Установка и способ для измерения расхода многофазной текучей среды

Номер патента: 22455

Опубликовано: 29.01.2016

Авторы: Андреусси Паоло, Боски Стефано

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Установка для измерения расходов QL и QG жидкости и газа в многофазном потоке, протекающем в трубе (2), содержащая

измерительный блок (11), коаксиальным образом вставленный между двумя частями (2а, 2с) трубы (2) и содержащий:

а) устройство (1) изокинетического отбора, предназначенное для отбора части многофазного потока, выполненное с возможностью разделения многофазного потока на отобранную часть и неотобранную часть, и содержащее трубчатый корпус (3), коаксиальный частям (2а, 2с) трубы (2), и распределительный корпус (4, 5), расположенный внутри указанного трубчатого корпуса и выполненный с возможностью создания равномерного радиального распределения указанного многофазного потока, поступающего в n каналов, расположенных на равных угловых расстояниях, равномерно распределенных кольцевым образом на указанном распределительном корпусе (4, 5) и имеющих одинаковое сечение, причем m каналов из указанных n каналов являются каналами (6а, 6b), участвующими в отборе, имеющими общее проходное сечение, равное A2, при этом указанные n каналов обеспечивают то, что отобранная часть по своим свойствам, в частности по объемам присутствующих фаз и расходам потока через каждый канал, почти идентична неотобранной части;

б) средства (12) измерения перепада давления между указанной отобранной частью и указанной неотобранной частью, расположенные ниже по потоку от места отбора;

с) ограничитель (13) потока, имеющий уменьшенное проходное сечение относительно сечения трубы (2) и расположенный ниже по потоку от указанного устройства (1) изокинетического отбора, снабженный средством (14) измерения перепада давления, связанным с ограничителем (13) потока;

средства (15) сепарации, предназначенные для разделения жидкой и газообразной фаз указанной отобранной части в указанном устройстве (1) изокинетического отбора;

измерительные средства (19, 22), расположенные на выпуске указанных средств (15) сепарации и предназначенные для выдачи измерительных сигналов, соответствующих расходам жидкости и газа в отобранной части;

средства (23) регулирования, установленные после повторного смешивания жидкой и газообразной фаз, выходящих из сепаратора (15), и предназначенные для контроля расхода потока, отобранного с помощью указанного устройства (1) изокинетического отбора;

средства (31) обработки данных, выполненные с возможностью приема и обработки сигналов, поступающих от индикаторов давления и измерителей расхода, и передачи оперативных сигналов к указанным средствам (23) регулирования для изменения расхода отобранной части в указанном устройстве отбора.

2. Измерительная установка по п.1, в которой трубчатый корпус (3) устройства (1) изокинетического отбора имеет расходящуюся секцию (3а), цилиндрическую секцию (3b) и сходящуюся секцию (3с), коаксиально и последовательно соединенные друг с другом, причем указанная расходящаяся секция (3а) проходит между верхней секцией (2а) трубы и цилиндрической секцией (3b), а указанная сходящаяся секция (3с) проходит между цилиндрической секцией (3b) и нижней секцией (2b) трубопровода.

3. Измерительная установка по п.2, в которой указанная расходящаяся секция (3а) имеет форму усеченного конуса, меньший диаметр которого равен диаметру верхней секции (2а) трубопровода, а больший диаметр равен диаметру трубчатой секции (3b), при этом сходящаяся секция (3с) имеет форму усеченного конуса, больший диаметр которого равен диаметру трубчатой секции (3b), а меньший диаметр равен диаметру нижней секции (2b) трубопровода.

4. Измерительная установка по любому из предыдущих пунктов, в которой распределительный корпус содержит кольцевую опору (4), аксиально закрепленную в указанной цилиндрической секции (3b) трубчатого корпуса (3), и тело (5) вращения, расположенное коаксиально в указанной кольцевой опоре (4) и содержащее две, по существу, конические стрельчатые части (5а, 5b), проходящие в осевом направлении над указанной кольцевой опорой (4) и под ней соответственно внутри верхней половины цилиндрической секции (3b) и расходящейся секции (3а) и внутри нижней половины цилиндрической секции (3b) и сходящейся секции (3с) трубчатого корпуса (3).

5. Измерительная установка по п.4, в которой указанные две стрельчатые части (5а, 5b) обращены своими соответствующими остриями соответственно к верхней секции (2а) и нижней секции (2с) трубы (2).

6. Измерительная установка по любому из предыдущих пунктов, в которой указанные n каналов, из которых m каналов являются каналами (6а, 6b), участвующими в отборе, расположены вдоль кольцевой опоры (4) на равном угловом расстоянии, равномерно распределены и имеют одинаковое сечение.

7. Измерительная установка по п.6, в которой каналы (6а), не участвующие в отборе, и каналы (6b), участвующие в отборе, имеют первую секцию (6а1, 6b1), параллельную оси трубчатого корпуса (3), и вторую секцию (6а2, 6b2), наклоненную в направлении внутреннего пространства указанного трубчатого корпуса (3) для указанных каналов (6а), не участвующих в отборе, и наклоненную в наружном направлении для указанных каналов (6b), участвующих в отборе.

