能量守衡定律和流动连续性定律为基准的。
工作特点：①节流装置结构简单、牢固，性能稳定可靠，使用期限长，价格低廉；②应用范围广，全部单相流皆可测量，部分混相流亦可应用；③标准型节流装置无须实流校准，即可投用；④一体型孔板安装更简单，无须引压管，可直接接差压变送器和压力变送器。 2. 电磁流量计 电磁流量计
工作原理：基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁常当有导电介质流过时，则会产生感应电压。管道内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离。 工作特点：①具有双向测量系统；②传感器所需的直管段较短，长度为5倍的管道直径。③压力损失小④测量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响⑤主要应用于污水处理方面。 3. 涡轮流量计 涡轮流量计 工作原理：在一定的流量范围内，涡轮的转速与流体的流速成正比。流体流动带动涡轮转动，涡轮的转速转换成电脉冲，用二次表显示出数据，反应流体流速。
质量流量计工作原理的学习 质量流量计以科氏力为基础，在传感器内部有两根平行的T型振管，中部装有驱动线圈，两端装有拾振线圈，质量流量计直接测量通过流量计的介质的质量流量，还可测量介质的密度及间接测量介质的温度。质量流量计是一种重要的流量测量仪表。质量流量计是采用感热式测量。 流体的体积是流体温度和压力的函数，它是一个因变量，而流体的质量是一个不随时间、空间温度、压力的变化而变化的量。如前所述，常用的流量计中，如孔板流量计、涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、转子流量计、超声波流量计和椭圆齿轮流量计等的流量测量值是流体的体积流量。在科学研究、生产过程控制、质量管理、经济核算和贸易交接等活动中所涉及的流体量一般多为质量。采用上述流量计仅仅测得流体的体积流量往往不能满足人们的要求，通常还需要设法获得流体的质量流量。以前只能在测量流体的温度、压力、密度和体积等参数后，通过修正、换算和补偿等方法间接地得到流体的质量。这种测量方法，中间环节多，质量流量测量的准确度难以得到保证和提高。随着现代科学技术的发展，相继出现了一些直接测量质量流量的计量方法和装置，从而推动了流量测量技术的进步。 流体的体积是流体温度、压力和密度的函数。在工业生产和科学研究中，仅测量体积流量是不够的，由于产品质量控制、物料配比测定、成本核算以及生产过程自动调节等许多应用场合的需要，还必须了解流体的质量流量。 质量流量计的测量方法，可分为间接测量和直接测量两类。间接式测量方法通过测量体积流量和流体密度经计算得出质量流量，这种方式又称为推导式；直接式测量方法则由检测元件直接检测出流体的质量流量。 1．间接式质量流量计 间接式质量流量测量方法，一般是采用体积流量计和密度计或两个不同类型的体积流量计组合，实现质量流量的测量。常见的组合方式主要有3种。 （1）节流式流量计与密度计的组合 由前述知，节流式流量计的差压信号P ?正比于2 qρ，如图1所示，密度计 v 连续测量出流体的密度ρ，将两仪表的输出信号送入运算器进行必要运算处理，即可求出质量流量为
各种流量计的优缺点及适合的介质 一、电磁流量计 1、优点 （1）电磁流量计可用来测量工业导电液体或浆液。 （2）无压力损失。 （3）测量范围大，电磁流量变送器的口径从2.5mm到2.6m。 （4）电磁流量计测量被测流体工作状态下的体积流量，测量原理中不涉及流体的温度、压力、密度和粘度的影响。 2、缺点 （1）电磁流量计的应用有一定的局限性，它只能测量导电介质的液体流量，不能测量非导电介质的流量，例如气体和水处理较好的供热用水。另外在高温条件 下其衬里需考虑。 （2）电磁流量计是通过测量导电液体的速度确定工作状态下的体积流量。按照计量要求，对于液态介质，应测量质量流量，测量介质流量应涉及到流体的密度， 不同流体介质具有不同的密度，而且随温度变化。如果电磁流量计转换器不 考虑流体密度，仅给出常温状态下的体积流量是不合适的。 （3）电磁流量计的安装与调试比其它流量计复杂，且要求更严格。变送器和转换器必须配套使用，两者之间不能用两种不同型号的仪表配用。在安装变送器时， 从安装地点的选择到具体的安装调试，必须严格按照产品说明书要求进行。 安装地点不能有振动，不能有强磁场。在安装时必须使变送器和管道有良好 的接触及良好的接地。变送器的电位与被测流体等电位。在使用时，必须排 尽测量管中存留的气体，否则会造成较大的测量误差。 （4）电磁流量计用来测量带有污垢的粘性液体时，粘性物或沉淀物附着在测量管内壁或电极上，使变送器输出电势变化，带来测量误差，电极上污垢物达到一 定厚度，可能导致仪表无法测量。 （5）供水管道结垢或磨损改变内径尺寸，将影响原定的流量值，造成测量误差。如100mm口径仪表内径变化1mm会带来约2%附加误差。 （6）变送器的测量信号为很小的毫伏级电势信号，除流量信号外，还夹杂一些与流量无关的信号，如同相电压、正交电压及共模电压等。为了准确测量流量， 必须消除各种干扰信号，有效放大流量信号。应该提高流量转换器的性能， 最好采用微处理机型的转换器，用它来控制励磁电压，按被测流体性质选择 励磁方式和频率，可以排除同相干扰和正交干扰。但改进的仪表结构复杂， 成本较高。 （7）价格较高。 二、超声波流量计 1、优点 （1）超声波流量计是一种非接触式测量仪表，可用来测量不易接触、不易观察的流体流量和大管径流量。它不会改变流体的流动状态，不会产生压力损失，且 便于安装。 （2）可以测量强腐蚀性介质和非导电介质的流量。
