一、多相流量計(jì)的分類(lèi)

      多相流量計(jì)大致可以分為三類(lèi)：分離式多相流量計(jì)、在線(xiàn)式多相流量計(jì)和其它型式的多相流量計(jì)。

      1 分離式多相流量計(jì)

      分離式多相流量計(jì)的特點(diǎn)是對(duì)多相流不論是全部或部分分離開(kāi)都能在線(xiàn)測(cè)試三相流中的每一相。在每一座生產(chǎn)平臺(tái)附近都有測(cè)試分離器，它是三相流量計(jì)計(jì)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(cè)量出油、氣、水各自單相流量。

      （1）分離總流量式多相流量計(jì)

      該種類(lèi)型的多相流量計(jì)能將多相混合物的總流量分開(kāi)。通常只分為氣相和液相，然后再使用一個(gè)單相氣體流量計(jì)測(cè)量氣體流量．該種氣體流量計(jì)應(yīng)能承受氣相中夾帶一定量的液體。另外再使用一個(gè)單相流體流量計(jì)測(cè)量液相流量，液相含水率可用一個(gè)在線(xiàn)水組分測(cè)量?jī)x完成。

      （2） 在線(xiàn)取樣分離式多相流量計(jì)

      這種型式的多相流量計(jì)特點(diǎn)是其分離不是在總的多相流管線(xiàn)上，而是在取樣旁通管線(xiàn)上、將取樣后的流體分為氣相和液相，液中含水率可用在線(xiàn)含水分析儀測(cè)出，而多相流總液量和氣液比必須在主流量管線(xiàn)上測(cè)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(cè)試：

      1）氣/液比（GLR）測(cè)量――可用伽瑪吸收法、振動(dòng)管、中子探測(cè)脈沖或稱(chēng)重法。

      2）多相流量測(cè)量――可用放射性、聲波、電子信號(hào)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(jì)） 等方法。

      3）液中含水率（WLR）測(cè)量――可用電阻或振動(dòng)管法。

      2 在線(xiàn)式多相流量計(jì)

      在線(xiàn)式多相流量計(jì)的特點(diǎn)是在多相流管線(xiàn)上不經(jīng)任何分離，直接測(cè)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(cè)量或估計(jì)六項(xiàng)參數(shù)，有些多相流量計(jì)假設(shè)二相或三相以相同的速度移動(dòng)，這樣就能減少測(cè)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(xiàn)式多相流量計(jì)一般聯(lián)合采用下列二種或多種測(cè)量技術(shù)：①微波技術(shù)；②電容；③伽瑪吸收；④中子探測(cè)脈沖；⑤放射性、聲波或電子信號(hào)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(jì)。

      3 其它型式多相流量計(jì)

      其它型式多相流量計(jì)包括先進(jìn)的信號(hào)處理系統(tǒng)、能從多相流管線(xiàn)上測(cè)得信號(hào)、即用時(shí)間變量信號(hào)處理器的分析功能估算出各相的比例和流量值。信號(hào)處理器可以是一個(gè)中樞網(wǎng)絡(luò)、或另一模擬識(shí)別、變靜態(tài)信號(hào)處理系統(tǒng)。例如：多相計(jì)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(lái)的。以此代換預(yù)測(cè)管線(xiàn)終點(diǎn)的流態(tài)，將管線(xiàn)終點(diǎn)的壓力和溫度測(cè)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(cè)出。當(dāng)沿管線(xiàn)走向圖的流體性質(zhì)已知時(shí)，就可能估算出各相的比例和流量。

      二、多相流量計(jì)的使用、安裝和初步評(píng)估

      多相流的流動(dòng)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(jì)一般有多種類(lèi)型。對(duì)于特殊的用途，某些多相流量計(jì)使用起來(lái)就比另外一些有更多的適應(yīng)性。