8. Измерительная установка по п.7, в которой наклонные секции (6а2) указанных каналов (6а), не участвующих в отборе, имеют такой же угол наклона, как наклонные секции (6b2) указанных участвующих в отборе каналов (6b), и противоположное им направление наклона.

9. Измерительная установка по п.8, в которой указанный угол наклона составляет от 10 до 30°.

10. Измерительная установка по любому из предыдущих пунктов, в которой указанные средства (12) измерения перепада давления имеют точки (7а, 7b) измерения давления, соответствующие указанным первым секциям (6а1, 6b1) указанных каналов (6а, 6b).

11. Измерительная установка по п.10, в которой указанные точки измерения давления расположены на расстоянии от впуска, не превышающем двойной диаметр указанных каналов (6а, 6b).

12. Измерительная установка по любому из предыдущих пунктов, в которой длина указанных первых секций (6а1, 6b1) каналов (6а, 6b) равна 8-10 диаметрам указанных каналов.

13. Измерительная установка по любому из предыдущих пунктов, в которой соотношение между площадью проходного сечения отобранной части A2 и площадью проходного сечения всей многофазной смеси A1 равно соотношению между числом m каналов (6b), участвующих в отборе проб, и общим числом n каналов (6).

14. Измерительная установка по п.1, в которой в каждом указанном канале (6а, 6b) расположен дополнительный ограничитель (26) потока на расстоянии от впуска указанной первой секции (6а1, 6b1) каналов (6а, 6b), равном 4-5 их диаметрам, который обеспечивает уменьшение проходного сечения канала на 20-30%.

15. Измерительная установка по любому из предыдущих пунктов, в которой указанное соотношение между площадями A1 и А2 изменяется в пределах от 5 до 20% при изменении соотношения между указанным общим числом n каналов и числом m каналов, участвующих в отборе проб.

16. Измерительная установка по любому из предыдущих пунктов, в которой для жидкой фазы, выходящей из указанных средств (15) сепарации, выполнены средства (20) открытия/закрытия, обеспечивающие выполнение периодических измерений расхода жидкости с помощью измерителя (21) уровня, связанного с указанными средствами (15) сепарации.

17. Способ измерения расходов QL и QG жидкости и газа в многофазном потоке, имеющем расход Q и протекающем внутри трубы (2), средством по пп.1-16, включающий

отбор части расхода q указанного многофазного потока из секции площадью A1, в которой обеспечивают, по существу, изокинетические условия, с помощью устройства (1) изокинетического отбора, задающего сечение А2, являющееся частью A1;

разделение указанной части отобранного потока на отдельные компоненты жидкой и газообразной фаз;

измерение расходов qL и qG компонентов жидкой и газообразной фаз указанной части отобранного потока,

отличающийся тем, что для отбора указанной части многофазного потока его распределяют согласно однородному радиальному распределению на n потоков, из которых m потоков участвуют в отборе и по расходу и объемам присутствующих фаз почти идентичны неотобранным потокам, при этом указанное распределение потока выполняют по n каналам, расположенным кольцевым образом, причем указанные m каналов, участвующих в отборе, имеют общее проходное сечение, равное A2, при этом указанный способ включает следующие этапы:

получают сигнал перепада давления ниже по потоку от места указанного отбора между отобранной частью и неотобранной частью;

изменяют расход отобранной части всего потока с обеспечением равенства указанного сигнала перепада давления нулю;

вычисляют при изокинетических условиях общий расход многофазного потока в виде суммы расхода QG газообразной фазы и расхода QL жидкой фазы после измерения расхода qG газообразной фазы и расхода qL жидкой фазы в указанной отобранной части общего потока на основании следующих соотношений:

Рисунок 1

где A1 - площадь проходного сечения всего потока;

A2 - общая площадь проходного сечения отобранного потока.

18. Способ по п.17, в котором однородное радиальное распределение потока получают путем радиального отклонения многофазного потока вдоль расходящейся поверхности вращения вокруг оси потока, при этом указанные n каналов располагают кольцевым образом на равном расстоянии вокруг конца указанной расходящейся поверхности, имеющего больший конец, причем указанные n каналов имеют часть, параллельную оси потока, и часть, наклоненную по направлению к указанной оси для n-m каналов, не участвующих в отборе, и наклоненную в противоположном направлении для n каналов, участвующих в отборе.

19. Способ по п.17 или 18, в котором неотобранную часть указанного многофазного потока, выходящую из указанных n-m каналов, не участвующих в отборе, отклоняют в радиальном направлении вдоль сходящейся поверхности вращения вокруг оси потока до ее повторного введения в указанную трубу.

