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      一、多相流量計的分類

      多相流量計大致可以分為三類：分離式多相流量計、在線式多相流量計和其它型式的多相流量計。

      1 分離式多相流量計

      分離式多相流量計的特點是對多相流不論是全部或部分分離開都能在線測試三相流中的每一相。在每一座生產(chǎn)平臺附近都有測試分離器，它是三相流量計計量的基礎(chǔ)。它能將油、氣、水混合物分成三相，并且能在出口測量出油、氣、水各自單相流量。

      （1）分離總流量式多相流量計

      該種類型的多相流量計能將多相混合物的總流量分開。通常只分為氣相和液相，然后再使用一個單相氣體流量計測量氣體流量．該種氣體流量計應(yīng)能承受氣相中夾帶一定量的液體。另外再使用一個單相流體流量計測量液相流量，液相含水率可用一個在線水組分測量儀完成。

      （2） 在線取樣分離式多相流量計

      這種型式的多相流量計特點是其分離不是在總的多相流管線上，而是在取樣旁通管線上、將取樣后的流體分為氣相和液相，液中含水率可用在線含水分析儀測出，而多相流總液量和氣液比必須在主流量管線上測得。

      為了確定油、氣、水三相混合物的質(zhì)量和體積流量，要求進(jìn)行三方面測試：

      1）氣/液比（GLR）測量――可用伽瑪吸收法、振動管、中子探測脈沖或稱重法。

      2）多相流量測量――可用放射性、聲波、電子信號相關(guān)法、文丘里管、V錐體或Dall管壓差法、機(jī)械式（例如；容積式或渦輪流量計） 等方法。

      3）液中含水率（WLR）測量――可用電阻或振動管法。

      2 在線式多相流量計

      在線式多相流量計的特點是在多相流管線上不經(jīng)任何分離，直接測量各相的比例和流量。

      各相的體積流量是用各相的速度乘以面積比例表示的。這就意味著最少要測量或估計六項參數(shù)，有些多相流量計假設(shè)二相或三相以相同的速度移動，這樣就能減少測量參數(shù)。在這種倩況下，一種辦法是必須采用混合器或是建立一組標(biāo)定系數(shù)。在線式多相流量計一般聯(lián)合采用下列二種或多種測量技術(shù)：①微波技術(shù)；②電容；③伽瑪吸收；④中子探測脈沖；⑤放射性、聲波或電子信號相關(guān)法；⑥文莊里管、V錐體或Dall管壓差法；⑦容積式或渦輪流量計。

      3 其它型式多相流量計

      其它型式多相流量計包括的信號處理系統(tǒng)、能從多相流管線上測得信號、即用時間變量信號處理器的分析功能估算出各相的比例和流量值。信號處理器可以是一個中樞網(wǎng)絡(luò)、或另一模擬識別、變靜態(tài)信號處理系統(tǒng)。例如：多相計量系統(tǒng)同樣也是在處理模擬程序的基礎(chǔ)上一并采用參數(shù)估算技術(shù)發(fā)展起來的。以此代換預(yù)測管線終點的流態(tài)，將管線終點的壓力和溫度測出后輸入到模擬程序中，位于上游或下游的壓力和溫度也應(yīng)測出。當(dāng)沿管線走向圖的流體性質(zhì)已知時，就可能估算出各相的比例和流量。

      二、多相流量計的使用、安裝和初步評估

      多相流的流動狀態(tài)是十發(fā)復(fù)雜的，為了適應(yīng)下同的流態(tài)，多相流量計一般有多種類型。對于特殊的用途，某些多相流量計使用起來就比另外一些有更多的適應(yīng)性。

      對于某些多相流量計，當(dāng)其需要安裝混合器時，可使得垂直向上流動方位的多相流量計的上游和下游直管段都較短。如果不裝混合器、其上游和下游直管段需要幾倍管線直徑的長度。而對于水平安裝的多相流量計、可以不裝混合器。

      1 安裝位置的選擇

      假如多相流量計現(xiàn)場安裝管線的布局和檢定時標(biāo)準(zhǔn)裝置的管線布局相同，那么對現(xiàn)場使用的多相流量計期望是能復(fù)現(xiàn)其在標(biāo)準(zhǔn)裝置時的性能。然而假如有一種多相流量計安裝在各種不同的管線布局都能再現(xiàn)其性能，那么對多相流量計已有安裝管線的布局就不必太注意了。

      一種多相流量計正常測量情況是指示在流動條件下的測試量，而這些量通常要重新?lián)Q算成在標(biāo)準(zhǔn)條件下的量值。假如被測介質(zhì)是在不穩(wěn)定條件下，則換算成標(biāo)準(zhǔn)條件下的量值的不確定度就要增加。一般在油嘴之后壓力降很大、液體將在不穩(wěn)定流動狀態(tài)下。所以這一有很重要，假如要將測量值換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的值時，就要注意選擇能適應(yīng)這一點的安裝位置。