      對(duì)于某些多相流量計(jì)，當(dāng)其需要安裝混合器時(shí)，可使得垂直向上流動(dòng)方位的多相流量計(jì)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(xiàn)直徑的長(zhǎng)度。而對(duì)于水平安裝的多相流量計(jì)、可以不裝混合器。

      1 安裝位置的選擇

      假如多相流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)安裝管線(xiàn)的布局和檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的管線(xiàn)布局相同，那么對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用的多相流量計(jì)唯一期望是能復(fù)現(xiàn)其在標(biāo)準(zhǔn)裝置時(shí)的性能。然而假如有一種多相流量計(jì)安裝在各種不同的管線(xiàn)布局都能再現(xiàn)其性能，那么對(duì)多相流量計(jì)已有安裝管線(xiàn)的布局就不必太注意了。

      一種多相流量計(jì)正常測(cè)量情況是指示在流動(dòng)條件下的測(cè)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(cè)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(dòng)狀態(tài)下。所以這一有很重要，假如要將測(cè)量值換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的值時(shí)，就要注意選擇能適應(yīng)這一點(diǎn)的安裝位置。

      2 在設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)流態(tài)（流型）

      當(dāng)在管線(xiàn)布置與系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用在線(xiàn)多相流量計(jì)時(shí)，能預(yù)測(cè)將出現(xiàn)哪種類(lèi)型的流態(tài)是十分重要的。在很多流動(dòng)條件下，管線(xiàn)布置、流量調(diào)節(jié)和安裝方位都對(duì)多相流量計(jì)橫斷面上的流態(tài)有很大的影響。因此，還沒(méi)有一種儀表能測(cè)量通過(guò)橫斷面上無(wú)數(shù)多點(diǎn)處的組分和速度。在一恒定流量時(shí)，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(duì)某些流動(dòng)狀態(tài)影響很大，而對(duì)另一些流態(tài)狀態(tài)影響很??；同樣對(duì)某種儀表影響很大，而對(duì)另一種儀表的影響小些；并且通常很難用理論來(lái)對(duì)其影響大小進(jìn)行預(yù)測(cè)。

      很多的流態(tài)預(yù)測(cè)法都是用低壓小規(guī)模二相流環(huán)道試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)得出的，確切的預(yù)測(cè)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(shí)是很有限的。

      一種有效的方法――修正法，它是對(duì)現(xiàn)有管線(xiàn)給定橫斷面先預(yù)測(cè)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(yàn)室測(cè)試。當(dāng)多相流量用于新的場(chǎng)合時(shí)，必須考慮先進(jìn)行試驗(yàn)室測(cè)試，這樣可以對(duì)用于特定條件下多相流量計(jì)性能的適應(yīng)性進(jìn)行證實(shí)，這時(shí)要注意從試驗(yàn)條件到現(xiàn)場(chǎng)條件推斷的不確定度。例如，定比例和使用多種試驗(yàn)液體的影響都能對(duì)不確定度有很大影響。

      3 選用混合器

      靜態(tài)或動(dòng)態(tài)混合器可緊接著安裝在多相流量計(jì)進(jìn)口端，用來(lái)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。現(xiàn)有的不同型式的混合器，范圍從簡(jiǎn)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(dòng)態(tài)混合器。靜態(tài)混合器沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，而動(dòng)態(tài)混合器則是利用了運(yùn)動(dòng)部件的原理。通常為了實(shí)現(xiàn)三相或二相混合，流體介質(zhì)通過(guò)這二種型式的混合器時(shí)都將產(chǎn)生一個(gè)恒定的壓力降。

      假如一種多相流量計(jì)使用時(shí)需要在其上游處安裝一臺(tái)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(shuō)，在測(cè)試周期內(nèi)，這種混合器能滿(mǎn)足多相流量計(jì)的介質(zhì)混合要求，并且該混合器應(yīng)該是多相流量計(jì)組成的一部分。