Рисунок 2

Текст

Смотреть все

УСТАНОВКА И СПОСОБ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА МНОГОФАЗНОЙ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В изобретении предложена установка для измерения многофазного потока текучей среды,протекающей в трубе, содержащая измерительный блок (11), который коаксиален трубе и содержит устройство (1) изокинетического отбора, соответствующим образом выполненное с обеспечением возможности равномерного распределения потока на впуске в n каналов (6), которые имеют площадь А и из которых m каналов являются каналами (6 а, 6b), участвующими в отборе,и ограничитель (13) потока, причем как измерительный блок (11), так и ограничитель (13) снабжены средствами (12, 14) измерения перепада давления, фазовый сепаратор (15), соединенный с устройством изокинетического отбора, измерители и средства регулирования, расположенные ниже по потоку от указанного сепаратора. Способ, соответствующий указанной установке,включает изокинетический отбор части q многофазного потока Q на впуске, измерение расходовqL и qG жидкости и газа отобранной части и вычисление расходов (QL и QG) жидкости и газа из участвующих в отборе секций в соответствии с уравнениями QG=(m/n)qG и QL=(m/n)qL. Указанный способ обеспечивает изокинетический отбор для частей удаленного потока в пределах от 5 до 20%. Данное изобретение относится к установке и способу для измерения расхода многофазного потока путем изокинетического отбора значительной части (5-20%) от общего расхода потока. В частности, но не исключительно, данное изобретение подходит для измерения расхода многофазных потоков в нефтяной промышленности. При добыче нефти и газа для определения расхода многофазного потока и отдельных фаз проводят измерения в трубе, транспортирующей углеводороды, причем указанный многофазный поток содержит двух- или трехфазную смесь из нефти, воды и газа. Часто измерения для определения расхода различных фаз в трубе, транспортирующей нефть/углеводороды, целесообразно проводить для контроля и регулирования добычи углеводородов и для оценки содержания воды и газа в многофазном потоке. Для выполнения точного измерения расхода различных фаз многофазного потока из нефти, воды и газа необходимо наличие многофазных расходомеров (MPFM), способных работать в различных режимах потока. Некоторые из различных измерителей расхода многофазного потока разработаны, главным образом, для применения в нефтяной промышленности, причем работа некоторых из них основана на использовании ионизирующих излучений, а работа других - на использовании микроволн. Данные инструменты отличаются большими погрешностями измерения. Ошибки становятся существенными в случае применения указанных измерительных инструментов для измерения расходов многофазных потоков, отличающихся высоким содержанием газовой фракции (GVF98%). Измерительные устройства, в которых для определения плотности смеси используется источник гамма-лучей, например, описанные в патентах США 428902, 5101163, 5259239 и международном патенте 2007/034132, вдобавок к низкой точности измерения ограничены высокой стоимостью, трудны для установки на производственных предприятиях и потенциально опасны для здоровья, безопасности и окружающей среды. Более того, при существенном преобладании паровой фазы измерение плотности смеси с помощью гамма-денситометра является относительно неточным. Проблемы, возникающие при использовании расходомеров многофазного потока в случае высокой концентрации газовой фракции, привели к разработке многофазного расходомера, основанного на принципе изокинетического отбора и описанного в заявке на международный патент 2000/49370. Данный измеритель выполнен с возможностью удаления фракций, представляющих многофазный поток (5-20% от общего объема), путем соответствующей регулировки расходов удаляемых потоков и точной оценки расходов газа и жидкости в многофазном потоке на впуске. Однако измерительное устройство может быть неэффективным вследствие способа самокалибровки в процессе работы. В других устройствах, например, описанных в заявках на международный патент 2005/031311 и 2007/060386, применяется изокинетический отбор в комбинации с измерителем общего расхода многофазного потока, не зависящим от изокинетического отбора, что обеспечивает возможность оценки расходов жидкости и газа в многофазной смеси. Все вышеупомянутые устройства, основанные на изокинетическом удалении и отборе, имеют ограничения, связанные с пробоотборником. Как одноканальные, так и многоканальные пробоотборники обеспечивают правильное функционирование при наличии непрерывной газообразной фазы, содержащей диспергированные капельные вкрапления, но менее эффективны в случае высоких концентраций жидких фракций. Целью данного изобретения, более полно описанного в прилагаемой формуле изобретения, является создание установки и простого способа для измерения многофазного потока, которые обеспечивают возможность работы при больших объемных содержаниях жидких фракций (LVF)10%, вне зависимости от возможного режима потока (например, ламинарного, пузырькового, пробкового). Измерительная установка согласно данному изобретению имеет секцию отбора, геометрическая конфигурация которой обеспечивает равномерное распределение общего расхода газа и жидкости в определенном количестве n каналов, из которых m каналов участвуют в отборе, а остальные не участвуют в отборе. Согласно одному важному аспекту данного изобретения секция