[发明专利]基于直通型气体超声波流量计的湿气流量测量方法

说明书

技术领域

本发明属于两相流量测量技术领域，涉及一种直通式气体超声波流量计测量湿气的方法。

背景技术

湿气通常是指气相为连续相，液相为离散相的气液两相流。美国机械工程师学会ASME将其界定为Lockhart-Martinelli参数（简称L-M参数）X小于0.3的气液两相流。湿气普遍存在于自然界与工业现场中，如常规天然气田井口产出气（湿天然气）、煤层气、湿饱和蒸汽以及页岩气等均属湿气。随着工业生产的发展，对湿气不分离计量的要求越来越高。然而已有研究表明，湿气流量测量问题非常复杂，检测难度很大，利用传统的单相气体流量计直接测量湿气流量，会因液相的影响而产生一定的误差，甚至无法正常工作。因此湿气测量在相当长的一段时间内都将是流量测量领域的一个重要研究方向和研究热点。

气体超声波流量计的研制起步于二十世纪七十年代中期，近年来在天然气计量领域发展迅速，我国的“西气东输”天然气工程干线上应用了大量的气体超声波流量计。与传统的单相流量计相比，气体超声流量计的优势体现在：量程比大、基本无压损、重复性高、无可动部件、可测双向流和精度较高等方面。上世纪九十年代中后期，国外研究人员和研究机构展开了气体超声波流量计用于湿气流量测量的研究。2000年，Zanker和Brown针对水平安装的多声道气体超声波流量计湿气测量进行研究^[3]。研究结果表明，气体超声波流量计用于湿气测量时，测量结果高于等量气相单独流过时的测量值，即存在虚高现象，且虚高的大小，即测量误差，与湿气中含液率之间的关系表现出一定的规律性。与其他流量计（差压式、涡街）相比，超声波流量计的主要优势是测量误差较小，在体积含气率为1%情况下，误差值小于5%，而文丘里在相同条件下误差达到10%。2007年开始，美国CiDRA、Weatherford、Instromet等公司等开始尝试将气体超声波流量计与节流式流量计进行组合实现湿气的气液两相流量测量。

文献研究表明，超声波流量计用于湿气测量，通常存在以下特点：首先，湿气测量特性受流型的影响较大，在分层流和环雾状流时具有较好的测量特性，目前用于湿气测量的超声波流量计大都是工作在分层流和环雾状流下，显著特征是虚高（即测量误差）值小，虚高与液相含率的关系规律性较好，在一定液相含率范围内，测量结果的重复性较好，因此通常采用实验数据拟合的方法建立虚高与液相的关系模型，进而实现对气相测量结果的修正。尽管如此，与差压类流量计不同，由于不同公司的超声波流量计有不同的结构设计，如探头数目、声道布置形式、插入方式等各不相同，因此进行湿气测量时，采用实流实验拟合方法得到的虚高修正公式形式差异性较大，无可比性，也不具有较好普适性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述问题，提供一种简单易用，具有良好的普适性，适用于对水平圆管中环雾状流条件下的气相流量预测的湿气测量方法。本发明利用直通式气体超声波流量计湿气测量的虚高流量值，依据基于截面含气率方法的虚高模型，对直通式气体超声波流量计的测量结果进行修正，采用如下技术方案：

一种基于直通型气体超声波流量计的湿气流量测量方法，包括下列步骤：（1）在需要进行湿气流量测量的水平管道上固定直通型气体超声波流量计；（2）利用所述的流量计测量湿气流量，测得虚高流量Qt_p；（3）根据经验模型求得截面含气率α；（3）对虚高流量进行修正，得到修正后的气相流量值

作为优选实施方式，其中的截面含气率的截面含气率x为质量含气率；ρ_l，ρ_g分别为液相密度和气相密度；μ_l，μ_g分别为液体粘度和气体粘度。

与现有技术相比，本发明具有如下的技术效果：

在具有一定的物理意义并保证测量精度的前提下合理简化了复杂流场的条件，得到直通式气体超声波流量计测量湿气的虚高与截面含气率的单值对应关系，提出了一种可以直接计算虚高的方法，从而进行湿气测量结果的修正。本发明与现有拟合方案相比，避免了需要大量实流数据拟合公式的工作量，可以利用测量或通过经验公式估算出的截面含气率信息直接计算流量计的测量虚高，并借此修正偏大的气相流量测量结果。

附图说明

图1单声道直通式气体超声波流量计示意图。

图2（a）单声道直通式气体超声波流量计湿气测量俯视图。

图2（b）单声道直通式气体超声波流量计湿气测量左视图。

图3基于Armand-Massina截面含气率模型的单声道直通式气体超声波流量计湿气流量测量误差。