一种固液颗粒含量检测的在线取样装置及方法与流程

本发明涉及天然气液体颗粒物含量测量，具体涉及一种固液颗粒含量检测的固液颗粒含量检测的在线取样装置及方法。

背景技术：

1、目前，在天然气特别是页岩气、致密气气藏开发中，水力加固体颗粒压裂法得到了大规模的使用，为了有效排出残余的压裂返排液和高效输送页岩气，部分井站采用了泡沫排水采气工艺和增压输送工艺。

2、在气井生产中，原料气流必然含较多的固体颗粒和液体。通常在天然气井站或平台上设置除砂器和两相分离器对原料气中固体颗粒和液体进行脱除，以确保下游设备和集输管线安全平稳运行。若固液颗粒物随气流进入下游，对下游的管道、增压等设备容易产生腐蚀、密封失效等影响。比如会使旋转器械膨胀器、压缩机及涡轮机等产生故障；另外固液颗粒物与天然气中的氯离子及湿气中的二氧化碳等成分结合会导致压缩机叶片被腐蚀；会使压缩机干气密封失效等。

3、因此，为了准确地检测携液原料气中的固液颗粒含量，对制定安全有效的防止颗粒砾冲蚀方法、及时有效的“解堵”措施、评价各种颗粒分离设备在实际生产环境中的分离效率、优化形成合理稳定的集输系统运行制度显得尤为重要。

4、在现有的多相流颗粒含量检测取样技术中，通常可分为将原料气主管道直接接入分离器进行全部分离取样和在原料气主管道设置取样管进行部分取样检测两种。

5、上述第一种方式需配套高效稳定的完全分离装置设备使用，具有设备庞大、成本高的不足，较少在工业领域被大规模使用。第二种方式是在主管道上设置取样管段，取样管段与分离器连接，取样时，取样管段从主管道上取得一定分流比例的取样气送入分离设备中，分离出所取样品气中的气液相，测量出液体质量及性质，利用分流比例系数，计算得出主管道内全流体中的含液量。第二种方式具有设备体积小，成本低的优点，但由于天然气中气、液、固三相在主管内是混比不均的，分流取出的流体样品(取样气)成分比例与主管道内的流体的成分将存在一定的差异，即：代表性不强，导致检测准确性较差。

技术实现思路

1、本发明提供了一种固液颗粒含量检测的在线取样装置及方法，目的在于提高取样的代表性。

2、本发明通过下述技术方案实现：一种固液颗粒含量检测的在线取样装置，包括：

3、限位器，所述限位器内开设有取样通道，所述限位器与主管道上的取样管段连接，且所述限位器上的取样通道与主管道上的取样管段能够相互连通，所述取样通道的内壁沿其轴向依次开设有多个卡槽；

4、取样管，所述取样管的一端能够依次插入所述取样通道和主管道的取样管段而进入到主管道内；所述取样管的外壁连接有凸起卡点，所述取样管上的凸起卡点能够卡入所述卡槽内或退出所述卡槽。

5、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

6、本方案中通过在限位器上开设有取样通道，且在取样通道的内壁设置多个卡槽，这样在需要取样的时候，通过向取样通道内插入取样管，使取样管上的凸起卡点卡在取样通道的内壁上固定取样位置，从而便于取样。

7、并且本方案中可以通过继续推动取样管，使取样管上的凸起卡点与不同位置的卡槽进行卡合，从而起到调节取样管插入主管道内的深度，这样便于对主管道横截面上的不同位置进行针对性的取样操作，这样能够在短时间内得到同一流体状态下主管道内横截面上各个位置取样点的样品，起到点取样的作用，这样能够有效的提高取样的代表性，从而提高在线测量原料气固体颗粒物含量的准确性。

8、进一步，所述限位器和所述取样管均采用能够产生弹性形变的金属材质制成。

9、有益效果：如此设置便于使限位器上的凸起卡点与取样通道内的卡槽顺利的卡入和退出，实现顺利的配合。

10、进一步，所述卡槽与所述凸起卡点均呈环状。

11、有益效果：如此设置能够使凸起卡点与卡槽之间配合更加的稳固，不易自动出现退出的情况，从而能够提高取样管与取样通道之间连接的稳定性，保持取样过程的稳定。

12、进一步，所述取样通道上的多个所述卡槽等距设置。

13、有益效果：如此设置能够使取样位置更加的均匀，这样能够提高取样的准确性。

14、进一步，所述取样管的上部设置有刻度。

15、有益效果：如此设置，可读取样位置，使取样过程更加的方便和直观。

16、进一步，所述限位器内的取样通道开设有多个，且多个取样通道呈圆形周向分布，同一个取样通道上的多个卡槽等距设置，而不同的取样通道上的卡槽间距各不相同，所述限位器与主管道上的取样管段之间连接有连接件，所述限位器与所述连接件转动配合，转动所述限位器能够使多个取样通道依次与主管道上的取样管段连通。

