[導(dǎo)讀] 為實(shí)現(xiàn)天然氣集輸過(guò)程的氣液氣液兩相在線計(jì)量，通過(guò)對(duì)兩相流孔板差壓噪聲的深入研究，建立了測(cè)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(cè)量?jī)x”，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(cè)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(jiàn)的流動(dòng)工況，但氣液兩相流體的流量測(cè)量方法卻一直是國(guó)際上沒(méi)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(cè)量。
2 新型孔板差壓噪聲測(cè)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(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲。根據(jù)傳統(tǒng)的測(cè)量理論，此噪聲僅僅是檢測(cè)系統(tǒng)中的干擾信號(hào)。按照現(xiàn)代檢測(cè)理論的觀點(diǎn)，噪聲也是過(guò)程系統(tǒng)輸出的一種信息。通過(guò)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(cè)變量相關(guān)的定量信息，從而建立噪聲檢測(cè)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(cè)。
3 測(cè)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(guò)氣液兩相流測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量?jī)x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(guò)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(cè)量?jī)x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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源供電。
來(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(cè)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(wú)法計(jì)量的現(xiàn)狀，開(kāi)展氣液兩相流量計(jì)在線計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)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(cè)量值，又可存儲(chǔ)并追溯歷史數(shù)據(jù)。
b．測(cè)量范圍
天然氣質(zhì)量含量大于85%混合流體質(zhì)量。
c．測(cè)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(chǎng)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(cè)量，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。氣液兩相流量計(jì)可測(cè)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(lái)。如果與多路閥結(jié)合使用，可實(shí)現(xiàn)單井無(wú)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(wú)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(cè)器組成，沒(méi)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?？紤]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(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
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