电磁流量计的工作原理 电磁流量计（Eletromagnetic Flowmeters，简称EMF）是20世纪50~60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的，电磁流量计用来测量导电液体体积流量的仪表。由于其独特的优点，电磁流量计目前已广泛地被应用于工业过程中各种导电液体的流量测量，如各种酸、碱、盐等腐蚀性介质；电磁流量计各种浆液流量测量，形成了独特的应用领域。 在结构上，电磁流量计由电磁流量传感器和转换器两部分组成。传感器安装在工业过程管道上，它的作用是将流进管道内的液体体积流量值线性地变换成感生电势信号，并通过传输线将此信号送到转换器。转换器安装在离传感器不太远的地方，它将传感器送来的流量信号进行放大，并转换成流量信号成正比的标准电信号输出，以进行显示，累积和调节控制。 电磁流量计的基本原理 (一)测量原理 根据法拉第电磁感应定律，当一导体在磁场中运动切割磁力线时，在导体的两端即产生感生电势e，其方向由右手定则确定，其大小与磁场的磁感应强度B，导体在磁场内的长度L及导体的运动速度u成正比，如果B，L，u三者互相垂直，则 e＝Blu (3－35) 与此相仿．在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速u流动时，导电流体就切割磁力线．如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极(图3—17)则可以证明，只要管道内流速分布为轴对称分布，两电极之间也特产生感生电动势： e＝BD (3－36) 式中，为管道截面上的平均流速．由此可得管道的体积流量为： qv＝πDUˉ＝（3－37） 由上式可见，体积流量qv与感应电动势e和测量管内径D成线性关系，与磁场的磁感应强度B成反比，与其它物理参数无关．这就是电磁流量计的测量原理． 需要说明的是，要使式（3—37）严格成立，必须使测量条件满足下列假定： ①磁场是均匀分布的恒定磁场； ②被测流体的流速轴对称分布； ③被测液体是非磁性的； ④被测液体的电导率均匀且各向同性。 图3－17电磁流量计原理简图 1－磁极；2－电极；3－管道 (二)励磁方式 励磁方式即产生磁场的方式．由前述可知，为使式(3—37)严格成立，第一个必须满足的条件就是要有一个均匀恒定的磁场．为此，就需要选择一种合适的励磁方式。目前，一般有三种励碰方式，即直流励磁、交流励磁和低频方波励磁．现分别予以介绍． 1．直流励磁 直流励磁方式用直流电产生磁场或采用永久磁铁，它能产生一个恒定的均匀磁场．这种直流励磁变送器的最大优点是受交流电磁场干扰影响很小，因而可以忽略液体中的自感现象的影响．但是，使用直流磁场易使通过测量管道的电解质液体被极化，即电解质在电场中被电解，产生正负离子．在电场力的作用下，负离子跑向正极，正离子跑向负极．如图3—18所示．这样，将导致正负电极分别被相反极性的离子所包围，严重影响电磁流量计的正常工作．所以，直流励磁一般只用于测量非电解质液体，如液态金属等． 图3－18直流励磁方式 2．交流励磁
简述各种流量计原理及特点（1） 1. 简述 目前工程实际中，流量测量方法及流量仪表的种类繁多，至今为止，可供工业用的流量仪表种类多达数十余种。在流量仪表的家族中，每种产品都有它特定的适用性及使用局限性。按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类：按测量目的又可分为总量测量和流量测量，其仪表分别称作总量表和流量计。 本文简要介绍目前最常用流量计分类法，主要有：差压式流量计、容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计质量流量计等分别简述各种流量计的原理及特点。 2. 差压式流量计 差压式流量计是通过安装于是工业管道中流量检测元件产生的差压，将已知流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计差压式流量计算流量计。 差压式流量计由一次检测件及二次仪表（差压转换器或变送器和流量显示仪表）组成。以检测件形式划分差压式流量计分类，有孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。二次仪表为各种机械、电子、机电一体式差压式流量计、差压变送器及流量显示仪表。差压式流量仪表是流量仪表大家族中应用最广泛的一中流量仪表，目前国内外已系列化、通用化、标准化，差压式流量计既可单独测量流量参数，也可测量其它参数（压力、物位、密度）等。