本实用新型专利技术提供了一种容积式油‑气‑水三相流分相流量在线测量装置，属于多相流测量技术领域。该装置主要由两个带液位传感器的标准容器、两个单相气体流量计、六个控制阀门以及多个管道组成；由于使用了固定容积的标准容器，因此可以准确测量出多相流中液相流体的体积流量，结合气体测量、密度测量和含水率测量，可以进一步推算出油‑气‑水三相流的分相流量，包括累积体积流量和累积质量流量。本装置中两个标准容器交替集液和排液，可以实现管路中液相流体流量的平稳测量，保证了测量的速度，为较好地实现在线测量奠定了基础。本装置利用容积式原理，进行测量时降低了混相测量的复杂性，在提高测量准确性的同时大大降低了测量成本。
【技术实现步骤摘要】
容积式油-气-水三相流分相流量在线测量装置
本技术涉及一种油-气-水三相流分相流量在线测量装置，属于多相流测量
技术介绍
在工业领域，测量技术扮演着十分重要的角色，例如石油化工、环境保护等。多相流广泛存在于众多科学及工程领域，且应用超前于理论研究。研究多相流检测技术，一是出于实际应用的需要，二是它可以为多相流理论研究提供重要辅助手段。和单相流相比，多相流由于不同相之间存在着界面效应和相对速度，且相界面在时间上和空间上都是随机变化的，因此其流动特性更为复杂。长久以来，两相流参数检测作为两相流理论研究的重要辅助手段在世界范围内一直是一个挑战性的难题，被称为过程测量的终极挑战，已成为现代科技及发达工业国家的一个重要科研领域。多相流检测及监测对于相关科学研究(例如两相流传热传质研究等)和过程设备的安全高效运行具有十分重要的理论意义及应用价值。为实现多相流分相流量的准确测量，传统方法是使用分离装置，将多相流各组分进行分离，然后再使用成熟的单相流量仪表对分离后的单相流体各分相流量进行测量。这种方法准确度虽然较高，但分离装置通常需要非常高的经济投入，且分离过程通常需要几个小时以便进行可靠的测量，很难做到实时在线测量。因此，针对多相流体的在线准确测量依然是世界性的难题。以石油开采中井口油-气-水三相流为例，石油开采生产中从井口产出的原油主要成分为油-气-水，此外还可能含有泥沙，其属于多相流范畴。针对石油开采生产中的油-气-水三相流，需要测量的主要参数包括温度、压力、分相含率(含气率、含水率、含油率)、分相流量等过程参数以及密度、盐度等物性参数。涉及温度和压力测量的相关技术已相对成熟，只需直接采用现有工业应用主流技术即可。但由于多相流自身的复杂性，其工程实际应用远远超前于理论研究，涉及多相流分相含率(含气率、含水率、含油率)、分相流量及盐度等参数的测量，尤其是在线测量技术仍然是世界性难题。以流量测量为例，针对单相流体的工业用流量计大多可轻松实现1％或0.5％的精度，但针对工业多相流，现有测量方法或商业化测量仪器大多精度较低或者测量方法复杂，例如由威德福国际责任有限公司专利技术的RedEye多相流测量系统，该系统利用了密度的差异实现了气液的分离，但是该系统涉及的传感器较多，而且测量方法较为复杂。在工业界普遍认可的现状是若能实现10％的在线测量精度，则可以在工业实际中推广应用。虽然通过分离器将多相流体分离为单相流体再进行测量可以获得很高的精度，但由于实时性较差且投入成本过高，很难面向单井井口油-气-水三相流测量进行推广，大大降低了其在工业生产中的价值。因此，在不进行相分离的条件下实现油-气-水三相流分相流量在线测量，长期以来一直是石油生产中的一个难题及重要需求。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种容积式油-气-水三相流分相流量在线测量装置，该装置可实现油-气-水三相流在混相条件下的分相流量在线测量。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种容积式油-气-水三相流分相流量在线测量装置，主要由两个带有液位传感器的标准容器、两个单相气体流量计、六个控制阀门以及多个管道组成，第一控制阀(V1-1)、第三控制阀(V1-2)和第六控制阀(V2-3)共同构成第一阀门组，第二控制阀(V2-1)、第四控制阀(V2-2)和第五控制阀(V1-3)共同构成第二阀门组；其中，油-气-水三相流入口分别通过设有第一控制阀的第一管道、设有第二控制阀的第二管道与第一标准容器顶部的三相入口、第二标准容器顶部的三相入口连通；第一标准容器顶部的气相出口与第二标准容器顶部的气相入口通过设有第一气体流量计和第三控制阀的第三管道连通；第一标准容器顶部的气相入口与第二标准容器顶部的气相出口通过设有第二气体流量计和第四控制阀的第四管道连通；第一标准容器底部、第二标准容器底部的排液口分别通过设有第五控制阀的第五管道、设有第六控制阀的第六管道与液相出口连通；两个标准容器的容积V相等且固定不变；所述标准容器的液位传感器的信号用于触发两个控制阀门组的开闭；且当第一阀门组开启、第二阀门组关闭时，第一标准容器处于集液状态、第二标准容器处于排液状态；当第一阀门组关闭、第二阀门组开启时，第一标准容器处于排液状态、第二标准容器处于集液状态。