      對(duì)混合器的應(yīng)用和使用應(yīng)該和專(zhuān)門(mén)的制造廠商密切合作，共同評(píng)價(jià)。

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

      多相流量計(jì)一般是測(cè)量在工藝條件下各相的比例和流量，這也就是說(shuō)壓力和溫度主要是多相流量計(jì)安裝點(diǎn)的參數(shù)。普通計(jì)量分離器給出的測(cè)量值是在給用戶(hù)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(jì)的測(cè)量值與計(jì)量分離器的測(cè)量值，這些測(cè)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(jì)算不是不重要、因?yàn)樘貏e在高壓烴類(lèi)系統(tǒng)，包含有氣相和液相質(zhì)量的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，當(dāng)原油出現(xiàn)閃蒸時(shí)，對(duì)烴類(lèi)的組分要求就更詳細(xì)了。

      這種轉(zhuǎn)換計(jì)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)不一定是完全真實(shí)的，特別是安裝點(diǎn)接近彎頭，混合器和其他節(jié)流體時(shí)就會(huì)形成很大的壓降。當(dāng)評(píng)估多相流量計(jì)總的不確定度時(shí)，對(duì)壓降引起如此高的不確定度必須算上。同樣這種算法對(duì)常規(guī)系統(tǒng)也適用。另外，烴類(lèi)氣體在油和水中的溶解度也能帶來(lái)附加不確定度。

      5 多相流量計(jì)的初步評(píng)估

      在對(duì)多相流量計(jì)評(píng)估前用戶(hù)或制造廠商應(yīng)給出多相流量計(jì)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(cè)油井預(yù)期的多相生產(chǎn)剖面曲線(xiàn)圖。給出多相流量計(jì)的安裝工藝圖、工藝條件和被測(cè)油井預(yù)期的多相生產(chǎn)剖面曲線(xiàn)圖后，就可方便地將實(shí)際工藝流程中指定安裝點(diǎn)處多相流量計(jì)的性能進(jìn)行比較．然后計(jì)算出多相流量計(jì)不確定度計(jì)算表。計(jì)算表僅僅作為第一次初步評(píng)估用。在給出多相流量計(jì)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(diǎn)的重要詳圖：①上/下游管線(xiàn)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(shí)際安裝點(diǎn)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(xiàn)從零點(diǎn)到任何要求的速度上限必須是線(xiàn)性的； ③二次流量軸線(xiàn)必須根據(jù)實(shí)際管線(xiàn)尺寸或已選定較適合計(jì)量管徑來(lái)填寫(xiě)；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(jì)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(cè)生產(chǎn)點(diǎn)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(diǎn)算出；④已測(cè)定各相流量的絕對(duì)和相對(duì)偏差可以用選定每個(gè)生產(chǎn)點(diǎn)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(jì)的性能技術(shù)要求

      下面將論述多相流量計(jì)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(duì)流量元件性能測(cè)量是將一種理想流量計(jì)的運(yùn)行和實(shí)際流量計(jì)的實(shí)際運(yùn)行差異表現(xiàn)出來(lái)。

      多相流量計(jì)最佳的性能技術(shù)要求可用其測(cè)出油、氣和水實(shí)際體積流量不確定度的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。然而，在很多情況下這種技術(shù)要求是不現(xiàn)實(shí)的，并且不適合作為描述實(shí)際流量計(jì)性能的最好辦法。因此．經(jīng)常用另外一些技術(shù)要求來(lái)進(jìn)行描述，這些方法簡(jiǎn)述為：①將實(shí)際總的多相流量作為一個(gè)百分?jǐn)?shù)，或②將其中實(shí)際液體和氣體流量作為不確定度和將液中含水比作為絕對(duì)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(jì)不確定度的方式，其結(jié)果不確定度數(shù)值表現(xiàn)為相對(duì)不確定度〔各相體積流量%）和絕對(duì)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，但看第一眼時(shí)似乎都是很近似的，其實(shí)它們有很大的差別。