差压式流量计的检测件按其作用原理可分为：节流装置、水利阻力、动压头式、动压头增益及射流式、以及离心式等几大类。 检测件有标准化型式或非标准两大类。标准型检测元件是以标准文件设计、制造、安装和使用，无需经实流标定即可确定其流量值和估算测量误差。而非标型检测元件一般尚未列入国际标准中检测元件。差压式流量计也是应用最广泛的一种流量仪表，在各种流量计使用量中占据首位。 主要优点是：(1)应用最多的孔板式流量计结构牢固，性能稳定可靠，使用寿命长;(2)应用范围广泛，至今尚无任何一流量计可与之比拟；(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产，便于规模经济生产。 主要缺点是：(1)测量精度普遍偏低：(2)范围度窄，一般仅3：1～4：1； (3)现场安装条件要求高；(4)压损大（指孔板、喷嘴等）。
第一节节流式流量检测 如果在管道中安置一个固定的阻力件，它的中间是一个比管道截面小的孔，当流体流过该阻力件的小孔时，由于流体流束的收缩而使流速加快、静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大的压力差。它与流量(流速)的大小有关，流量愈大，差压也愈大，因此只要测出差压就可以推算出流量。把流体流过阻力件流束的收缩造成压力变化的过程称节流过程，其中的阻力件称为节流件。 作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种。标准节流件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管，如图9.1所示。对于标准化的节流件，在设计计算时都有统一标准的规定要求和计算所需的有关数据、图及程序；可直接按照标准制造、安装和使用，不必进行标定。 标准节流装置9.1 图 圆缺喷特殊节流件也称非标准节流件，如双重孔板、偏心孔板、圆缺孔板、1/4嘴等，他们可以利用已有实验数据进行估算，但必须用实验方法单独标定。特殊节流件主要用于特殊；介质或特殊工况条件的流量检测。目前最常见的节流件是标准孔板，所以在以下的讨论中将主要以标 准孔板为例介绍节测式流量检测的原理、设计以及实现方法等。一、检测原理
设稳定流动的流体沿水平管流经节流件，如刚在节流件前后将产生压力和速度的变化，流在截面 1处流体未受节流件影响，所示。9.2，流体静压力为p，束充满管道，管道截面为A11?是经节，流体密度为平均流速为v2。截面11，A流件后流束收缩的最小截面，其截面积为2?。图，流体密度为，平均流速为压力为Pv222中的压力曲线用点划线代表管道中心处静9.2流体的静压力压力，实线代表管壁处静压力。充分地反映和流速在节流件前后的变化情况，流体向中心在节流件前，了能量形式的转换。． 9.2 流体流经节流件时压力和流速变化情况图处，流束截面收缩到最小，流速达到最大，静压力最低。然后流束扩加速，至截面2处。由于涡流区的存在，导致流体能量张，流速逐渐降低，静压力升高，直到截面3?。P不等于原先静压力p，而产生永久的压力损 失损失，因此在截面3处的静压力13p设流体为不可压缩的理想流体，在流经节流件时，流体不 对外作功，和外界没有热 处沿管中心的流线、2能交换，流体本身也没有温度变化，则根据伯努利方程，对于截面1 有以下能量关系：22ppvv10201020???（9-1） ??2221?????。由于流速分布的不均匀，因为是不可压缩流体，则2处平均流速与截面1、21管中心的流速有以下关系：vCv,v?v?C） （ 9-222110120处流速分布不均匀的修正系数。1、2式中C，C为截面2112??v为能 量其损失的能量为，考虑到实际流体有粘性，在流动时必然会产生摩擦力，22损失系数。处的能量关系可写成：在考虑上述因素后，截面1、222?ppCC222102021v?v?v??） （9-3 212??222根据流体的连续性方程，有??vAvA? 9-4）（2211?，(9-2)-A 。／A ，收缩系数联解式=A／。又设节流件的开孔面积为A 定义开口截面比m=A 0210）可得式（9-421??p?pv?9-5）（20210?2222??mC?C?12的位置随流速而变，而实际取压点的位置是固定的；另外实际取2因为流束最小截面 压是在管壁取的，所测得的压力是管壁处的静压力。考虑到上述因素，设实际取压点处取??p
多相流量计的应用研究 3 张 琳 李长俊 (西南石油学院,成都610500) 摘 要 多相流量测量技术就是将一种多相流量计直接安装在油气集输管线上,采用先进的测量技术,对油、气、水三相在不分离情况下进行连续、在线和自动计量,从而可以取代传统的由测试分离器及其辅助系统组成的计量装置,简化油气生产工艺流程,降低投资,减少操作成本。多相流量计有缩小使用空间和减轻测试设备重量等优点,在工程中的应用正在迅速增长。文章介绍了多相流量计的种类以及应用的现状,并指出了其发展趋势。 关键词 多相流量计;研究;应用;发展趋势 3 四川省重点学科建设资助项目(SZD0416) 1 多相流量计的分类[1,2] 多相流量计大致可以分为3类:分离式多相流量计、在线式多相流量计和其它型式的多相流量计。