отбора содержит устройство изокинетического отбора, предназначенное для отбора части многофазного потока, выполненное с возможностью разделения многофазного потока на отобранную фракцию и неотобранную фракцию, и содержащее трубчатый корпус и распределительный корпус, расположенный внутри трубчатого корпуса и выполненный с возможностью создания равномерного радиального распределения многофазного потока, поступающего в n каналов, из которых m каналов являются каналами, участвующими в отборе, и которые расположены кольцевым образом на распределительном корпусе с обеспечением того, что отобранный поток по объемным фракциям присутствующих фаз и расходам потока почти идентичен неотобранному потоку. Согласно другому важному аспекту данного изобретения трубчатый корпус выполнен из двух секций в форме усеченного конуса, одна из которых имеет расходящуюся конфигурацию, а другая - сходящуюся конфигурацию, и которые соединены друг с другом в осевом направлении с помощью цилиндрической секции, при этом распределительный корпус содержит кольцевую опору, закрепленную в цилиндрической секции трубчатого корпуса, и тело вращения, расположенное коаксиально в кольцевой опоре и содержащее две, по существу, конические стрельчатые части, проходящие в осевом направлении симметричным образом над кольцевой опорой и под ней соответственно внутри верхней половины цилиндрической секции и расходящейся секции и внутри нижней половины цилиндрической секции и сходящейся секции трубчатого корпуса. Указанное тело вращения, по существу, получено путем вращения полуэллипса вокруг секущей линии. Согласно еще одному аспекту изобретения каналы, выполненные вдоль кольцевой опоры, расположены на равном угловом расстоянии, распределены равномерно и имеют одинаковое сечение. Более того, каждый канал имеет первую часть, параллельную оси кольцевого корпуса, совпадающей с направлением потока, и вторую часть, которая в случае каналов, не участвующих в отборе, наклонена в направлении внутреннего пространства трубчатого корпуса для обеспечения направления в него неотобранной фракции многофазного потока, а в случае каналов, участвующих в отборе, наклонена в наружном направлении для обеспечения направления отобранной фракции к блоку газожидкостной сепарации. При указанных условиях, если обозначить площадь проходного сечения всего потока как A1, а общую площадь проходного сечения отобранного потока как A2, отбор может быть определен как изокинетический отбор, если соотношение между общим расходом q потока, отобранного в сечении A2, и расходом Q всего потока, который протекает в направлении сечения A1, равно отношению А 2/А 1. Следует отметить, что в предложенной секции отбора при принудительном равном подразделении потока на n каналов, каждый из которых имеет площадь А и из которых в отборе участвуют m каналов, это дает следующее: Путем поэлементного деления уравнения (2) на уравнение (1) получается следующее: Следовательно, в случае изокинетического отбора с использованием установки согласно данному изобретению, если gL и qG являются соответственно расходами жидкости и газа, измеренными для отобранной части потока, a QL и QG являются соответственно общими расходами жидкости и газа, которые протекают в трубе, справедливы следующие соотношения: С учетом соотношений (4) и (5) значения QL и QG могут быть получены непосредственно из значений gL и qG, измеренных после отбора и сепарации. Расходы gL и qG отобранных потоков жидкости и газа измеряют с использованием измерительных устройств известного типа для однофазных потоков. Расход многофазного потока на впуске представляет собой сумму рассчитанных расходов QL и QG жидкости и газа. Согласно другому аспекту данного изобретения предложен способ измерения расходов жидкости и газа в многофазном потоке, в котором для отбора части многофазного потока его разделяют согласно равномерному радиальному распределению на n потоков, из которых m потоков участвуют в отборе и по расходу и объемным фракциям почти идентичны неотобранным потокам, при этом указанное распределение потока выполняют по n каналам, расположенным кольцевым образом, причем m каналов, участвующих в отборе, имеют общее проходное сечение, равное A2. Таким образом, ниже по потоку от места отбора получают сигнал перепада давления между отобранной фракцией и неотобранной фракцией и изменяют расход отобранной части всего потока с обеспечением равенства указанного сигнала перепада давления нулю. При полученных таким образом изокинетических условиях рассчитывают общий расход многофазного потока как сумму расходов QG и QL газообразной и жидкой фракцийпосле измерения расходов qG и gL газообразной и жидкой фаз в отобранной части всего потока на основании следующих соотношений: Дополнительные особенности и преимущества установки и способа для измерения расхода многофазного потока согласно данному изобретению станут более очевидны из нижеследующего описания одного из вариантов выполнения, приведенного в иллюстративных и неограничивающих целях со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: фиг. 1 изображает функциональную схему установки для измерения расхода многофазного потока согласно данному изобретению; фиг. 2 изображает частичный разрез в аксонометрии секции изокинетического отбора измерительной установки, показанной на фиг. 1; фиг. 3 изображает осевой разрез устройства отбора, входящего в состав установки, показанной на фиг. 1, по плоскости, в которой лежит