[发明专利]管内相分隔式高含气率气液两相流体流量测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于流量测量技术领域，具体涉及一种管内相分隔式高含气率气液两相流体流量测量装置及方法。

背景技术

本发明中的“相”是指多相流体中物理性质相同的各部分，如气相、液相、油相、水相等。其中气相和液相既可以是单组份物质，也可以是多组分物质的均匀混合体，如空气，原油等。管内相分隔是指把各相分别汇聚隔离到管道内一个特定区域，以便最终实现完全分离的过程。在两相流测量技术中，分离法仍然是目前最可靠和精度最高的技术。因为这种方法是把气液两相流体分离成单相气体和液体后，再分别用单相流量计测量各相流量，实际上等于把多相流计量转化成了单相流计量，因而能够避免流型变化和流动不稳定等因素对测量的影响，同时也就免除了建立专门的多相流标定系统以及相应的量值传递体系的浩瀚工程。如美国专利US4688418“Method and apparatus for determing mass flow rate and quality in a steam line”,公开了一种使用旋风分离器的蒸汽流量干度测量系统。但这类方法的最大缺点是设备庞大、造价高、自动控制系统复杂，且测量的实时性差。这些缺点严重限制了它在工程上的广泛应用。为了缩小分离器的体积，改善测量特性，人们进行了很多尝试，如美国专利US6128962“Three-phase fluid flow measurement system and method”，公开了一种使用小型分离器的三相流测量装置。这种方法也称为部分分离法(partial separation)，从中可以看出，分离器的尺寸的确缩小了，但是却牺牲了分离效率，不能将三相流彻底分离成单相流，因而影响了测量精度，为此而必须增加一些修正手段。美国专利US5390547“Multiphase flow separation and measurement system”和US7311001“Multiphase flow measurement apparatus and method”分别公开了一种多相流测量装置,试图不用专门的分离设备，仅利用多相流体管道本身构成一种分离系统。从表面上看，该系统的确省掉了传统的分离器，但是由于所采用的管道直径和长度尺寸都非常大，而且也使用了外置式旋风分离方式，因此实质上它与传统的分离法并没有实质的区别。中国专利ZL98113068.2公开了一种分流分相式测量方法。通过采用成比例的分流手段，使实际进入分离器的流量大为减少，从而成倍降低了所需分离器的体积。但在使用中会遇到一个困难，当两相流中的液相或气相的流量很小(高含气率或低含气率)时，由于经过了分流，因而从分离器流出的液相或气相流量就更小，以至于低于现有最小流量计的测量下限，导致测量困难，甚至无法计量。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种管内相分隔式高含气率气液两相流体流量测量装置及方法，通过采用管内相分隔技术，配合离心和重力分离作用，经过多个分离步骤完成气液两相流体在管道内的完全分离，从而大幅度缩小分离法类气液两相流测量装置的体积，改善测量的实时性，并显著降低制造成本，以便于在工程上广泛应用。

为了更好地阐明本发明的技术方案，下面先简要分析一下气液两相流在高含气率时在管内的流动形态(流型)。