111 分离式多相流量计 分离式多相流量计的特点是对多相流不论是全部或部分分离都能在线测试三相流中的每一相。在每一座生产平台附近都有测试分离器,它是三相流量计计量的基础。它能将油、气、水混合物分成三相,并在出口测量出油、气、水各相流量。11111 分离总流量式多相流量计 该种类型的多相流量计能将多相混合物的总流量分开,通常只分为气相和液相,然后再使用一个单相气体流量计测量气体流量,该种气体流量计应能承受气相中夹带一定量的液体,另外再使用一个单相流体流量计测量液相流量,液相含水率可用一个在线水组分测量仪完成。 11112 在线取样分离式多相流量计 这种型式的多相流量计特点是其分离不是在总的多相流管线上,而是在取样旁通管线上,将取样后的流体分为气相和液相,液中含水率可用在线含水分析仪测出,而多相流总液量和气液比必须在主流量管线上测得。为了确定油、气、水三相混合物的质量和体积流量,要求进行三方面测试: 1)气/液比(G L R )测量———可用伽马吸收法、振动管、中子探测脉冲或称重法; 2)多相流量测量———可用放射性、声波、电子信 号相关法、文丘里管、V 锥体或机械式(例如:容积式 或涡轮流量计)等方法; 3)液中含水率(WL R )测量———可用电阻或振 动管法。 112 在线式多相流量计 在线式多相流量计的特点是在多相流管线上不经任何分离,直接测量各相的比例和流量。各相的体积流量是用各相的速度乘以面积比例表示的,这就意味着最少要测量或估计6项参数,有些多相流量计假设二相或三相以相同的速度移动,这样就能减少测量参数。在这种情况下,一种办法是必须采用混合器或是建立一组标定系数。在线式多相流量计一般联合采用下列二种或多种测量技术:微波技术;电容;伽马吸收;中子探测脉冲;放射性、声波或电子信号相关法;文丘里管、V 锥体或Dall 管压差法;容积式或涡轮流量计。113 其它型式多相流量计 其它型式多相流量计包括先进的信号处理系统,能从多相流管线上测得信号,即用时间变量信号处理器的分析功能估算出各相的比例和流量值。信号处理器可以是一个中枢网络,或另一模拟识别,或静态信号处理系统。例如:多相计量系统同样也是在处理模拟程序的基础上一并采用参数估算技术发展起来的,以此代换预测管线终点的流态,将管线终点的压力和温度测出后输入到模拟程序中,位于上游或下游的压力和温度也应测出。当沿管线走向图的流体性质已知时,就可估算出各相的比例和流量。 测量与设备 ?30 ?计量技术20061No 9
超声波流量计工作原理及常见问题概述 一、工作原理 1、概述 超声流量计是一个测量仪表，它利用声学原理来测定流过管道的流体的流速。在气体的测量现场主要的检测元件包括一对或几对超声传感器。这些传感器都安装在管壁上，每一组传感器的表面都彼此具有规定的几何关系。 由一个传感器发射的超声脉冲由同一组内另一个传感器接收，反过来也如此。Q.Sonic-3 采用了一个单反射声道的方案，在对面的管壁处声脉冲有一次反射。此方案使声道的总长度增加，从而能改善分辨率（灵敏度）并拓宽流量计的范围度，如图2-1所示。 图2-1 信号反射路径 2 、流速的测量 超声脉冲穿过管道从一个传感器到达另一个传感器，就像一个渡船的船夫在横渡一条河。当气体不流动时，声脉冲以相同的速度（声速，C）在两个方向上传播。如果管道中的气体有一定流速V（该流速不等于零），则顺着流动方向的声脉冲会传输得快些，而逆着流动方向的声脉冲会传输得慢些。这样，顺流传输时间tD 会短些，而逆流传输时间tU会长些。这里所说的长些或短些都是与气体不流动时的传输时间相比而言；这样就有： L tD = ——————— -------------- (2.1) C + V ? cos 和 L tU = ——————— -------------- (2.2) C — V ? cos 式中，L代表两个传感器之间声道的直线长度，可按下式确定L： L D —— = ———— -------------- (2.3) 2 sin ^ 采用电子学手段来测量此传输时间。根据时间倒数的差，可按下式计算流速V ^ L 1 1 V = ————(—————)-------(2.4)
一、按测量原理分类 (1)力学原理：属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。 (2)电学原理：用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。 (3)声学原理：利用声学原理进行流量测量的有超声波式．声学式(冲击波式)等。 (4)热学原理：利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。 (5)光学原理：激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。 (6)原于物理原理：核磁共振式、核幅射式等是属于此类原理的仪表。 (7)其它原理：有标记原理(示踪原理、核磁共振原理)、相关原理等。 二、按流量计结构原理分类 按当前流量计产品的实际情况，根据流量计的结构原理，大致上可归纳为以下几种类型： 1. 