本技术的特点及有益效果是：本装置结构简洁，成本较低，在利用本装置进行多相流体测量时，由于使用了固定容积的标准容器，因此可以准确测量出多相流中液相流体的体积流量，结合气体测量、密度测量和含水率测量，可以进一步推算出油-气-水三相流的分相流量，包括累积体积流量和累积质量流量。本装置中两个标准容器交替集液和排液，可以实现管路中液相流体流量的平稳测量，保证了测量的速度，为较好地实现在线测量奠定了基础。而且，本装置受容积式流量测量原理的启发，进行测量时降低了混相测量的复杂性，在提高测量准确性的同时大大降低了测量的成本。附图说明图1是本技术提出的容积式多相流在线测量装置的原理图。在图1中，V1-1、V1-2和V1-3是标准容器1所在管路的三个控制阀门，V2-1、V2-2和V2-3是标准容器2所在管路的三个控制阀门。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术的技术方案进一步说明如下：本技术提出的装置主要用来实现油-气-水三相流分相流量的在线测量。如图1所示，本装置主要由两个带有液位传感器的标准容器、两个单相气体流量计、六个控制阀门以及多个管道组成，第一控制阀V1-1、第三控制阀V1-2和第六控制阀V2-3共同构成第一阀门组，第二控制阀V2-1、第四控制阀V2-2和第五控制阀V1-3共同构成第二阀门组；其中，油-气-水三相流入口分别通过设有第一控制阀V1-1的第一管道a、设有第二控制阀V2-1的第二管道b与标准容器1顶部的三相入口A、标准容器2顶部的三相入口E连通；标准容器1顶部的气相出口B与标准容器2顶部的气相入口F通过设有单相气体流量计1和第三控制阀V1-2的第三管道c连通；标准容器1顶部的气相入口C与标准容器2顶部的气相出口G通过设有单相气体流量计2和第四控制阀V2-2的第四管道d连通；标准容器1底部的排液口D、标准容器2底部的排液口H分别通过设有第五控制阀V1-3的第五管道e、设有第六控制阀V2-3的第六管道f与液相出口连通；两个标准容器的容积V相等且固定不变。根据标准容器内液位传感器的信号触发两个阀门组的开闭；且当第一阀门组开启、第二阀门组关闭时，标准容器1处于集液状态、标准容器2处于排液状态；当第一阀门组关闭、第二阀门组开启时，标准容器1处于排液状态、标准容器2处于集液状态。本技术实施例的在线测量装置内各组成器件均为常规产品。标准容器的规格(容积)根据待测量的多相流体的流量确定，即待测多相流体的流量越大，标准容器的规格越大，反之，标准容器的规格越小。假设液相流体体积流量为1m3/h，可以设计一个直径100mm，高500mm的标准容器，其入口和出口管径可以设计为50mm(工业现场井口一般为50mm)。本在线测量装置的工作流程为：1)数据采集：1.1)使第一阀门组(V1-1、V1-2和V2-3)处于打开状态，第二阀门组(V2-1、V2-2和V1-3)处于关闭状态；记录标准容器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种容积式油‑气‑水三相流分相流量在线测量装置，其特征在于，该装置主要由两个带有液位传感器的标准容器、两个单相气体流量计、六个控制阀门以及多个管道组成，第一控制阀(V1‑1)、第三控制阀(V1‑2)和第六控制阀(V2‑3)共同构成第一阀门组，第二控制阀(V2‑1)、第四控制阀(V2‑2)和第五控制阀(V1‑3)共同构成第二阀门组；其中，油‑气‑水三相流入口分别通过设有第一控制阀的第一管道、设有第二控制阀的第二管道与第一标准容器顶部的三相入口、第二标准容器顶部的三相入口连通；第一标准容器顶部的气相出口与第二标准容器顶部的气相入口通过设有第一气体流量计和第三控制阀的第三管道连通；第一标准容器顶部的气相入口与第二标准容器顶部的气相出口通过设有第二气体流量计和第四控制阀的第四管道连通；第一标准容器底部、第二标准容器底部的排液口分别通过设有第五控制阀的第五管道、设有第六控制阀的第六管道与液相出口连通；两个标准容器的容积V相等且固定不变；所述标准容器的液位传感器的信号用于触发两个控制阀门组的开闭。
【技术特征摘要】
1.一种容积式油-气-水三相流分相流量在线测量装置，其特征在于，该装置主要由两个带有液位传感器的标准容器、两个单相气体流量计、六个控制阀门以及多个管道组成，第一控制阀(V1-1)、第三控制阀(V1-2)和第六控制阀(V2-3)共同构成第一阀门组，第二控制阀(V2-1)、第四控制阀(V2-2)和第五控制阀(V1-3)共同构成第二阀门组；其中，油-气-水三相流入口分别通过设有第一控制阀的第一管道、设有第二控制阀的第二管道与第一标准容器顶部的三相入口、...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭黎辉，李轶，李金库，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京,11
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