ось Х-Х на фиг. 2; фиг. 4 изображает поперечный разрез устройства отбора по линии А-А на фиг. 2. В соответствии с фиг. 1 установка согласно данному изобретению, предназначенная для измерения расхода многофазного потока 8, протекающего внутри трубы 2, содержит измерительный блок 11, расположенный между двумя вертикальными частями 2 а, 2 с трубы 2, по которой поток протекает в направлении вниз, и вставленный между двумя фланцевыми секциями 2d и 2 е трубы 2. Измерительный блок 11 содержит устройство 1 изокинетического отбора, которое описано более подробно ниже со ссылкой на фиг. 2 и функция которого заключается в удалении расхода q из многофазного потока путем отклонения части 10 общего расхода Q многофазного потока 8 на входе в трубу 2 внутрь газожидкостного сепаратора 15 известного типа. Согласованно с устройством 1 расположено устройство 12 измерения перепада давления известного типа, предназначенное для измерения перепада давления между удаленной текучей средой и не удаленной текучей средой после проведения отбора, причем для того, чтобы отбор был изокинетическим, перепад давлений должен быть равен нулю. Измерительный блок 11 также содержит ограничитель 13 потока, расположенный ниже по потоку от устройства 1, вставленный в вертикальную секцию 2b трубы и обеспечивающий создание перепада давления, необходимого для выполнения отбора в устройстве 1, расположенном выше по потоку. Согласованно с ограничителем 13 потока может быть расположено устройство 14 измерения перепада давления известного типа, обеспечивающее измерение перепада давления, обусловленного проходом потока через указанный ограничитель 13. Устройство 1 изокинетического отбора сообщается с газожидкостным сепаратором 15, к которому по горизонтальной секции трубы 16 подается часть отбираемого многофазного потока 10, подлежащая разделению на жидкую и газовую составляющие. Жидкая фаза выходит из нижней части сепаратора 15 через трубу 17, тогда как газообразная фаза выходит из верхнего конца сепаратора 15 через трубу 18. В трубу 17, которая обеспечивает подачу жидкой части в трубу 18 с газообразной фазой, перед местом ее вставки в секцию 2 с трубы ниже по потоку от блока 11 вставлено устройство 19 известного типа,предназначенное для измерения расхода жидкости и расположенное ниже по потоку от клапана 20, который может быть закрыт для выполнения измерений периодическим образом, как описано ниже более подробно. С сепаратором 15 соединен индикатор 21 уровня, снабженный индикатором перепада уровня. Выше по потоку от места вставки трубы 17 в трубу 18 вставлено устройство 22 известного типа для измерения расхода газа, а ниже по потоку от указанного места - клапан 23 для регулирования расхода отобранной текучей среды 10. Кроме того, выше по потоку от измерительного блока 11 с трубой 2 связаны индикатор 24 абсолютного давления и индикатор 25 температуры, предназначенные для контроля соответственно давления Р и температуры Т многофазной текучей среды, которая проходит по трубе 2. Пунктирными линиями 30 обозначены электрические соединения клапанов и измерительных устройств с системой 31 обработки данных. В частности, во время рабочих режимов указанная система обеспечивает прием и обработку сигнала, передаваемого приборами, и передает оперативные сигналы к клапанам согласно тому, что указано в описании способа, в соответствии с которым работает измерительное устройство. В соответствии с фиг. 2 устройство 1 изокинетического отбора содержит трубчатый корпус 3, выполненный из расходящейся секции 3 а, цилиндрической секции 3d и сходящейся секции 3 с, коаксиально и последовательно соединенных друг с другом. В частности, расходящаяся секция 3 а трубчатого корпуса 3 проходит между верхней секцией 2 а трубы и цилиндрической секцией 3b и имеет форму усеченного конуса, меньший диаметр которого равен диаметру верхней секции 2 а трубопровода, а больший диаметр равен диаметру секции 3b трубопровода. Сходящаяся секция 3 с трубчатого корпуса 3 проходит между цилиндрической секцией 3b и нижней секцией 2b трубопровода и имеет форму усеченного конуса, больший диаметр которого равен диаметру трубчатой секции 3b, а меньший диаметр равен диаметру нижней секции 2b трубопровода. В трубчатом корпусе 3 в соответствии с нижней половиной цилиндрической секции 3b аксиально закреплена кольцевая опора 4 для тела вращения, обозначенного в целом номером 5 позиции и содержащего две, по существу, конические стрельчатые части 5 а и 5b, проходящие в осевом направлении над указанной опорой и под ней соответственно внутри верхней половины цилиндрической секции 3b и расходящейся секции 3 а и внутри нижней половины цилиндрической секции 3b и сходящейся секции 3 с трубчатого корпуса 3. Первая стрельчатая часть 5 а расположена так, что ее острие обращено вверх, а круговое основание лежит на кольцевой опоре 4, тогда как острие второй стрельчатой части 5 с обращено вниз, а ее круговое основание лежит на кольцевой опоре 4. Через опору 4 проходит n каналов 6 а, 6b, каждый из которых имеет поперечное сечение А, которые расположены на равном угловом расстоянии и из которых n-m каналов являются каналами 6 а, не участвующими в отборе, a m каналов являются каналами 6b, участвующими в отборе. Каналы 6b, участвующие в отборе, проходят насквозь через опору 4, через первую секцию 6b1, параллельную оси трубчатого корпуса 3, и через вторую секцию 6b2, наклоненную в наружном направлении, с обеспечением направления отобранных