17、有益效果：本方案中限位器内设置了多个取样通道，这样的设置，在取样过程中通过改变取样通道从而能够选择具有不同间距大小的取样档位，这样可得到多点取样数据，进一步提高单一取样数据的代表性。

18、进一步，所述连接件包括转轴和固定器，所述转轴与所述限位器的中央转动连接，所述转轴与主管道上的取样管段之间通过固定器连接。

19、有益效果：本方案中通过转动限位器使限位器沿转轴旋转，从而起到选择不同的取样管道的目的。

20、进一步，所述固定器包括两个圆环，两个圆环之间连接有连接板，两个所述圆环分别套在主管段上的取样管段和转轴上。

21、有益效果：本方案中固定器通过在两个圆环中连接连接板，然后再将两个圆环分别与取样管和转轴连接，该连接固定结构简单，且能够使转轴与取样管段既能够实现连接，同时也能够使转轴与取样管段偏心设置，便于在转动限位器的时候能够使各个取样通道依次与取样管段连通。

22、一种固液颗粒含量检测的在线取样方法，使用上述的一种固液颗粒含量检测的在线取样装置，包括以下步骤：

23、步骤1，安装限位器：上述的一种固液颗粒含量检测的在线取样装置安装在主管道上的取样管段上，使限位器上的取样通道与主管道上的取样管段对齐连通；

24、步骤2，插入取样管：将取样管插入与取样管段对齐的取样通道并进入主管道内，取样管上的凸起卡点卡入所述取样通道的卡槽时固定取样位置，取样通道上的各个卡槽为取样管进入主管道内的不同档位位置；

25、步骤3，取样：每次取样时通过向下推动取样管改变取样管上凸起卡点与取样通道上不同位置上的卡槽相互卡合的位置而改变取样管插入主管道内的深度，通过以下计算公式计算在每次取样时间t内代表主管道总横截面通过的取样液体质量：

26、

27、式中：

28、m取1——取样通道横截面液体质量，kg；

29、a——主管道内流体横截面总面积，m2；

30、an——各档位取样位置对应主管道横截面上横向分区的面积，m2；

31、mln——各档位取样液体质量，kg；

32、n——表示取样通道内档位位置；

33、t——取样时间，s。

34、一种固液颗粒含量检测的在线取样方法，使用上述一种固液颗粒含量检测的在线取样装置，包括以下步骤：

35、步骤1，安装限位器：将上述的一种固液颗粒含量检测的在线取样装置安装在主管道上的取样管段上，使限位器上的其中一个取样通道与主管道上的取样管段对齐连通；

36、步骤2，插入取样管：将取样管插入与取样管段对齐的取样通道并进入主管道内，取样管上的凸起卡点卡入所述取样通道的卡槽时固定取样位置，取样通道上的各个卡槽为取样管进入主管道内的不同档位位置；

37、步骤3，取样：每次取样时通过推动取样管而改变取样管上凸起卡点与取样通道上不同位置上的卡槽相互卡合的位置而改变取样管插入主管道内的深度，通过转动限位器使限位器上的不同取样通道依次与主管道的取样管段对齐连通，从而使取样管依次插入各个取样通道进行多次取样，各个取样通道每次取样通过以下计算公式计算在每次取样时间t内代表主管道总横截面通过的取样液体质量：

38、

39、式中：

40、m取m——m通道流体横截面液体质量，kg；

41、a——流体横截面总面积，m2；

42、an——各档位取样位置对应主管道横截面上横向分区的面积，m2；

43、mln——各档位取样液体质量，kg；

44、n——表示通道内档位位置；

45、m——表示限位器不同取样通道；

46、t——取样时间，s；

47、通过以下公式计算主管道流体横截面的液体质量m取：

48、m取＝η1m取1+η2m取2+......+ηmm取m

49、η1+η2+......+ηm＝1；

50、式中m取——主管道流体横截面的液体质量，kg；

51、ηm——每次取样所的权重；

52、通过以下公式计算得到主管道内液体流量：

53、

54、

55、式中：

56、qg——主管道气体流量，m3/s；

57、ql——主管道液体流量，m3/s；

58、qg——取样气体流量，m3/s；

59、ql——取样液体流量，m3/s。

60、有益效果：本发明的在线取样装置和检测方法可使原料气在线生产过程中通过在主管道上简易操作，插入取样管，通过与不同的卡槽档位位置进行固定而起到调节取样管的取样深度的目的，实现在不同档位位置进行点取样操作，从而取得主管道内横截面上各个高度区域所代表的取样液体质量，短时间得到同一流体状态下横截面上各个取样点的样品，并且还可通过改变取样通道选择具有不同卡槽间距的取样通道，这样可得到多点取样数据，避免单一取样数据的不具备代表性的缺点，再通过多点取样数据的归整计算得到更加准确的原料气中的液体流量，取样代表性强且取样器重复利用率高，提高了在线测量原料气液体颗粒物含量的准确性。