      2 在設(shè)計階段預(yù)測流態(tài)（流型）

      當(dāng)在管線布置與系統(tǒng)設(shè)計上采用在線多相流量計時，能預(yù)測將出現(xiàn)哪種類型的流態(tài)是十分重要的。在很多流動條件下，管線布置、流量調(diào)節(jié)和安裝方位都對多相流量計橫斷面上的流態(tài)有很大的影響。因此，還沒有一種儀表能測量通過橫斷面上無數(shù)多點處的組分和速度。在一恒定流量時，流體剖面的每一種變化都將影響儀表讀數(shù)。這種影響可能對某些流動狀態(tài)影響很大，而對另一些流態(tài)狀態(tài)影響很小；同樣對某種儀表影響很大，而對另一種儀表的影響小些；并且通常很難用理論來對其影響大小進(jìn)行預(yù)測。

      很多的流態(tài)預(yù)測法都是用低壓小規(guī)模二相流環(huán)道試驗的經(jīng)驗得出的，確切的預(yù)測換算法是不存在的。因此，在高壓下大流量生產(chǎn)系統(tǒng)的三相流態(tài)的詳細(xì)知識是很有限的。

      一種有效的方法――修正法，它是對現(xiàn)有管線給定橫斷面先預(yù)測流型，再進(jìn)行修正。但這種修正法將增加不確定度，所以必須謹(jǐn)慎使用。

      另一種方法比修正法較可靠，這就是試驗室測試。當(dāng)多相流量用于新的場合時，必須考慮行試驗室測試，這樣可以對用于特定條件下多相流量計性能的適應(yīng)性進(jìn)行證實，這時要注意從試驗條件到現(xiàn)場條件推斷的不確定度。例如，定比例和使用多種試驗液體的影響都能對不確定度有很大影響。

      3 選用混合器

      靜態(tài)或動態(tài)混合器可緊接著安裝在多相流量計進(jìn)口端，用來保證并液很好混合或?qū)⑵渌褪降亩嘞嗔餍娃D(zhuǎn)換成均勻流體?，F(xiàn)有的不同型式的混合器，范圍從簡單的靜態(tài)混合器（結(jié)構(gòu)為多孔孔板）到復(fù)雜的具有吸收和消除段塞流功能的動態(tài)混合器。靜態(tài)混合器沒有運動部件，而動態(tài)混合器則是利用了運動部件的原理。通常為了實現(xiàn)三相或二相混合，流體介質(zhì)通過這二種型式的混合器時都將產(chǎn)生一個恒定的壓力降。

      假如一種多相流量計使用時需要在其上游處安裝一臺混合器，則這種混合器的安裝使用必須符合制造廠的技術(shù)規(guī)范要求；進(jìn)一步說，在測試周期內(nèi)，這種混合器能滿足多相流量計的介質(zhì)混合要求，并且該混合器應(yīng)該是多相流量計組成的一部分。

      對混合器的應(yīng)用和使用應(yīng)該和專門的制造廠商密切合作，共同評價。

      4 將流動條件下測量的流量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)條件下的流量

      多相流量計一般是測量在工藝條件下各相的比例和流量，這也就是說壓力和溫度主要是多相流量計安裝點的參數(shù)。普通計量分離器給出的測量值是在給用戶之前先轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)條件的量值。為了比較多相流量計的測量值與計量分離器的測量值，這些測量值必須轉(zhuǎn)換成相同工藝條件下的值，通常用標(biāo)準(zhǔn)條件（15℃，1.01325 bar）表示。

      這種轉(zhuǎn)換計算不是不重要、因為特別在高壓烴類系統(tǒng)，包含有氣相和液相質(zhì)量的轉(zhuǎn)換問題，當(dāng)原油出現(xiàn)閃蒸時，對烴類的組分要求就更詳細(xì)了。

      這種轉(zhuǎn)換計算都假設(shè)在熱力學(xué)平衡狀態(tài)下，而在多相流管道中這種假設(shè)不一定是真實的，特別是安裝點接近彎頭，混合器和其他節(jié)流體時就會形成很大的壓降。當(dāng)評估多相流量計總的不確定度時，對壓降引起如此高的不確定度必須算上。同樣這種算法對常規(guī)系統(tǒng)也適用。另外，烴類氣體在油和水中的溶解度也能帶來附加不確定度。

