多相流流量计量综述
关于多相流量计的正确选择
关于多相流量计的正确选择多相流量计（Multiphase Flow Meter）是一种用于测量含气、液、固体颗粒混合物流量的仪器。
多相流量计的优点在于它能够在流体状态的分布不确定性较大，流体的物理性质较为复杂的情况下，快速准确地对流量进行测量和判断。
在石油、化工、冶金、环保等领域，多相流量计得到了广泛应用。
本文将讨论如何正确选择多相流量计。
1. 选择适合的多相流量计类型多相流量计的类型种类繁多，如旋转鼓式多相流量计、核磁共振多相流量计、多普勒多相流量计等。
应选择适合自身使用环境和要求的类型。
在选择多相流量计时，应考虑以下因素：1.1 测量目的确定测量目的，如是用于什么环境、测量什么参数等方面，可针对性地选择多相流量计。
1.2 流体构成根据流体组成的情况，选择不同类型的多相流量计。
例如，如果流体中含有较小的液滴和气泡，应选用旋转鼓式多相流量计。
1.3 流体性质根据流体性质的不同，选择合适的仪器。
例如，对于高温、高压的气体、液体混合物，应选用核磁共振多相流量计，因为它具有更高的准确度和较广的适用范围。
1.4 测量环境选用多相流量计时还要考虑测量的环境因素，比如可能有的野外环境下的防爆、防晒等要求。
在这些特殊环境中，应选用合适的多相流量计。
2. 选择合适的多相流量计品牌选择品牌时应注意以下几个方面：2.1 产品性能应选择具有高性能、高精度的多相流量计。
通常情况下，进口品牌的性能比国产的要好。
2.2 服务质量选择具备良好售后服务的品牌，确保能够及时处理设备的使用过程中所遇到的问题。
2.3 成本效益成本效益是评价一款设备的重要指标之一，应评估品牌之间的性价比，选择合适的品牌。
3. 选择合适的生产厂家在选择不能流量计时，选择合适的生产厂家十分重要。
主要应考虑到以下几个方面：3.1 技术实力选择技术实力较强的生产厂家，以保证设备的质量和性能。
3.2 售后服务选择售后服务良好的生产厂家，以确保设备在使用过程中出现问题能够及时解决。
第三章 多相流流型及判别方法
体积与质量含气率：
x
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 5
第三章 多相流流型及判别方法
对于截面含气率有：
1 1 1 w 1 Al wl g 1 s 1 A w w g g l
一、两相混合物密度 气液两相混合物密度有两种表示方法： （一）流动密度
（二）体积流量 单位时间内流过管路横截面的流体体积称为体积流量。对于气液两相混 输管路有：
Q Qg Ql
二、流速 （一）气相和液相速度 气相速度： 液相速度：
wg
Qg Ag
wl
Ql Al
（二）气相和液相的折算速度 气相折算速度：
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 2
第三章 多相流流型及判别方法
y -0.6746608 x 4.2203391
x -1.028449 y 6.319154 y -0.2228661 x 3.361187
3）流型判别程序流程图
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 24
第三章 多相流流型及判别方法
开始 输入已知数据 计算Bx,By,x,y P(x,y)在L1之下 吗？ 否 P(x,y)在C4及L3 之右吗？ 否 P(x,y)在L2之下 吗？ 否 P(x,y)在C2之下 吗？ 否 P(x,y)在C3之下 吗？ 否 雾状流 按流型计算相关参数 输出流型 结束 是 环状流 是 冲击流 是 气团流 是 气泡流 是 波状流 否 P(x,y)在C1之下 吗？ 是
散布流 不对称散 布流 移动床流
固定床流
图3-12 水平管液固两相流流型示意图
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 18
第一章-多相流概述
段塞捕集器 多相泵 多相流量计 总之，在多相流技术飞速发展的同时，各种相关问题也相继提出。
多相混输技术的研究及其应用
2019/11/7
5
第一章 多相流概述
多相流研究内容示意图
多相流
气液两相流
液液两相流
气液液三相流
液固两相流
气固两相流
管流
渗流
管流
渗流
明渠
管流
渗流
管流
管流
流型判别
流型判别
工艺计算
工艺计算
腐蚀预测
腐蚀预测
泄漏检测
清管模拟
堵塞分析
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流型判别 工艺计算 腐蚀预测