      現(xiàn)在也有其他說(shuō)明多相流量計(jì)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?yàn)檫@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(shuō)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(shuō)明。

      （1）方法一：實(shí)際各相流量的相對(duì)不確定度法

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

      在表1的例子中，各相體積量有±10%的相對(duì)不確定度，最終絕對(duì)不確定度以m³/h表示，是按±10%的實(shí)際各相體積流量計(jì)算出來(lái)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(jì)的不確定度是多相流總的體積流量的固定百分?jǐn)?shù)，絕對(duì)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，所有三相的絕對(duì)不確定度都是此數(shù)。該數(shù)與組分無(wú)關(guān)（因?yàn)樗姆N情況總流量都一樣）。

      相對(duì)不確定度的數(shù)值可以很簡(jiǎn)單地在絕對(duì)不確定度和各部分實(shí)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(duì)不確定度；
         δX――給定不確定度；
         Q_M――多相流量；
         Q_p――在QM時(shí)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絕對(duì)不確定度法

      氣體流量的相對(duì)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(gè)相對(duì)不確定度，而該量必項(xiàng)考慮第二個(gè)絕對(duì)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(gè)不確定度是互相獨(dú)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(gè)不確定度值取決于液中含水率±3%的絕對(duì)不確定度。

表3

      水體積流量的絕對(duì)不確定度△V_W按下式計(jì)算：

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

式中，WLR――買(mǎi)際的液中含水率；

         △WLR――液中含水率的絕對(duì)不確定度；

         V_L――實(shí)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(duì)不確定度可以簡(jiǎn)止為由水體積流量中的絕對(duì)不確定度△V_W和實(shí)際水體積流量相關(guān)式中求得。

      因此，油體積流量中絕對(duì)不確定△Vo可由下式計(jì)算：

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

      2 確定一個(gè)給定流量計(jì)的復(fù)現(xiàn)性

      一個(gè)流量計(jì)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(cè)試結(jié)果之間的一致性。而每次單獨(dú)的測(cè)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(jì)和單相流量計(jì)之間有一個(gè)很重要的不同點(diǎn)是大多數(shù)多相流量計(jì)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(cè)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(jì)的安裝和各種流態(tài)對(duì)流量計(jì)的復(fù)現(xiàn)性是很重要的參數(shù)。

      對(duì)一個(gè)多相流量計(jì)測(cè)得的一組流量的不確定度可以根據(jù)流量計(jì)的測(cè)試值和流量計(jì)測(cè)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(shí)應(yīng)將試驗(yàn)室測(cè)試標(biāo)定條件和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試條件與其他影響量等同起來(lái)。

      3 額定使用條件

      在對(duì)多相流量計(jì)的性能說(shuō)明中應(yīng)該說(shuō)明是在哪種工藝條件下測(cè)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(cè)量的準(zhǔn)確度變化這種情況如：①?gòu)囊环N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(zhǎng)度、彎頭等；④水礦化度、相對(duì)密度等。

      5 評(píng)估一種多相流置計(jì)性能技術(shù)要求的格式

      在對(duì)多相流量計(jì)的性能評(píng)估前，用戶(hù)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(méi)有混合器；③上游和下游直管段長(zhǎng)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(duì)于特殊（專(zhuān)用）流量計(jì)的另外一些參數(shù)也很重要，也應(yīng)該給出；②給出流量計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)能適應(yīng)的流型區(qū)類(lèi)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(duì)特殊流量計(jì)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(xiàn)從零到任何要求的上限速度范圍都應(yīng)該是線(xiàn)性的；②第二流量軸線(xiàn)則以用于表示或選擇一個(gè)流量計(jì)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)該完全按互相對(duì)應(yīng)的實(shí)際相流量給出；③液中含水率（WLR）和氣體體積比（GIF）的絕對(duì)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(duì)流量計(jì)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。