容积式流量计 容积式流量计相当于一个标准容积的容器，它接连不断地对流动介质进行度量。流量越大，度量的次数越多，输出的频率越高。容积式流量计的原理比较简单，适于测量高粘度、低雷诺数的流体。根据回转体形状不同，目前生产的产品分：适于测量液体流量的椭圆齿轮流量计、腰轮流量计(罗茨流量计)、旋转活塞和刮板式流量计；适于测量气体流量的伺服式容积流量计、皮膜式和转简流量计等． 2．叶轮式流量计 叶轮式流量计的工作原理是将叶轮置于被测流体中，受流体流动的冲击而旋转，以叶轮旋转的快慢来反映流量的大小。典型的叶轮式流量计是水表和涡轮流量计，其结构可以是机械传动输出式或电脉冲输出式。一般机械式传动输出的水表准确度较低，误差约±2％，但结构简单，造价低，国内已批量生产，并标准化、通用化和系列化。电脉冲信号输出的涡轮流量计的准确度较高，一般误差为±0．2％一0．5％。 3．差压式流量计(变压降式流量计) 差压式流量计由一次装置和二次装置组成．一次装置称流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量(流速)成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。二次装置称显示仪表。它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示．差压流量计的一次装置常为节流装置或动压测定装置(皮托管、均速管等)。二次装置为各种机械式、电子式、组合式差压计配以流量显示仪表．差压计的差压敏感元件多为弹性元件。由于差压和流量呈平方根关系，故流量显示仪表都配有开平方装置，以使流量刻度线性化。多数仪表还设有流量积算装置，以显示累积流量，以便经济核算。这种利用差压测量流量的方法历史悠久，比较成熟，世界各国一般都用在比较重要的场合，约占各种流量测量方式的70％。发电厂主蒸汽、给水、凝结水等的流量测量
流量计类型及原理 一、按测量原理分类 (1)力学原理：属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。 (2)电学原理：用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。 (3)声学原理：利用声学原理进行流量测量的有超声波式．声学式(冲击波式)等。 (4)热学原理：利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。 (5)光学原理：激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。 (6)原于物理原理：核磁共振式、核幅射式等是属于此类原理的仪表． (7)其它原理：有标记原理(示踪原理、核磁共振原理)、相关原理等。 二、按流量计结构原理分类 按当前流量计产品的实际情况，根据流量计的结构原理，大致上可归纳为以下几种类型： 1．容积式流量计 容积式流量计相当于一个标准容积的容器，它接连不断地对流动介质进行度量。流量越大，度量的次数越多，输出的频率越高。容积式流量计的原理比较简单，适于测量高粘度、低雷诺数的流体。根据回转体形状不同，目前生产的产品分：适于测量液体流量的椭圆齿轮流量计、腰轮流量计(罗茨流量计)、旋转活塞和刮板式流量计；适于测量气体流量的伺服式容积流量计、皮膜式和转简流量计等． 2．叶轮式流量计 叶轮式流量计的工作原理是将叶轮置于被测流体中，受流体流动的冲击而旋转，以叶轮旋转的快慢来反映流量的大小。典型的叶轮式流量计是水表和涡轮流量计，其结构可以是机械传动输出式或电脉冲输出式。一般机械式传动输出的水表准确度较低，误差约±2％，但结构简单，造价低，国内已批量生产，并标准化、通用化和系列化。电脉冲信号输出的涡轮流量计的准确度较高，一般误差为±0．2％一0．5％。 3．差压式流量计(变压降式流量计) 差压式流量计由一次装置和二次装置组成．一次装置称流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量(流速)成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。二次装置称显示仪表。它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示．差压流量计的一次装置常为节流装置或动压测定装置(皮托管、均速管等)。二次装置为各种机械式、电子式、组合式差压计配以流量显示仪表．差压计的差压敏感元件多为弹性元件。由于差压和流量呈平方根关系，故流量显示仪表都配有开平方装置，以使流量刻度线性化。多数仪表还设有流量积算装置，以显示累积流量，以便经济核算。这种利用差压测量流量的方法历史悠久，比较成熟，世界各国一般都用在比较重要的场合，约占各种流量测量方式的70％。发电厂主蒸汽、给水、凝结水等的流量测量都采用这种表计。目前生产的产品分：孔板流量计、楔形流量计、文丘里管流量计、平均皮托管 4．变面积式流量计(等压降式流量计) 放在上大下小的锥形流道中的浮子受到自下而上流动的流体的作用力而移动。当此作用力与浮子的“显示重量"(浮子本身的重量减去它所受流体的浮力)相平衡时，俘子即静止。浮子静止的高度可作为流量大小的量度。由于流量计的通流截面积随浮子高度不同而异，而浮子稳定不动时上下部分的压力差相等，因此该型流量计称变面积式流量计或等压降式流量计。该式流量计的典型仪表是转子(浮子)流量计。 5．动量式流量计 利用测量流体的动量来反映流量大小的流量计称动量式流量计．由于流动流体的动量P与流体的密度及流速v的平方成正比，即p v2，当通流截面确定时，v与容积流量Q成正比，故p Q2。设比例系数为A，则Q＝A 因此，测得P，即可反映流量Q．这种型式的流量计，大多利用检测元件把动量转换为压力、位移或力等，然后测量流量。这种流量计的典型仪表是靶式和转动翼板式流量计。 6．冲量式流量计