текучих сред к сепаратору 15. Каналы 6 а, не участвующие в отборе, проходят насквозь через опору 4, через первую секцию 6 а 1, параллельную оси, и через вторую секцию 6 а 2, наклоненную во внутреннем направлении под углом, равным углу наклона каналов, участвующих в отборе, с обеспечением направления неотобранных текучих сред к внутреннему пространству сходящейся секции 3 с. В соответствии с фиг. 3, если принять за D диаметр n каналов, по которым распределяют многофазный поток, то каждый канал характеризуется длиной I вертикальной секции до изгиба, равной 8-10 диаметрам D, и угломнаклона, составляющим от 10 до 30. На расстоянии d, составляющем несколько мм, и 2D от верхнего основания кольцевой опоры 4 на цилиндрической секции 3b находится точка 7 а, 7b измерения давления, в которой обеспечено сообщение каждого канала 6 а, 6b с наружным пространством. В частности, точки 7b измерения давления в каналах 6b, участвующих в отборе, соединены друг с другом обычным способом так же, как точки 7 а измерения давления в каналах 6 а, не участвующих в отборе. Между точками 7b каналов 6b и точками 7 а каналов 6 а установлено устройство 12 измерения перепада давления. В каждом канале, будь то канал 6b, участвующий в отборе, или канал 6 а, не участвующий в отборе,ниже по потоку от точек 7 а и 7b измерения давления на высоте h от верхнего основания кольцевой опоры 4, равной 4-5 диаметрам D, расположен ограничитель 26 потока, который уменьшает проходное сечение А на 20-30%. Основной эффект данного сужения внутри каналов заключается в компенсировании искажения потоков текучей среды в точках измерения давления, обусловленного разным наклоном конечных секций. На фиг. 4 показан разрез по плоскости А-А, ортогональной вертикальной оси на фиг. 2, конкретной конфигурации устройства согласно данному изобретению, отличающегося тем, что в нем распределеноn=20 общих каналов, из которых n-m=16 каналов 6 а не участвуют в отборе, a m=4 каналов 6b участвуют в отборе, причем последние расположены на одинаковом угловом расстоянии относительно всего сечения кольцевой опоры 4. В частности, на фиг. 4 изображены сечения двух каналов 6b1 и 6b2 из n=4 каналов 6b, участвующих в отборе. Ниже рассмотрен технологический процесс выполнения непрерывного измерения многофазного потока, относящийся к измерительной установке согласно данному изобретению. В соответствии с фиг. 2 и 3 в рабочем режиме многофазный поток 8, который проходит внутри трубы 2, протекает из верхней секции 2 а трубы внутрь измерительного устройства 1, где в верхней расходящейся секции 3 а, повторяя расходящийся профиль верхней стрельчатой части 5 а в направлении потока, претерпевает радиальное отклонение. Особая геометрия системы такова, что потоки текучей среды,перемещающиеся к кольцевой опоре 4, равным образом распределяют между всеми каналами 6 а, не участвующими в отборе, и каналами 6b, участвующими в отборе, в вертикальных секциях 6 а 1 и 6b1. Часть потоков 9 текучей среды, которая проходит внутрь каналов 6 а, усиливают в первой секции 6 а 1 с помощью ограничителя 26 потока и подвергают отклонению во второй секции не участвующего в отборе канала 6 а 2 в сходящемся радиальном направлении, что способствует протеканию указанной части потоков внутрь сходящейся секции 3 с. Следуя сходящемуся профилю нижней стрельчатой части 5b в направлении потока, часть потоков 9 текучей среды направляют в нижнюю секцию трубы 2b. Часть потоков 10 текучей среды, которая проходит внутрь каналов 6b, участвующих в отборе, усиливают в первой секции 6b1 с помощью ограничителя 26 потока и подвергают отклонению во второй секции не участвующего в отборе канала 6b2 в расходящемся радиальном направлении, что способствует протеканию указанной части потоков в направлении наружного периметра устройства 1 внутри трубы 16. В соответствии с фиг. 1 отбор является изокинетическим, если он характеризуется нулевым перепадом давления между отобранной текучей средой и неотобранной текучей средой ниже по потоку от места отбора, что для рассматриваемой системы подтверждено в том случае, когда значение P, зарегистрированное измерителем 12 перепада давления, равно нулю. Если система 31 обработки данных получает от измерительного устройства 12 значение перепада давления, не равное нулю, она посылает оперативный сигнал, который влияет на регулирование клапана 23, вызывая такое изменение расхода потока отобранной текучей среды 10, которое обеспечивает устранение перепада давлений, регистрируемого устройством 12. Как вариант, данное регулирование может быть выполнено вручную. Более того, если измерительное устройство 19 не определяет расход жидкости, выделенной из смеси текучих сред, система 31 обработки данных обеспечивает возможность периодического выполнения измерений расхода путем влияния на закрытие клапана 20. Периодическое измерение расхода жидкости выполняют путем определения времени, необходимого для заполнения известного объема, заключенного между двумя заранее установленными высотами, с помощью индикатора 21 уровня, расположенного на сепараторе 15. Предложенная система измерения многофазного потока, в которой используются только измерители известного типа и компактная секция изокинетического отбора, имеет простую конструкцию и объем,более свободный от препятствий. Кроме того, она не требует никакой самокалибровки. Следует отметить, что процентное отношение отобранной текучей среды изменяют путем изменения соотношения между общим количеством каналов n и количеством каналов m, участвующих в отборе. Диапазон возможного изменения величины отобранной части текучей среды и, следовательно, отно-4 022455 шение m/n находится в пределах от 5 до 20% от общего потока. Следует отметить, что используемые в данном описании и формуле изобретения выражения "верхний" и "нижний", "высокий" и "низкий" относятся к вертикальной ориентации оси секции трубы 2, в которую коаксиальным образом вставлен трубчатый корпус 3, и эквивалентны выражениям "выше по потоку" и "ниже по потоку" в случае обычной ориентации указанной оси. