一种气液两相流量计的制作方法

1.本实用新型属于两相流体计量领域，具体涉及一种气液两相流量计。


背景技术：

2.两相流量的计量一直是世界公认的难题，虽然市面上的两相流量计层出不穷(如涡街流量计、旋进旋涡流量计及放射性流量计等)，但这些流量计都存在一些问题：
3.1、含放射源的流量计具有放射性，因此存在一定的安全隐患；
4.2、其它类别的流量计均存在内件易损、不稳定且精度低的问题。
5.因此，为满足两相流量计量的需求，需要设计一款两相流量计，保证安全的同时，还具有良好的测量精度。现有技术中也有过一些解决上述问题的相关探索，但均不能满足实际的需求。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种气液两相流量计，通过获取的差压和转轮转速可实现气液不分离在线计量，同时可保证计量的准确。
7.本实用新型所采用的技术方案是：一种气液两相流量计，包括流量计本体和流量计算机，所述流量计本体内部开有流体通道，所述流体通道内靠近其入口的一端沿其轴线方向设有节流件，所述流体通道内靠近其出口的一端设有水力转轮，所述水力转轮上设有转速传感器，所述流体通道内侧与转速传感器对应的位置设有转速感应器，所述流量计本体顶部与节流件对应的位置设有差压传感器，所述转速感应器和差压传感器均与流量计算机电连接。
8.本实用新型的有益效果在于：
9.1、通过差压传感器获取差压，通过转速传感器获取转轮转速，通过获取的差压和转轮转速，结合两相流测量原理，计算得到气液两相流量，从而实现气液不分离在线计量；
10.2、结构简单，体积小，安装方便，无需前后配管，且无放射性，安全可靠。
附图说明
11.图1为本实用新型结构示意图。
12.图中：1、流量计本体；2、节流件；3、水力转轮；4、差压传感器；5、转速感应器；6、转速传感器；7、流量计算机；11、流体通道；12、入口；13、出口。
具体实施方式
13.下面将结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
14.如图1所示，本实用新型公开了一种气液两相流量计，包括流量计本体1和流量计算机7，所述流量计本体1内部开有流体通道11，所述流体通道11内靠近其入口12的一端沿
其轴线方向设有节流件2，所述流体通道11内靠近其出口13的一端设有水力转轮3，所述水力转轮3上设有转速传感器6，所述流体通道11内侧与转速传感器6对应的位置设有转速感应器5，所述流量计本体1顶部与节流件2对应的位置设有差压传感器4，所述转速感应器5和差压传感器4均与流量计算机7电连接。
15.本流量计通过差压传感器4和转速传感器6分别获取差压和转轮转速，并通过获取的差压和转轮转速，结合两相流测量原理，计算得到气液两相流量，从而实现气液不分离在线计量。
16.利用本实用新型所述的一种气液两相流量计，可进行气液两相流量的计量，其包含一种气液两相流量计的计量方法，包括以下步骤：
17.步骤10、两相流体由入口12进入流体通道11，流体通过节流件2，差压传感器4获取差压并将获取的差压输出至流量计算机7，两相流体冲击水力转轮3并驱动其旋转，转速感应器5通过设置于水力转轮3上的转速传感器6获取转轮转速并将获取的转轮转速输出至流量计算机7；
18.步骤20、流量计算机根据步骤10中获取的转轮转速计算得到气液两相流工况体积流量，计算公式如下：
19.q
v
＝ν*a
20.ꢀꢀ
＝κγfa
21.ꢀꢀ
＝κγfπd
12
/4，
22.其中，q
v
为气液两相流工况体积流量，ν为气液两相流流速，a为流体通道横截面积，κ为流量系数，γ为转流比系数，f为转轮转速，d1为流体通道内径；
23.步骤30、根据步骤10中获取的差压和节流件测量原理，得到如下公式：
[0024][0025]
其中，q
v
为气液两相流工况体积流量，c为节流件流出系数，β为孔径比，ε为可膨胀系数，a0为节流件开孔面积，δp为获取的差压，ρ为气液两相流混合密度；
[0026]
步骤40、根据步骤20和步骤30中的公式和气液两相流测量原理，得到如下公式：
[0027][0028]
其中，κ为流量系数，γ为转流比系数，f为转轮转速，d1为流体通道内径，q
v
为气液两相流工况体积流量，c为节流件流出系数，β为孔径比，ε为可膨胀系数，d为节流件等效开孔直径，δp为获取的差压，ρ为气液两相流混合密度；
[0029]
步骤50、根据步骤40中的公式，得到如下公式：
[0030][0031]
根据上述公式，计算得到气液两相流混合密度，其中，ρ为气液两相流混合密度，δp为获取的差压，c为节流件流出系数，β为孔径比，ε为可膨胀系数，d为节流件等效开孔直径，κ为流量系数，γ为转流比系数，f为转轮转速，d1为流体通道内径；
[0032]
步骤60、基于欧拉公式和质量守恒定律，计算得到混合流体质量流量、气相质量流量和液相质量流量，计算公式如下：
[0033]
q
m
＝q
mg
q
ml
[0034]
q
m
＝q
v
ρ
[0035]
q
ν
＝q
νg
q
νl
[0036]
q
m
＝q
νg
ρ
g
q
νl
ρ
l
[0037]
ρ＝q
m
/q
ν
[0038]
＝(q
νg
ρ
g
q
νl
ρ
l
)/(q
νg
q
νl
)，
[0039]
其中，q
m
为混合流体质量流量，q
mg
为气相质量流量，q
ml
为液相质量流量，q
v
为气液两相流工况体积流量，ρ为气液两相流混合密度，q
νg
为气相工况体积流量，q
