专利名称：冲量-差压式多相流量计应用原理和方法
技术领域：
本发明专利涉及一款应用新的原理与方法的高精度、直接定量测量的多相流流量计产品，适用于测量油、气、水混合多相流各种组分的流量。
背景技术：
油、气、水三相计量，可以分解为两个技术要点一是应将三相视为液相总量和气相两相计量，二是进行液相组分测量。
将油、气、水视为气、液两相流，以往的测量方法主要有(1)相关法；(2)容积法；(3)节流法；(4)涡轮流量计法；(5)激光多普勒法；(6)PIV(PARTICLE IMAGE VELOCIMETER)法；(7)热线、热膜风速仪法；(8)过程层析成象技术法(ProcessTomography，简称PT)；(9)核磁共振法；(10)直接法等。以上几种方法在测量气、液两相流时应用比较广泛，但有的需要结合密度计来测含气率。
进行多相流测试的另一技术要点是液相组分测量，以往的测量方法主要有(1)电磁波检测法；(2)电容法；(3)电导法；(4)密度法；(5)短波持水率计法；(6)微波法；(7)荧光法；(8)γ组分表法等。
油、气、水混合多相流各种组分的直接定量测量，一直是国际石油工业界一项迫切需要而又难以解决的技术难题。尽管国内外有应用以上各种方法的多相流流量计的成果出现，但应用新的原理与方法的适应性强、稳定性好的高精度(全量程精度5％)直接定量测量的多相流流量计产品一直是一个空白。
我们从1994年在冲量-差压理论模型的多相管流流型，智能识别基础上，针对明渠模型的差压-庭位的相关性理论的研究的基础上开始I型产品的开发和研究，于1999年底提出了新的II型计量装置产品的方案构想，经过一系列的实验，成功地证明了其可行性。
发明内容
本发明第一次利用冲量原理，并结合差压测试方法，设计出了冲量-差压型多相流量计产品，填补高精度(全量程精度优于5％)、直接定量测量多相流量计领域的一个空白。
附图是本发明的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
冲量-差压型多相流量计装置的结构简图如下装置主体由上、下两个隔板分成了上、中、下三部分在图1中1.三相流入口，2.上隔板，3.油气水混合液，4.三相出流口，5.力传感器(上)，6.差压传感器(上)，7.油水混合液，8.下隔板，9.力传感器(下)10.液相出流口，11.差压传感器(下)，12.油气水混合液，13.三相流出口。
计测原理与方法本计测原理与方法可以由相应的装置来实现(见附图)。当油、气、水三相混合液由三相流入口进入装置上部后，油气水混合液在系统压力作用下从互成120°的三个三相出流口流出，这时流出的油气水混合液对系统的反推力等于系统的动量流率
F=δδt(mV)=δmδtV+mδVδt---(1)]]>考虑到在一定时间范围内流率的相对平稳性，取平均有F_=δδt(mV____)=δm___δtV__+m__δV___δt=δm___δtV__---(2)]]>考虑到一些非确定因素(2)式可一般写成δm___δtV__=k^fF__---(3)]]>而出流口的流率V则可由出流口两端的差压ΔP确定V__=k^pρ__3ΔP____---(4)]]>其中ρ3为三相混合平均密度。于是，由(3)(4)两式有Q__m=δm___δt=ρ__3k^fF__k^pΔp____---(5)]]>另一方面Qm___=ρ__3·AV__=k^pAΔP___---(6)]]>其中A为出流口面积。于是，由(5)(6)得ρ__3=Ak^p2ΔP___k^fF__---(7)]]>因此，只要通过装置上部的差压传感器与力传感器测得相应出流口两端的差压ΔP和油气水混合液出流对系统的反推力F同时确定出系数 及 的取值就可以由式(5)或(6)确定油气水混合液的质量流量Qm和混合密度ρ3。
油、气、水三相混合液从装置上部流入装置中部的环形空间，这时由于出流的离心作用使气液两相分离，游离出的气相由装置中部的同心圆管进入装置下部，而液相(油水混合液)则通过环形空间的液相出流口流入装置下部。与装置上部油气水混合液出流的道理相同通过装置中部的差压传感器和力传感器测得相应出流口两端的差压ΔP和油水混合液出流对系统的反推力F，确定出系数 及 的取值，即可由相应的式(5)或(6)及(7)式计算出液相(油水混合液)的质量流量Ql和液相密度ρl。基于液相流体不可压缩的假设，液相混合密度ρl与有油、水单相密度ρo和ρw间存在关系 其中co和cw为油、水体积含量比率。因此，只要事先精确地测得油、水单相密度ρo和ρw，就可以根据(8)式求解出油、水的体积含量比率co和cw。
于是，油、水的质量流量Qo和Qw就为 而气相的质量流量则为Qg＝Qm-Ql于是混合液中的油、水、气三相的质流量可由此全部测得。
因此，本发明是利用冲量定理及孔口出流的压降与出流速率的关系求解出油、气、水三相的混合质量流量，并根据已知油、气、水各自单相的质量密度，而计测出油、气、水各相的质量流量。
权利要求
1.一种冲量-差压式多箱流量计应用原理和方法，其特征是，利用冲量定理及孔口出流的压降与出流速率的关系求解出油、气、水三相的混合质量流量，并根据已知油、气、水各自单相的质量密度，而计测出油、气、水各相的质量流量。
全文摘要
油、气、水混合多相流各种组分的直接定量测量，一直是国际石油工业界一项迫切需要而又难以解决的技术难题，适应范围广、稳定性好的高精度(全量程精度优于5％)直接定量测量的多相流流量计产品更是一个空白。我们从1994年起在冲量—差压理论的基础上开始I型产品的开发和研究，于1999年底提出了新的II型计量装置产品的方案构想。两代产品经过8年反复试验、模拟，和工业性使用，证明II型计量装置达到了设计要求，符合设计精度要求，并适合于工业化的应用。
文档编号G01F1/34GK1492216SQ0214594
公开日2004年4月28日 申请日期2002年10月25日 优先权日2002年10月25日
发明者董守平 申请人:董守平, 吉隆机电(北京)有限公司