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Установка для измерения расходов QL и QG жидкости и газа в многофазном потоке, протекающем в трубе (2), содержащая измерительный блок (11), коаксиальным образом вставленный между двумя частями (2 а, 2 с) трубы(2) и содержащий: а) устройство (1) изокинетического отбора, предназначенное для отбора части многофазного потока, выполненное с возможностью разделения многофазного потока на отобранную часть и неотобранную часть, и содержащее трубчатый корпус (3), коаксиальный частям (2 а, 2 с) трубы (2), и распределительный корпус (4, 5), расположенный внутри указанного трубчатого корпуса и выполненный с возможностью создания равномерного радиального распределения указанного многофазного потока, поступающего в n каналов, расположенных на равных угловых расстояниях, равномерно распределенных кольцевым образом на указанном распределительном корпусе (4, 5) и имеющих одинаковое сечение, причем m каналов из указанных n каналов являются каналами (6 а, 6b), участвующими в отборе, имеющими общее проходное сечение, равное A2, при этом указанные n каналов обеспечивают то, что отобранная часть по своим свойствам, в частности по объемам присутствующих фаз и расходам потока через каждый канал, почти идентична неотобранной части; б) средства (12) измерения перепада давления между указанной отобранной частью и указанной неотобранной частью, расположенные ниже по потоку от места отбора; с) ограничитель (13) потока, имеющий уменьшенное проходное сечение относительно сечения трубы (2) и расположенный ниже по потоку от указанного устройства (1) изокинетического отбора, снабженный средством (14) измерения перепада давления, связанным с ограничителем (13) потока; средства (15) сепарации, предназначенные для разделения жидкой и газообразной фаз указанной отобранной части в указанном устройстве (1) изокинетического отбора; измерительные средства (19, 22), расположенные на выпуске указанных средств (15) сепарации и предназначенные для выдачи измерительных сигналов, соответствующих расходам жидкости и газа в отобранной части; средства (23) регулирования, установленные после повторного смешивания жидкой и газообразной фаз, выходящих из сепаратора (15), и предназначенные для контроля расхода потока, отобранного с помощью указанного устройства (1) изокинетического отбора; средства (31) обработки данных, выполненные с возможностью приема и обработки сигналов, поступающих от индикаторов давления и измерителей расхода, и передачи оперативных сигналов к указанным средствам (23) регулирования для изменения расхода отобранной части в указанном устройстве отбора. 2. Измерительная установка по п.1, в которой трубчатый корпус (3) устройства (1) изокинетического отбора имеет расходящуюся секцию (3 а), цилиндрическую секцию (3b) и сходящуюся секцию (3 с),коаксиально и последовательно соединенные друг с другом, причем указанная расходящаяся секция (3 а) проходит между верхней секцией (2 а) трубы и цилиндрической секцией (3b), а указанная сходящаяся секция (3 с) проходит между цилиндрической секцией (3b) и нижней секцией (2b) трубопровода. 3. Измерительная установка по п.2, в которой указанная расходящаяся секция (3 а) имеет форму усеченного конуса, меньший диаметр которого равен диаметру верхней секции (2 а) трубопровода, а больший диаметр равен диаметру трубчатой секции (3b), при этом сходящаяся секция (3 с) имеет форму усеченного конуса, больший диаметр которого равен диаметру трубчатой секции (3b), а меньший диаметр равен диаметру нижней секции (2b) трубопровода. 4. Измерительная установка по любому из предыдущих пунктов, в которой распределительный корпус содержит кольцевую опору (4), аксиально закрепленную в указанной цилиндрической секции(3b) трубчатого корпуса (3), и тело (5) вращения, расположенное коаксиально в указанной кольцевой опоре (4) и содержащее две, по существу, конические стрельчатые части (5 а, 5b), проходящие в осевом направлении над указанной кольцевой опорой (4) и под ней соответственно внутри верхней половины цилиндрической секции (3b) и расходящейся секции (3 а) и внутри нижней половины цилиндрической секции (3b) и сходящейся секции (3 с) трубчатого корпуса (3). 5. Измерительная установка по п.4, в которой указанные две стрельчатые части (5 а, 5b) обращены своими соответствующими остриями соответственно к верхней секции (2 а) и нижней секции (2 с) трубы(2). 6. Измерительная установка по любому из предыдущих пунктов, в которой указанные n каналов, из которых m каналов являются каналами (6 а, 6b), участвующими в отборе, расположены вдоль кольцевой опоры (4) на равном угловом расстоянии, равномерно распределены и имеют одинаковое сечение. 