平衡流量计的原理及特点 平衡流量计原理平衡流量计是一种革命性的差压式流量仪表，其工作原理与其他差压式流量计一样，都是基于密封管道中的能量转换原理：在理想流体的情况下管道中的流量与差压的平方根成正比；用测出差压值根据伯努利方程即可计算出管道中的流量。平衡流量传感器是一个多孔的圆盘节流整流器，安装在管道的截面上，每个孔的尺寸和分布是基于特殊的公式和测试数据而定制的，称为函数孔。当流体穿过圆盘的函数孔时，流体将被平衡整流，涡流被最小化，形成近似理想流体，通过取压装置，可获得稳定的差压信号，根据伯努利方程计算出体积流量、质量流量。平衡流量计的特点1、测量精度是标准孔板的5～10 倍2、流动噪声是标准孔板的1/15 3、永久压力损失是标准孔板的1/3 4、压力恢复比标准孔板快2 倍5、最小直管段可以小于0.5D 一、线性度高、重复性好平衡流量传感器具有对称多孔结构特点，能对流场进行平衡，降低了涡流、振动和信号噪声，流场稳定性大大提高，使线性度比孔板提升了5～10 倍，重复性提高了54％，为0.15％，从其综合性能来看，平衡流量计属于高档流量计行列。5:1 量程比时，线性度可达±0.3％；7:1 量程比时，线性度可达±0.5％；10:1 量程比时，线性度可达±1.0％二、直管段要求低平衡流量传感器由于流场稳定，且压力恢复比孔板快两倍，大大所短了对直管段的要求其前后直管段一般为前3D 后1D，最小可以小于0.5D，从而省去大量直管段，尤其是特殊昂贵的材料的管道。三、减少永久压力损失多孔对称的平衡设计，减少了紊流剪切力和涡流的形成，降低了动能的损失，在同样的测量工况下，与孔板相比减少了2.5 倍的永久压力损失，从而节省了相当大的运行能量成本，是一种节能型仪表，值得大量推广。四、耐脏污不易堵多孔对称的平衡设计，减少了紊流剪切力和涡流的形成，从而大大降低了滞留死
流量计种类及流量计工作原理 点击次数：899发布时间：2011-5-6 流量计种类及流量计工作原理 点击次数：820来源网站:流量计发布时间：2009-6-10 用以测量管路中流体流量(单位时间内通过的流体体积）的仪表.有转子流量计、节流式流量计、细缝流量计、容积流量计、电磁流量计、超声波流量计和堰等。 流量测量方法和仪表的种类繁多，分类方法也很多。至今为止，可供工业用的流量仪表种类达60种之多.品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表. 这60多种流量仪表,每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性.按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类;按测量目的又可分为总量测量和流量测量,其仪表分别称作总量表和流量计。 总量表测量一段时间内流过管道的流量，是以短暂时间内流过的总量除以该时间的商来表示,实际上流量计通常亦备有累积流量装置，做总量表使用,而总量表亦备有流量发讯装置.因此，以严格意义来分流量计和总量表已无实
际意义。 按测量原理分有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等. 按照目前最流行、最广泛的分类法，即分为:容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计、探针式流量计，来分别阐述各种流量计的原理、特点、应用概况及国内外的发展情况。 差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压，已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。 差压式流量计由一次装置（检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表）组成。通常以检测件形式对差压式流量计分类,如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等. 二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显示仪表。它已发展为三化（系列化、通用化及标准化)程度很高的、种类规格庞杂的一大类仪表，它既可测量流量参数，也可测量其它参数（如压力、物位、密度等）.
