通常兩相介質(zhì)是很難用流量計來測量的,由于它的物理特性和雷爾數(shù)會隨著兩種介質(zhì)的比例變化而變化。那么石油工業(yè)中的油水用渦街流量計是否可行。
了考察渦街流量計在油水兩相流中的測量特性,在內(nèi)徑為50 mm的垂直上升管道內(nèi),對不同混合流量、含油率下的渦街信號進行了實驗測量,并對油水兩相儀表系數(shù)和斯特勞哈爾數(shù)予以分析。結(jié)果表明,在含油率5%~40%內(nèi),儀表系數(shù)相對誤差小于4%,斯特勞哈爾數(shù)相對誤差隨含油率增加有變大趨勢、隨混合流鼉增加有減小趨勢,而且在兩相雷諾數(shù)2×104。5×104內(nèi)可視為常數(shù),并隨雷諾數(shù)降低而升,我們通過實驗來數(shù)據(jù)來說明渦街流量計測量油水兩相介質(zhì)的可行性。
目前,將成熟的單相流量計應用于兩相流量測量取得了較大進展,如差壓式流量計、Coriolis流量計等。渦街流量計H1因其具有輸出與流體流量成正比的脈沖信號,對被測流體壓力、溫度、黏度和組分變化不敏感,可測
量液體、氣體和蒸汽流量等優(yōu)點,廣泛應用于石油、化工、冶金、機械等工業(yè)領(lǐng)域。然而渦街流量計在兩相流量測量領(lǐng)域的研究還處于探索階段,目前主要集中在氣液兩相流方面,包括總流量、組分、斯特勞哈爾數(shù)及穩(wěn)定性等"引。在油水兩相流方面研究甚少。
實驗是在淮安華立儀表有限公司的油氣水三相流實驗裝置上進行的,由供水和供油回路兩部分組成(氣路關(guān)閉)。流程如下:15#白油從油罐4由油泵5泵出,經(jīng)油路標準表計量后,流人油水混合器14;水從水罐6由水泵7泵出,經(jīng)水路標準表計量后流入油水混合器。在混合器內(nèi)油水兩相混合后,流經(jīng)水平、垂直下降段進入垂直上升測量段、渦街流量計15及流型觀察段16后,最后油水兩相流體經(jīng)分離器1分離后,油、水分別返回油罐和水罐。其中,水路和油路標準表及其參數(shù)見表1。實驗中水路、油路流量調(diào)節(jié)由計算機自動采集控制系統(tǒng)完成。實驗用渦街流量計內(nèi)徑為50 mm,經(jīng)0.1%精度水流量標準裝置校驗后其精度為0.5%。采用NI6009數(shù)據(jù)采集卡對渦街信號進行采樣并輸入計算機存儲,采樣頻率為1 000 Hz,采樣時間為30 s。
實驗中油水兩相混合流量Q。=5~11 m3/h,體積含油率』B=5%~40%。實驗過程為:調(diào)節(jié)油水兩相流量使
其混合流量保持不變情況下,含油率從5%開始,以5%為步長,逐漸增大到40%;然后調(diào)節(jié)油水兩相混合流量到一個新的固定值,同樣逐步增大含油率重復進行實驗,直至混合流量從最小值增大到最大值。實驗工質(zhì):15#白油和自來水。實驗在常溫下進行,15#白油密度P。=856 ks/m3,動力黏度地=14×10’3 Pa·s;水的密度P。=998.2 ks/m’,動力黏度肛。=1.002×10。Pa·s。
經(jīng)過實驗數(shù)據(jù)得出應用渦街流營計對垂直上升管內(nèi)油水兩相流總體積流量進行實驗測量,流鍍范圍5—1l m3/h,含油率為5%一40%,流型為水包油,將油水兩相流視為均相流。含油率5%~40%范圍內(nèi),兩相儀表系數(shù)相對誤差小于4%,表明利用渦街流量計測量油水兩相混合流量的誤差較小,具有可行性。含油率5%~40%范圍內(nèi),油水兩相混合流動中存在穩(wěn)定的兩相渦街;兩相斯特勞哈爾數(shù)相對誤差隨含油率增加有變大趨勢,隨混合流量增大有減小趨勢。油水兩相雷諾數(shù)為2 X 104—5×104內(nèi)時,兩相斯特勞哈爾數(shù)相對誤差小于1%,可視為常數(shù);兩相雷諾數(shù)在0.5 X 104~2 X 104內(nèi)時,兩相斯特勞哈爾數(shù)隨雷諾數(shù)降低而升高,呈現(xiàn)非線性。