7. Измерительная установка по п.6, в которой каналы (6 а), не участвующие в отборе, и каналы (6b),участвующие в отборе, имеют первую секцию (6 а 1, 6b1), параллельную оси трубчатого корпуса (3), и вторую секцию (6 а 2, 6b2), наклоненную в направлении внутреннего пространства указанного трубчатого корпуса (3) для указанных каналов (6 а), не участвующих в отборе, и наклоненную в наружном направлении для указанных каналов (6b), участвующих в отборе. 8. Измерительная установка по п.7, в которой наклонные секции (6 а 2) указанных каналов (6 а), не участвующих в отборе, имеют такой же угол наклона, как наклонные секции (6b2) указанных участвующих в отборе каналов (6b), и противоположное им направление наклона. 9. Измерительная установка по п.8, в которой указанный угол наклона составляет от 10 до 30. 10. Измерительная установка по любому из предыдущих пунктов, в которой указанные средства(12) измерения перепада давления имеют точки (7 а, 7b) измерения давления, соответствующие указанным первым секциям (6 а 1, 6b1) указанных каналов (6 а, 6b). 11. Измерительная установка по п.10, в которой указанные точки измерения давления расположены на расстоянии от впуска, не превышающем двойной диаметр указанных каналов (6 а, 6b). 12. Измерительная установка по любому из предыдущих пунктов, в которой длина указанных первых секций (6 а 1, 6b1) каналов (6 а, 6b) равна 8-10 диаметрам указанных каналов. 13. Измерительная установка по любому из предыдущих пунктов, в которой соотношение между площадью проходного сечения отобранной части A2 и площадью проходного сечения всей многофазной смеси A1 равно соотношению между числом m каналов (6b), участвующих в отборе проб, и общим числом n каналов (6). 14. Измерительная установка по п.1, в которой в каждом указанном канале (6 а, 6b) расположен дополнительный ограничитель (26) потока на расстоянии от впуска указанной первой секции (6 а 1, 6b1) каналов (6 а, 6b), равном 4-5 их диаметрам, который обеспечивает уменьшение проходного сечения канала на 20-30%. 15. Измерительная установка по любому из предыдущих пунктов, в которой указанное соотношение между площадями A1 и А 2 изменяется в пределах от 5 до 20% при изменении соотношения между указанным общим числом n каналов и числом m каналов, участвующих в отборе проб. 16. Измерительная установка по любому из предыдущих пунктов, в которой для жидкой фазы, выходящей из указанных средств (15) сепарации, выполнены средства (20) открытия/закрытия, обеспечивающие выполнение периодических измерений расхода жидкости с помощью измерителя (21) уровня,связанного с указанными средствами (15) сепарации. 17. Способ измерения расходов QL и QG жидкости и газа в многофазном потоке, имеющем расход Q и протекающем внутри трубы (2), средством по пп.1-16, включающий отбор части расхода q указанного многофазного потока из секции площадью A1, в которой обеспечивают, по существу, изокинетические условия, с помощью устройства (1) изокинетического отбора,задающего сечение А 2, являющееся частью A1; разделение указанной части отобранного потока на отдельные компоненты жидкой и газообразной фаз; измерение расходов qL и qG компонентов жидкой и газообразной фаз указанной части отобранного потока,отличающийся тем, что для отбора указанной части многофазного потока его распределяют согласно однородному радиальному распределению на n потоков, из которых m потоков участвуют в отборе и по расходу и объемам присутствующих фаз почти идентичны неотобранным потокам, при этом указанное распределение потока выполняют по n каналам, расположенным кольцевым образом, причем указанные m каналов, участвующих в отборе, имеют общее проходное сечение, равное A2, при этом указанный способ включает следующие этапы: получают сигнал перепада давления ниже по потоку от места указанного отбора между отобранной частью и неотобранной частью; изменяют расход отобранной части всего потока с обеспечением равенства указанного сигнала перепада давления нулю; вычисляют при изокинетических условиях общий расход многофазного потока в виде суммы расхода QG газообразной фазы и расхода QL жидкой фазы после измерения расхода qG газообразной фазы и расхода qL жидкой фазы в указанной отобранной части общего потока на основании следующих соотношений: где A1 - площадь проходного сечения всего потока;A2 - общая площадь проходного сечения отобранного потока. 18. Способ по п.17, в котором однородное радиальное распределение потока получают путем ради-6 022455 ального отклонения многофазного потока вдоль расходящейся поверхности вращения вокруг оси потока,при этом указанные n каналов располагают кольцевым образом на равном расстоянии вокруг конца указанной расходящейся поверхности, имеющего больший конец, причем указанные n каналов имеют часть,параллельную оси потока, и часть, наклоненную по направлению к указанной оси для n-m каналов, не участвующих в отборе, и наклоненную в противоположном направлении для n каналов, участвующих в отборе. 19. Способ по п.17 или 18, в котором неотобранную часть указанного многофазного потока, выходящую из указанных n-m каналов, не участвующих в отборе, отклоняют в радиальном направлении вдоль сходящейся поверхности вращения вокруг оси потока до ее повторного введения в указанную трубу.

МПК / Метки

МПК: G01F 1/74

Метки: многофазной, способ, установка, текучей, среды, измерения, расхода

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/9-22455-ustanovka-i-sposob-dlya-izmereniya-rashoda-mnogofaznojj-tekuchejj-sredy.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Установка и способ для измерения расхода многофазной текучей среды</a>

Похожие патенты