      5 多相流量計的初步評估

      在對多相流量計評估前用戶或制造廠商應(yīng)給出多相流量計的安裝工藝圖、工藝條件（包括：壓力、溫度、油密度、油粘度、氣密度、氣粘度、水密度、水礦化度等工藝參數(shù)）、被測油井預(yù)期的多相生產(chǎn)剖面曲線圖。給出多相流量計的安裝工藝圖、工藝條件和被測油井預(yù)期的多相生產(chǎn)剖面曲線圖后，就可方便地將實際工藝流程中指定安裝點處多相流量計的性能進(jìn)行比較．然后計算出多相流量計不確定度計算表。計算表僅僅作為次初步評估用。在給出多相流量計適用度之前，還必須進(jìn)行更多的綜合性調(diào)查，主要包括以下內(nèi)容：

      （1）安裝點的重要詳圖：①上/下游管線和工藝設(shè)備；②可利用空間；③其它有關(guān)資料。

      （2）藝條件：①除了上述工藝參數(shù)外，還需要其它工藝參數(shù)；②在實際安裝點處的預(yù)期流型。

      （3）預(yù)期的多相生產(chǎn)剖面：①必須采用在工藝條件下取得的數(shù)據(jù)繪制圖表；②表觀速度的軸線從零點到任何要求的速度上限必須是線性的； ③二次流量軸線必須根據(jù)實際管線尺寸或已選定較適合計量管徑來填寫；④生產(chǎn)剖面或多井產(chǎn)量必須用液中含水比（WLR）和年/井?dāng)?shù)等圖例標(biāo)注在圖表上。

      （4）多相不確定度計算：①必須采用在工藝條件下取得的數(shù)據(jù)填入表內(nèi)；②應(yīng)該將有代表性的預(yù)測生產(chǎn)點填入表內(nèi)；③平均多相速度、液中含水比和氣體體積比可以按選定生產(chǎn)點算出；④已測定各相流量的和相對偏差可以用選定每個生產(chǎn)點算出，也可用有關(guān)制造廠商提供的性能特性算出。

      三、多相流量計的性能技術(shù)要求

      下面將論述多相流量計的性能．即不確定度、復(fù)現(xiàn)性和影響量。

      1 不確定度的描述

      對流量元件性能測量是將一種理想流量計的運行和實際流量計的實際運行差異表現(xiàn)出來。

      多相流量計的性能技術(shù)要求可用其測出油、氣和水實際體積流量不確定度的百分?jǐn)?shù)來表示。然而，在很多情況下這種技術(shù)要求是不現(xiàn)實的，并且不適合作為描述實際流量計性能的辦法。因此．經(jīng)常用另外一些技術(shù)要求來進(jìn)行描述，這些方法簡述為：①將實際總的多相流量作為一個百分?jǐn)?shù)，或②將其中實際液體和氣體流量作為不確定度和將液中含水比作為不確定度。

      表1至表3給出了三種不同方法的綜述．普遍地用于在特定的流量條件描述多相流量計不確定度的方式，其結(jié)果不確定度數(shù)值表現(xiàn)為相對不確定度〔各相體積流量%）和不確定度（m³/h）。

      如上述表格所示，雖然有不同的不確定度技術(shù)要求，但看眼時似乎都是很近似的，其實它們有很大的差別。

      現(xiàn)在也有其他說明多相流量計技術(shù)要求的方法。表1至表3的目的是給出一些如何比較不同技術(shù)要求的導(dǎo)則，這比只提出一套完整的綜述方法要好得多，因為這里所列的方法之間表示性能的技術(shù)要求并不相同。所以制造廠商應(yīng)該明確說明他所采用的表示技術(shù)要求的方法。三種表示性能要求的方法將用下列例子說明。

      （1）方法一：實際各相流量的相對不確定度法

      用這種方法。流量計的不確定度是描述各相實際體積流量的固定百分?jǐn)?shù)（相對的）。

      在表1的例子中，各相體積量有±10%的相對不確定度，最終不確定度以m³/h表示，是按±10%的實際各相體積流量計算出來的。 

表1

      （2）方法二：多相流總量百分?jǐn)?shù)法

      用這種方法，假設(shè)多相流量計的不確定度是多相流總的體積流量的固定百分?jǐn)?shù)，不確定度用m³/h表示，等于給出總流量中三相各相的分流量。

      在表2的例子中，采用不確定度的水平為±5%，如總流量為125m³/h，這就等于±6.3m³/h，所有三相的不確定度都是此數(shù)。該數(shù)與組分無關(guān)（因為四種情況總流量都一樣）。

      相對不確定度的數(shù)值可以很簡單地在不確定度和各部分實際流量之間算出比例。公式為：
            δQ_p＝（Q_M X δX）/Q_p

式中：δQ_p――相流量的相對不確定度；
         δX――給定不確定度；
         Q_M――多相流量；
         Q_p――在QM時的相流量。 

表2 

      （3）方法三：用氣體和液體流量百分比并考慮液中含水率的不確定度法

      氣體流量的相對不確定度已給出，并且油和水流量的不確定度結(jié)果不包括在這兩種水平的不確定度之內(nèi)。液體流量有一個相對不確定度，而該量必項考慮第二個不確定度，這又取決于液中液體的含水率，這就要假設(shè)這兩個不確定度是互相獨立的。
     