νl
为液相工况体积流量，ρ
g
为气相工况密度，ρ
l
为液相工况密度；
[0040]
步骤70、根据工况下流体的含气率与工况下流体的含液率的定义或密度法计算得到工况下流体的含气率和工况下流体的含液率，计算公式分别如下：
[0041]
gmf＝(q
mg
/q
m
)*100％
[0042]
gvf＝(q
vg
/q
v
)*100％，
[0043]
gvf＝(ρ
l
‑
ρ)/(ρ
l
‑
ρ
g
)*100％
[0044][0045]
其中，gmf为工况下流体的含气率，gvf为工况下流体的含液率，q
mg
为气相质量流量，q
m
为混合流体质量流量，q
νg
为气相工况体积流量，q
v
为气液两相流工况体积流量，ρ
l
为液相工况密度，ρ为气液两相流混合密度，ρ
g
为气相工况密度；
[0046]
步骤80、计算得到气液两相流量。
[0047]
计量方法中，整个计量方法以如下方式进行：分别获取差压δp和转轮转速f——通过获取的转轮转速f计算得到气液两相流工况体积流量q
v
的计算公式且计算出气液两相流工况体积流量q
v
——通过获取的差压δp得到气液两相流工况体积流量q
v
的计算公式——通过差压δp和转轮转速f得到的气液两相流工况体积流量q
v
的公式，找出混合密度ρ与转轮转速f的数学关系——计算得到气液两相流混合密度ρ——计算得到混合流体质量流量q
m
、气相质量流量q
mg
和液相质量流量q
ml
——计算得到工况下流体的含气率gmf和工况下流体的含液率gvf——计算得到气液两相流量。
[0048]
上述通过转轮转速f计算气液两相流工况体积流量q
v
的方式为本技术其中一种计
算气液两相流工况体积流量q
v
的方式，为上述一种气液两相流量计中转速感应器5和转速传感器6对应的计算方式，并最终计算得到气液两相流工况体积流量q
v
。上述通过差压δp计算气液两相流工况体积流量q
v
的方式为本技术另外一种计算气液两相流工况体积流量q
v
的方式，为上述一种气液两相流量计中差压传感器4对应的计算方式，此方式得到的计算公式作为后续公式的推导，不能计算出气液两相流工况体积流量q
v
。
[0049]
所述的孔径比通过节流件等效开孔直径和工况条件下管道内径得到，计算公式如下：
[0050]
β＝d/d，
[0051]
其中，β为孔径比，d为节流件等效开孔直径，d为工况条件下管道内径。
[0052]
步骤80中，所述的计算得到气液两相流量，包括以体积流量计算得到气液两相流量和以质量流量计算得到气液两相流量。
[0053]
本计量方法中设置以体积流量和以质量流量两种方式计算气液两相流量，两种方式可根据需要计量的流体的不同进行选择，以满足不同的需求。
[0054]
所述的以体积流量计算得到气液两相流量，计算公式如下：
[0055]
gvf＝(ρ
l
‑
ρ)/(ρ
l
‑
ρ
g
)*100％
[0056]
q
vg
＝q
v
*gvf
[0057]
q
vl
＝q
v
*(1
‑
gvf)
[0058]
q
vgb
＝q
vg
*ρ
g
/ρ
gb
，
[0059]
其中，gvf为工况下流体的含液率，ρ
l
为液相工况密度，ρ为气液两相流混合密度，q
vg
为气相工况体积流量，q
v
为气液两相流工况体积流量，q
vl
为液相工况体积流量，q
vgb
为气相标况体积流量，ρ
gb
为气相标况密度。
[0060]
上述所述的以体积流量计算得到气液两相流量的方式可适用于天然气、页岩气等井口产能的计量及类似的计量。
[0061]
所述的以质量流量计算得到气液两相流量，计算公式如下：
[0062][0063]
q
m
＝q
v
ρ
[0064]
q
mg
＝q
v
ρ*gmf
[0065]
q
ml
＝q
v
ρ*(1
‑
gmf)，
[0066]
其中，gmf为工况下流体的含气率，ρ
l
为液相工况密度，ρ为气液两相流混合密度，ρ
g
为气相工况密度，q
m
为混合流体质量流量，q
v
为气液两相流工况体积流量，q
mg
为气相质量流量，q
ml
为液相质量流量。
[0067]
上述所述的以质量流量计算得到气液两相流量的方式可适用于蒸汽的计量以及与蒸汽类似的流体的计量。
[0068]
本实用新型所述的气液两相流量计计量时，两相流体通过入口12进入流体通道11内。两相流体首先经过节流件2，在节流件2的作用下形成差压，差压传感器4获取差压并将获取的差压输出至流量计算机7。随后，两相流体冲击水力转轮3并驱动其旋转，转速感应器5通过设置于水力转轮3上的转速传感器4获取转轮转速并将获取的转轮转速输出至流量计
算机7。流量计算机7通过获取的差压、转轮转速及两相流测量原理，可计算得出气液两相流量，从而实现气液不分离在线计量。
[0069]
本实用新型所述的ρ
g
为气相工况密度，其与组份、工作压力、温度、压缩因子有关，所述的ρ
l
为液相工况密度，其与液相物性和温度有关。q
vgb
为气相标况体积流量，指工作介质在101.325kpa，20℃下的密度。ρ
gb
为气相标况密度，指工作介质在101.325kpa，20℃下的密度。
[0070]
本发明所述的气液两相流量计计量前，预设的参数有：a、k、d、d、ρ
g
、ρ
l
、ε、c、κ和γ，通过装置获取的参数有f和δp，计算得到的参数有ρ、gvf、gmf、q
m
、q
mg
和q
ml
。
[0071]
以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。