[導(dǎo)讀] 為實(shí)現(xiàn)天然氣集輸過程的氣液氣液兩相在線計(jì)量，通過對(duì)兩相流孔板差壓噪聲的深入研究，建立了測量氣液兩相流質(zhì)量流量和干度的理論模型。在此基礎(chǔ)上，采用8089單片機(jī)研制的“氣液兩相流雙參數(shù)測量儀”，只需用一塊標(biāo)準(zhǔn)銳邊孔板，配以合適的差壓變送器和壓力變送器，即可實(shí)現(xiàn)氣液兩相流質(zhì)量流量和干度的雙參數(shù)測量，其相對(duì)均方偏差分別為±9.0%和±6.5%。
1 氣液兩相流計(jì)量技術(shù)的概述
氣液兩相流是石油、化工、動(dòng)力等工業(yè)領(lǐng)域常見的流動(dòng)工況，但氣液兩相流體的流量測量方法卻一直是國際上沒有很好解決的一個(gè)難題。目前工程上的解決方案仍然是分離法，即首先應(yīng)用分離設(shè)備將氣液兩相流體分離成單相流體，然后再用單相流量計(jì)進(jìn)行測量。
2 新型孔板差壓噪聲測量氣液兩相流原理的基本介紹
由于兩相流動(dòng)的隨機(jī)性在測量過程中產(chǎn)生的噪聲。根據(jù)傳統(tǒng)的測量理論，此噪聲僅僅是檢測系統(tǒng)中的干擾信號(hào)。按照現(xiàn)代檢測理論的觀點(diǎn)，噪聲也是過程系統(tǒng)輸出的一種信息。通過對(duì)噪聲機(jī)理的分析，建立噪聲的統(tǒng)計(jì)濾波模型，便可獲得噪聲與被檢測變量相關(guān)的定量信息，從而建立噪聲檢測兩相流的實(shí)用理論模型，實(shí)現(xiàn)兩相流的雙參數(shù)檢測。
3 測量原理
根據(jù)清華大學(xué)多年的理論和實(shí)驗(yàn)研究，并經(jīng)過氣液兩相流測量工程試驗(yàn)檢驗(yàn)，有：
式中：G：t/h或kg/h，質(zhì)量流量；
X：%，質(zhì)量含氣率，即天然氣氣所占百分比；
A：孔板常數(shù)，由管道直徑，β值等所確定；
△P：kPa，測量差壓平均值；
差壓脈動(dòng)（方差）與差壓平均值之比；
這樣，應(yīng)用一塊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔板，配以差壓變送器、壓力變送器，就可以以根據(jù)差壓測量平均值及其方差，計(jì)算出天然氣、凝析液兩相流的流量和干度。
4 氣液兩相流雙參數(shù)測量儀的結(jié)構(gòu)和工作原理
清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院經(jīng)過多年研究形成的兩相流計(jì)量技術(shù)與烏魯木齊昌暉自動(dòng)化儀表有限公司一體化孔板流量計(jì)及氣液兩相流量積算儀技術(shù)相結(jié)合，在Z-80單板機(jī)型氣液兩相流雙參數(shù)測量儀的基礎(chǔ)上，采用8098單片機(jī)研制成功新型儀表。儀表的核心是8098CPU，配置32kBROM、8kBRAM、8位LED和8個(gè)按鍵；并有D/A輸出、RS232通訊接口和微型打印機(jī)。儀表內(nèi)部采用開關(guān)穩(wěn)壓電源供電。
來自壓力變送器和差壓（流量）變送器的4mA～20mA直流信號(hào)經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換變成1～5V直流電壓信號(hào)，再經(jīng)A/D變換成數(shù)字量；機(jī)內(nèi)設(shè)有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，定時(shí)采樣得到的信號(hào)經(jīng)過數(shù)字濾波和統(tǒng)計(jì)估計(jì)獲得P、△P和△P0的值，按照實(shí)用數(shù)學(xué)模型便可算得氣液兩相流的干度、質(zhì)量流量和攜帶熱量；同時(shí)根據(jù)表內(nèi)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘對(duì)流量和熱量進(jìn)行累積運(yùn)算。計(jì)算過程所需的氣、水密度和熱焓由相應(yīng)的子程序獲得。鍵盤和LED分別用于常數(shù)設(shè)置和結(jié)果顯示；微型打印機(jī)可定時(shí)或立即打印各項(xiàng)結(jié)果；D/A接口可輸出干度信號(hào)用于控制；RS232接口可與上位機(jī)連接進(jìn)行通訊。