      表3例子中所示結(jié)果是當(dāng)氣體流量有±10%的不確定度，而這個不確定度值取決于液中含水率±3%的不確定度。

表3

      水體積流量的不確定度△V_W按下式計算：

      △V_W={(△WLR X V_L)² +（δV_L X V_L X WLR)²}^1/2

式中，WLR――買際的液中含水率；

         △WLR――液中含水率的不確定度；

         V_L――實際液體體積流量；

         δV_L――在液體體積流量中的不確定度。

      水體積流量中相對不確定度可以簡止為由水體積流量中的不確定度△V_W和實際水體積流量相關(guān)式中求得。

      因此，油體積流量中不確定△Vo可由下式計算：

      △Vo={(△WLR x V_L)²+( δV_LX V_L X(1-WLR)²}^1/2

      2 確定一個給定流量計的復(fù)現(xiàn)性

      一個流量計的復(fù)現(xiàn)性是定量地表示在相同的質(zhì)量和數(shù)量多次測試結(jié)果之間的一致性。而每次單獨的測試都是在不同的規(guī)定條件下進(jìn)行的。

      在大多數(shù)多相流量計和單相流量計之間有一個很重要的不同點是大多數(shù)多相流量計的不確定度受液體性質(zhì)和工藝條件的影響要比受一次測試元件的不確定的影響要大。因此，在不同的工藝條件，流量計的安裝和各種流態(tài)對流量計的復(fù)現(xiàn)性是很重要的參數(shù)。

      對一個多相流量計測得的一組流量的不確定度可以根據(jù)流量計的測試值和流量計測試裝置檢定的標(biāo)準(zhǔn)值之間的偏差而確定。特別要強(qiáng)調(diào)在確定復(fù)現(xiàn)性時應(yīng)將試驗室測試標(biāo)定條件和現(xiàn)場測試條件與其他影響量等同起來。

      3 額定使用條件

      在對多相流量計的性能說明中應(yīng)該說明是在哪種工藝條件下測試出的精度。要求出有效的不確定度就應(yīng)該至少給出下列參數(shù)和界限：①溫度范圍；②壓力范圍；③油密度和粘度范圍；④氣密度和粘度范圍；⑤水密度和礦化度。

      4 其他影響置及如何影響準(zhǔn)確度

      影響量可理解為數(shù)量引起已測量的準(zhǔn)確度變化這種情況如：①從一種流態(tài)區(qū)改變?yōu)榱硪环N流態(tài)區(qū)；②填加劑。例如：乳化劑、防蠟劑、防腐劑；③安裝影響。上游直管段長度、彎頭等；④水礦化度、相對密度等。

      5 評估一種多相流置計性能技術(shù)要求的格式

      在對多相流量計的性能評估前，用戶或制造商應(yīng)給出下列信息（也可以用表格形式給出）。

      （1）工藝安裝詳圖：①水平流；垂直向上流還是垂直向下流；②有沒有混合器；③上游和下游直管段長度。

      （2）額定使用條件：①壓力、溫度、油密度、油粘度、氣密度、氣粘度、水密度、水礦化度和流型等參數(shù)。這些參數(shù)并不十分全面，對于特殊（專用）流量計的另外一些參數(shù)也很重要，也應(yīng)該給出；②給出流量計設(shè)計時能適應(yīng)的流型區(qū)類型；③在一周期內(nèi)影響參數(shù)允許變化，并且影響參數(shù)仍能保持不確定度的技術(shù)要求也應(yīng)給出。

      （3）影響量（參數(shù)）：上述額定使用條件中所列的參數(shù)（影響量）應(yīng)該給出，對特殊流量計而言，所有影響量都很重要，都應(yīng)給出，如油密度、氣密度、水密度以及流型范圍等影響量。

      （4）工作范圍：①表觀速度軸線從零到任何要求的上限速度范圍都應(yīng)該是線性的；②第二流量軸線則以用于表示或選擇一個流量計的尺寸；③工作范圍應(yīng)該在圖中標(biāo)出，并按要求劃分為若干區(qū)域。

      （5）不確定度的技術(shù)要求：①不確定度應(yīng)按各自的工作范圍給出；②相流量不確定度應(yīng)該按互相對應(yīng)的實際相流量給出；③液中含水率（WLR）和氣體體積比（GIF）的偏差可以按給出的表示；④不確定的技術(shù)條件可以像所要求的許多液中含水率范圍一樣標(biāo)出。

      （6） 附加信息：①對流量計的標(biāo)定方法，有特別標(biāo)定要求的必須指出；③產(chǎn)品信息的有關(guān)參考資料應(yīng)該給出。