气液两相流量测量浅析

■ 部分分离
　　又分为简单分离与分流分离二种：
　　简单分离是采用小型、轻巧的分离器，先将气液两相流进行分离，由于小巧，则分离效果较差，不能达到完全分离的效果，分离出来的气相还含少量的液相，多呈环雾状，分离出来的液相还含有少量的气相，多为泡状流。由于两相流的流态是影响流量测量准确度的重要因素，这样多予处理将有助于提高测量的准确度及可靠性。这点有点类似于单相流量测量的流动调整器，先改善流场，再进行测量。可以提供简单分离器的供应商有Agar、Aker Kvaemer、Accuflow、Haimo等；可提供简单分离二相流量计的供应商有Agar、西安开尔、宁波威瑞泰等，简单分离器的成本较低，但也需要约25万美元一台，体积约为传统完全分离器的1/4,仍较为庞大。

分流分离法是取出管道中5-20%的两相流，用一个小型分离器分成气、液两相流后，再用单相流量计分别进行测量，将测量结果按分流的比例换算为主管道中的气、液二相流量。这种方法貌似较完全分离法节约，减少了分离器的体积重量、降低了成本，较易实施。但弊往之隐藏在利之中，取出的这部分流体、气液比率是否与主管道一致；流态是否会发生变化；按分流比例换算能否得到必需的准确度，都是难以确定的。单相大口径流量的测量也采用过类似的方法，从大口径管道中取出部分流量用小口径流量测量，再按比例推算，由于难以获得必要的准确度，并未推广应用。
　　看来，采取部分分离方法也并不太理想，仅仅是在未得到理想两相流量计之前的不得已而为之的权宜之计。彻底解决还是要采取非分离法，直接采用两相流量计。

■ 直接测量
　　无需分离，直接用气液两相流量计测出气、液流量，不仅具有体积小、成本低、安装方便等优点，还可以实时在线测量，采用RS232/485通讯，GPRS无线通讯进行远程测控，对气田资源的预测，科学地管理提供了可能。主要有以下几种：

差压式
　　是两相流量计研究最为广泛，工作较为可靠、稳定的一种方法，它以分相或均相模型为基础建立了流量与差压的关系，具体有以下三类：其一是经典节流仪表如孔板、文丘里为测量仪表，是迄今为止参予研究最多、最成熟的一种方法，产品已经走出试验室，进入了实用的阶段; 其二是当两相流体流过等截面直管段，根据摩擦、加速度、重力的变化所产生的差压来建立模型; 其三是当两相流流经弯头，v形管等管件，由于动量矩、离心力所产生的动压来测量气、液分相流量、以上这些方法，国内外厂家以应用文丘里管较为成熟，如表1。　　

速度式
　　通过测量两相流的流速来测量气、液两分相流量、广泛采用了新技术，如：
　　力学法－利用流体的动压、动力矩、离心力测流速
　　相关法－通过两点的相关函数测流速
　　光学法－采用激光多普勒效应或光纤技术测流速
　　热学法－采用热线风速仪测流速
　　电磁法－利用电磁感应测流速
　　核磁共振法－通过核磁共振原理测流速

容积式
　　通过气、液相的流体基本特性的差异达到测量分相的流量。如气相体积流量与流动状态下的压力密切有关;而液相的体积流量与流动状态下的压力基本无关。根据总体积流量、压力、温度三个参数与被测介质的热力性质可推算各分相的体积流量。

质量式
　　流体在流动中如果温度、压力频繁变化，将导致密度的变化，使其容积流量不能反映质量流量的大小（气体尤为突出），而贸易的结算、管理的核算主要的依据应是质量流量，所以两相流量更希望得到的是分相的质量流量。目前科里奥利质量流量计在两相流量测量中日益引人注目。

三、气、液二相流量计简介
　　■ 2002年由英国Solartron推出了二种气、液两相流量计Dualstrem MKⅠ， MKⅡ，MKⅠ型当液相含量较高时，虚高误差过大，要求定期用示法测量液体的含量，以提高准确度，由于这种方法不能在线实时测量，难以满足气田的科学开采及管理，又推出了MKⅡ型，它采用了混合器与两个文丘里管组成，对经典文丘里进行了改进，入口角减小至21 ,加长了喉部长度，扩张角订为15， MKⅡ型附加了混合器，其作用是令气、液二相的速度滑移比s接近于1,在截面上分布尽量均匀，流态近于均相流以提高准确度。从二个文丘里管（或一台文丘里加一台节流装置）得到的差压信号，按均相流的数学模型处理，得到气相含率qmg，再按总质量流量qm，分别求出气、液两相流量，由于计算是基于Murdock数学模型，比较简单，难以涵盖复杂的各种现场，流量准确度较低，气相可达±5%;液相仅±10%。　　

　图3 U形管二相流量计原理图。

■ 倒U形管（图3）研究表明，流动密度与体积含气率测量误差间存在较好的