双差压节流湿气测量方法

摘要

本发明属于多相流量测量领域，涉及一种利用双节流装置实现的湿气测量方法，首先进行实验室标定，获取双节流装置的简单虚高模型和精确虚高模型，然后再利用两节流差压湿气测量装置进行在线测量，获得两节流装置的差压信号，然后进行多参数迭代计算实现湿气测量。本发明提出的测量方法能够实现在线测量，实施简单、方便，具有较高的测量精度，完全符合工业现场的需要，可广泛应用于石油天然气工业现场。

主权项

1.一种湿气测量方法，采用的测量系统包括安装在测量管路里的锥形节流装置和文丘里节流装置，在测量管路里安装有压力变送器，在锥形节流装置的首尾处安装有第一压差变送器，在文丘里节流装置的节流管路内外安装有第二压差变送器，在其测量管路下游内还安装有温度变送器，进行湿气测量的步骤包括：(1)对于锥形节流装置，通过对实验数据进行曲线拟合，求得锥形节流装置的湿气虚高模型式，即其与L-M参数和Froude数之间的关系式：${\Phi }_{g-\mathrm{cone}}=b_1+b_2·X+b_3·X·F_{\mathrm{rg}}+b_4·F_{\mathrm{rg}}+b_5\left(\frac{{\rho }_l}{{\rho }_g}\right),$其中的L-M参数与Froude数分别为$X=\frac{W_l}{W_g}\sqrt{\frac{{\rho }_g}{{\rho }_l}}$和$F_{\mathrm{rg}}=\frac{U_{\mathrm{sg}}}{\sqrt{\mathrm{gD}}}\sqrt{\frac{{\rho }_g}{{\rho }_l-{\rho }_g}}$，式中，U_sg为气相表观速度，W_g为气体质量流量，W_l为液体质量流量，C为仪表流出系数，ε为气体的可膨胀系数，β为节流比，D为管道直径，ρ_g为气相流体密度，ρ_l为液相流体密度，为通过实验测得的锥形节流装置的压差信号；(2)对于文丘里节流装置，通过对实验数据进行曲线拟合，求得文丘里节流装置的湿气虚高模型式，即其与L-M参数和Froude数之间的关系式：${\Phi }_{g-\mathrm{venturi}}=\sqrt{1+\mathrm{CX}+X^2}$，式中，$C={\left(\frac{{\rho }_l}{{\rho }_g}\right)}^n+{\left(\frac{{\rho }_g}{{\rho }_l}\right)}^n$$n=a_1·F_{\mathrm{rg}}+a_2·\sqrt{F_{\mathrm{rg}}}+a_3.........0.5\le {\mathrm{Fr}}_g\le 1.5;$(3)对于两个节流装置，分别通过对实验数据进行曲线拟合，求得锥形和文丘里节流装置的简单虚高模型式分别为：Φ_g-cone＝a+b·X、${\Phi }_{g-\mathrm{venturi}}=\sqrt{1+\mathrm{CX}+X^2}$(4)由压力变送器和温度变送器获取管道内流体的压力和温度，计算管道内气相流体的密度ρ_g；(5)利用在锥形节流装置和文丘里节流装置上安装的两个压差变送器获得的压差信号，根据下列公式，分别计算两个节流装置的虚高质量流量W_TP1和W_TP2：$W_{\mathrm{tpk}}=\frac{C·ϵ}{\sqrt{1-{\beta }^4}}\times \frac{\pi }{4}{\beta }^2{D}^2\times \sqrt{2\Delta P_{\mathrm{tpk}}·{\rho }_g},$式中k＝1，2；(6)根据公式Φ_g＝Φ_g(X)，$K=\frac{W_{\mathrm{tp}1}/W_g}{W_{\mathrm{tp}2}/W_g}=\frac{{\Phi }_{g1}}{{\Phi }_{g2}}=\frac{{\Phi }_{g1}\left(X\right)}{{\Phi }_{g2}\left(X\right)}=f\left(X\right)$以及简单虚高模型式Φ_g-cone＝a+b·X、${\Phi }_{g-\mathrm{venturi}}=\sqrt{1+\mathrm{CX}+X^2}$，获得X参数的初值与气相质量流量的初值X₀、W_g0，将气相质量流量的初值W_g0带入Froude数公式，获得Froude数的迭代初值F_rg0。；(7)将X参数，Froude数的初值X₀和F_rg0带入文丘里节流装置的虚高模型式，实现对X参数的第一次修正，得到X₁；(8)将修正的X参数即X₁与Froude数F_rg0带入到锥形节流装置的虚高模型式中，对气相质量流量进行修正，得到W_g1，利用W_g1计算气相表观速度U_sgl，并代入式Froude数公式，修正F_rg0，得到F_rgl；(9)如此重复执行步骤(7)和(8)，实现对X参数、Froude数和气相质量流量W_g的迭代修正，当W_g的迭代值的相对变化小于设定值，则认为迭代结果收敛，结束迭代。