一、电磁流量计的工作原理：电磁流量计是基于电磁感应定律而工作的流量测量仪表。它能测量具有一定电导率的液体或液、固混合物的体积流量，常用于检测酸、碱、盐、含固体颗粒（或纤维）液体的流量，这是它优越于其他流量计的特点。电磁流量计由变送器和转换器组成。电磁流量变送器由磁路系统、测量导管、电极、外壳和干扰信号装置等部分组成，它将流量的变化转换成感应电势的变化。转换器由电子元器件组成，它将微弱的感应电势放大，并转换成统一的标准信号输出，以便进行远传指示、记录和积算。 电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感应定律：导电液体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中产生感应电势，其感应电势E为：E=KBVD 式中：K－－－－仪表常数 B－－－－磁感应强度 V－－－－测量管道截面内的平均流速 D－－－－测量管道截面的内径 测量流量时，导电性液体以速度V流过垂直于流动方向的磁场，导电性液体的流动感应出一个与平均流速成正比的电压，其感应电压信号通过二个或二个以上与液体直接接触的电极捡出，并通过电缆送至转换器通过智能化处理，然后LCD显示或转换成标准信号4～20ma和0－1khz输出。 磁路系统：其作用是产生均匀的直流或交流磁场。直流磁路用永久磁铁来实现，其优点是结构比较简单，受交流磁场的干扰较小，但
它易使通过测量导管内的电解质液体极化，使正电极被负离子包围，负电极被正离子包围，即电极的极化现象，并导致两电极之间内阻增大，因而严重影响仪表正常工作。当管道直径较大时，永久磁铁相应也很大，笨重且不经济，所以电磁流量计一般采用交变磁场，且是50HZ工频电源激励产生的。 测量导管：其作用是让被测导电性液体通过。为了使磁力线通过测量导管时磁通量被分流或短路，测量导管必须采用不导磁、低导电率、低导热率和具有一定机械强度的材料制成，可选用不导磁的不锈钢、玻璃钢、高强度塑料、铝等。 电极：其作用是引出和被测量成正比的感应电势信号。电极一般用非导磁的不锈钢制成，且被要求与衬里齐平，以便流体通过时不受阻碍。它的安装位置宜在管道的垂直方向，以防止沉淀物堆积在其上面而影响测量精度。 外壳：应用铁磁材料制成，是分配制度励磁线圈的外罩，并隔离外磁场的干扰。 衬里：在测量导管的内侧及法兰密封面上，有一层完整的电绝缘衬里。它直接接触被测液体，其作用是增加测量导管的耐腐蚀性，防止感应电势被金属测量导管管壁短路。衬里材料多为耐腐蚀、耐高温、耐磨的聚四氟乙烯塑料、陶瓷等。 转换器：由液体流动产生的感应电势信号十分微弱，受各种干扰因素的影响很大，转换器的作用就是将感应电势信号放大并转换成统
多相流量计及其标定装置姚海元 宫敬(石油大学(北京)) 摘要 从1980年代末开始,国内多家 高校、科研院所和石油单位都开展了基于各 种原理的多相流量计的研制。目前,兰州海 默公司研制的MFM2000多相流量计、西安 交大研制的TFM-500多相流量计已经进入 现场试验与应用阶段。多相流量计的发展趋 势是小型化、智能化、高精度、低成本、适 应性广、安全性高和结构紧凑,而且通过多 相流量计还可以分析介质组成,包括蜡、水 合物、化学组分等。 主题词 多相计量 多相流量计 标定装置 多相流量计产品应用领域十分广泛,可直接安装在油气混输管线上测量油、气、水三相流各相的流量;用于油井计量、分队计算,试井和多相生产系统等;可取代计量分离器以及配套的计量仪表和控制装置,节省计量管线、管汇和建站费用,从而大幅度降低油田投资、简化油田的生产工艺流程、缩短油田建设周期和操作费用等。业内人士预计,多相流量计的应用将彻底改变新油田的开发和运行方式。 1 国内外多相流量计 目前,多相流计量基本上可分为混合均质多相计量和直接在线计量。混合均质多相流量计一方面测量主管内混合物的总质量流量,另一方面由一个微型采样分离器从主管线上取样并将其分离成气相和液相,然后用密度计测量出液相中油水的密度,并结合温度和压力的测量值,算出油气水的量。E uroma tic、Baker CAC、Mobil、Te xaco、Atla ntic、WellC omp、Accflow、Agar和英国B P等公司的多相流量计均属此类。直接在线多相流量计是采用电子设备来测量管内流体特性:相分率仪测量油气水瞬时质量分数,速度测量计确定通过混合物的速度流量。如挪威和美国合作开发的LP多相流量计、挪威Fra mo公司的MPFM和MPFM -1900多相流量计、KOS公司的MC F多相流量计、AEA公司的非插入式多相流量计等都是直接在线多相流量计。 从1980年代末开始,国内多家高校、科研院所和石油单位都开展了基于各种原理的多相流量计的研制。目前,兰州海默公司研制的MFM2000多相流量计、西安交大研制的TFM-500多相流量计已经进入现场试验与应用阶段。以下将简要介绍这两种多相流量计。 (1)MFM2000系列多相流量计。MFM2000多相流量计是海默公司根据 微扰 多相流理论研制成功的专利产品。该产品主要由流型调整装置、互相关流量计和双能 伽玛传感器组成。它采用互相关测量方法检测管道测量截面上通过的油气水三相流中的气速和液速,利用双能 射线测定管道测量截面上油气水三相流中的含水率和含气率,同时,还对油气水三相流的温度和压力进行监测。相应的计算机软件即可根据测量值求得标准状况下的体积流量或质量流量。该流量计在大庆油田多相流量计实液对比测试装置和英国NE L多相流实验室进行了标定测试。目前,该公司产品已进入工业化应用阶段。 (2)TFM-500多相流量计。TF M-500多相流量计由西安交通大学多相流国家重点实验室经过多年的努力于1994年研制成功,经过了以中国石油天然气总公司有关专家为主组成的技术鉴定会鉴定,并申报了国家专利。该流量计由其自行设计的静态混合器、测量总流量的文丘里管以及测量气液比的倒U型管组成;应用流体力学方法测量气液比;利用热扩散原理测量相分率。其特点是无放射性、无运动部件。 2 现场应用及所存在的问题 油气田开发中多相流量计的使用,不仅能带来巨大的经济效益,同时多相流量计还能提供更为详细的关于井口的技术数据,为油藏管理和风险评估提供可靠的技术支持。目前,多相计量技术在石油工业中现已逐步得到应用。许多边际油田和深海油田的开发也正在使用和考虑使用此项技术。 目前,国产多相流量计也得到了初步应用。兰州海默公司已能够提供商品化的多相流量计。从1994年至今,至少有120多台套海默多相流量计在油田得到了应用。其中中国海洋石油总公司在2001年购置了12台大口径海默MFM2000系列多相 33 油气田地面工程第23卷第9期(2004 9)
各种流量计工作原理及优缺点讲解 测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表．流量计是工业测量中重要的仪表之一．随着工业生产的发展，对流量测量的准确度和范围的要求越来越高，流量测量技术日新月异．为了适应各种用途，各种类型的流量计相继问世。目前已投入使用的流量计已超过100种。 每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性。按测量原理分有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。 按流量计的结构原理进行分类。有容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计。 按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类;按测量目的又可 分为总量测量和流量测量,其仪表分别称作总量表和流量计。总量表测量一段时间内流过管道的流量,是以短暂时间内流过的总量除以该时间的商来表示,实际上流量计通常亦备有累积流量装置,做总量表使用,而总量表亦备有流量发讯装置。因此,以严格意义来分流量计和总量表已无实际意义。
一、按测量原理分类 1.力学原理：属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。 2.电学原理：用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。 3.声学原理：利用声学原理进行流量测量的有超声波式．声学式(冲击波式)等。 4.热学原理：利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。 5.光学原理：激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。 6.原于物理原理：核磁共振式、核幅射式等是属于此类原理的仪表．
质量流量计工作原理 流体的体积是流体温度、压力和密度的函数。在工业生产和科学研究中，仅测量体积流量是不够的，由于产品质量控制、物料配比测定、成本核算以及生产过程自动调节等许多应用场合的需要，还必须了解流体的质量流量。 质量流量计的测量方法，可分为间接测量和直接测量两类。间接式测量方法通过测量体积流量和流体密度经计算得出质量流量，这种方式又称为推导式；直接式测量方法则由检测元件直接检测出流体的质量流量。 1．间接式质量流量计 间接式质量流量测量方法，一般是采用体积流量计和密度计或两个不同类型的体积流量计组合，实现质量流量的测量。常见的组合方式主要有3种。 （1）节流式流量计与密度计的组合 由前述知，节流式流量计的差压信号P qρ，如图1所示，密度计 ?正比于2 v 连续测量出流体的密度ρ，将两仪表的输出信号送入运算器进行必要运算处理，即可求出质量流量为 （1-1）靶式流量计的输出信号与2 qρ也成正比关系，故同样可按上述方法与密度计组合 v 构成质量流量计。密度计可采用同位素、超声波或振动管式等连续测量密度的仪表。 图1 节流式流量计与密度计组合 （2）体积流量计与密度计的组合
如图2所示，容积式流量计或速度式流量计，如涡轮流量计、电磁流量计等，测得的输出信号与流体体积流量 q成正比，这类流量计与密度计组合，通过乘 v 法运算，即可求出质量流量为 （1-2）（3）体积流量计与体积流量计的组合 如图3所示，这种质量流量检测装置通常由节流式流量计和容积式流量计或速度式流量计组成，它们的输出信号分别正比于和通过除法运算，即可求出质量流量为 （1-3） 图2体积流量计和密度计组合图3 节流式流量计和其他体积流量计组合除上述几种组合式质量流量计外，在工业上还常采用温度、压力自动补偿式质量流量计。由于流体密度是温度和压力的函数，而连续测量流体的温度和压力要比连续测量流体的密度容易，因此，可以根据已知被测流体密度与温度和压力之间的关系，同时测量流体的体积流量以及温度和压力值，通过运算求得质量流量或自动换算成标准状态下的体积流量。但这种测量方式不适合高压或温度变化范围大的情形，因为在此条件下自动补偿检测出来的温度、压力很困难。 2．直接式质量流量计 直接式质量流量计的输出信号直接反映质量流量，其测量不受流体的温度、压力、密度变化的影响。直接式质量流量计有许多种形式。 （1）热式质量流量计