設(shè)計(jì)通過8089單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)D/A轉(zhuǎn)換芯片和A/D轉(zhuǎn)換芯片的控制，將采集的工具面角、井斜角等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，經(jīng)過CPU運(yùn)算產(chǎn)生控制量，并由D/A轉(zhuǎn)換成模擬量，控制電機(jī)。系統(tǒng)經(jīng)A/D采樣，D/A輸出、與主控單片機(jī)形成控制系統(tǒng)。
5 SWP-L628-T天然氣、凝析液兩相流量計(jì)計(jì)量精度測試
5.1 試驗(yàn)?zāi)康?/div>
針對(duì)氣田單井產(chǎn)液量計(jì)量誤差大和氣井產(chǎn)液無法計(jì)量的現(xiàn)狀，開展氣液兩相流量計(jì)在線計(jì)量現(xiàn)場試驗(yàn)，目的是檢驗(yàn)SWP-L628-T天然氣、凝析液兩相流量計(jì)的計(jì)量精度，掌握氣液兩相實(shí)時(shí)在線連續(xù)計(jì)量技術(shù)。
5.2 設(shè)備簡介
SWP-L628-T天然氣、凝析液兩相流量計(jì)計(jì)量方式屬于壓差式計(jì)量，設(shè)備主要由：節(jié)流孔板裝置、差壓變送器、壓力變送器、紊流直管段及兩相流量積算儀組成。
技術(shù)指標(biāo)：
a．主要功能
天然氣、凝析液混合流體壓力、天然氣流量、凝析液流量以及累計(jì)流量的計(jì)量，既可以顯示當(dāng)前測量值，又可存儲(chǔ)并追溯歷史數(shù)據(jù)。
b．測量范圍
天然氣質(zhì)量含量大于85%混合流體質(zhì)量。
c．測量精度
天然氣流量誤差5%左右。
d．安裝參數(shù)
額定壓力：30MPa
流量范圍：0～10Nm3/d
精度等級(jí)：±3%
介質(zhì)溫度：≤100℃
設(shè)備接口：DN80焊接法蘭
5.3 現(xiàn)場試驗(yàn)
本次試驗(yàn)主要驗(yàn)證氣液兩相在線計(jì)量技術(shù)的成熟程度。由于該裝置目前處于試驗(yàn)階段，流量積算儀電源從集氣站提供。按參數(shù)記錄表錄取分離器排液前后液位高度，每天抄錄。
5.4 試驗(yàn)情況總結(jié)
試驗(yàn)結(jié)果在誤差范圍±5%內(nèi)。
氣液兩相流量計(jì)與計(jì)量分離器相比有以下特點(diǎn)。
（1）對(duì)油氣進(jìn)行連續(xù)、在線、自動(dòng)測量，可實(shí)現(xiàn)無人值守。氣液兩相流量計(jì)可測出日產(chǎn)水、氣的量以及井口壓力、溫度數(shù)據(jù)，并把它們顯示、打印出來。如果與多路閥結(jié)合使用，可實(shí)現(xiàn)單井無人計(jì)量。
（2）系統(tǒng)質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。
（3）無任何可動(dòng)部件，除了孔板其他幾乎不需要維護(hù)。氣液兩相流量計(jì)基本上由傳感器和探測器組成，沒有可動(dòng)部件，不需要維護(hù)；而常規(guī)計(jì)量分離器有液面控制器、流量計(jì)、孔板、控制閥等，需要定期維護(hù)、更換和標(biāo)定。
（4）投資少，操作費(fèi)少。考慮到日常維護(hù)費(fèi)用、占用平臺(tái)面積等間接因素，選用氣液兩相流量計(jì)將會(huì)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
[1]佟允憲，王文然，仲朔平，等.孔板在兩相流中的相分離效應(yīng)與兩相流濕度測量[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)，1991，31（3）：12～16.
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