流型判别 腐蚀预测
流型判别 腐蚀预测
6
第三节 多相流的常见模型
1) 均相流模型（Homogeneous flow model） 2) 分相流模型（Separated flow model） 3) 漂移通量模型（Drift-flux model） 4) 基于流型的模型（Models based on flow pattern） 5) 组合模型（Combination models）
第一章 多相流概述
第五节 多相流技术在石油工业中的应用
一、必要性
1）勘探开发中 2）油气输送中 3）其它方面
多相混输技术的研究及其应用
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第一章 多相流概述
二、已经取得的成果和尚需解决的问题
1）多相混输管线的工艺设计与仿真 2）多相输送的运营管理
多相流管线的防腐问题 多相流管线的泄漏检测与定位 清管问题
第一章 多相流概述
多相流理论与计算第三章
1
i 1 R0 i 2
1
多相管流理论与计算
(4) 天然气析出和膨胀问题 当压力低于饱和压力时，有天然气析出。 析出气体需要热量，已析出气体不断膨胀， 又会吸收一部分热量，这两部分热量的计 算比较复杂。 T h 焦耳-汤普逊系数： p h
多相管流理论与计算
2 公式中各项参数取值
(1) 井底油温 t1s (2) 地温梯度
一般认为 =0.03℃／m (3) 距井底高度 h
取某一点至油层中部的距离
KDh GC GC 1 e t t1s h KD
井底油温也就是油层温度
多相管流理论与计算
(3) 总传热系数
井筒外部不同位置的岩层性质 亦不同，井筒内的流体流型又 有变化，所以严格地说，总传 热系数值应该是一个变量，认
为其变化与平均值之间的差值 不大，取实测平均值即可 [ 实测 在 21 ～ 25kJ ／ (m2· h· ℃) 左右 ] 。 因此，计算时可按常数考虑。
K—kJ/(m2.h. ℃) K—kcal/(m2.h. ℃)
油损失热量为
dq GCdt
C为原油 比热
C＝2.1kJ／kg.℃ C＝0.5kcal／kg.℃
根据热量守恒
K t ts Ddh GCdt
地层温度与深度的关系
ts t1s h
多相管流理论与计算
联立上述公式可得
K lh GC GC t t1s h 1 e K l
Kl—kcal/(m.h. ℃)
G — kg/h Kl —kcal/(m.h. ℃)
Kl
1 G 1.1573 5.4246exp( ) 1000
油气井多相流量计的应用现状与技术分析
《油气井多相流量计的应用现状与技术分析》在油气田生产中,多相流量计应用是具有前瞻性的应用技术。
多相流量计一般是采用直接计量油井各相流量的方法,可以取消计量用分离器、以及计量汇管,节约占地面积和资金,并能连续计量各油井的产量,简化了流程。
通过对目前多相流量计应用情况的介绍和分析,指出智能式、组合式、通用性和经济性是未来多相流量计发展的主要趋势。
1.主要原理和特点在油气田生产中,传统的计量方法是把油井产物送入三相分离器,由分离器将其分成油、气、水三相,通过安装在分离器各相出口管线上的流量计,计量三种流体的产量。
系统的质量和体积都较大,给设计和施工增加了很大难度。
采用多相流流量计直接计量油井各相流量的方法可以取消计量用分离器、计量管线以及计量汇管,因此,多相流流量计可节约空间、资金并能连续计量各油井的产量,简化了流程。
多相流量计与计量分离器相比,主要的特点:对油气进行连续、在线、自动测量,可测出日产油、水、气的量以及井口压力、温度数据,并把它们显示、打印出来。
如果与多路阀结合使用,可实现单井无人计量。
系统质量轻,结构紧凑,占地面积小。
多相流量计基本上由传感器和探测器组成,没有可动部件,可靠性高。
多相流量计对被测介质温度无要求,只要介质能够流动就可以进行计量。
考虑到日常维护费用、占用平台面积等间接因素,具有投资少、操作费用低的特点。
2.当前主要多相流量计的应用分析兰州海默MFM2000多相流量计:该流量计采用单能伽马互相关流量计测定各种流速,双能伽马射线相分率计测定含水率和含气率。
当低含气时,可采用转子流量计(或其他流量计)测定总流量。
该产品结构较为紧凑,压力损失较小。
该流量计已在陆上油田、海上油田使用。
涠洲11-4东平台采用了该公司的多相流量计,是我国海上平台第一次使用多相流量计,目前正在运行中。
另外,秦皇岛32-6油田井口平台和绥中36-1Ⅱ期井口平台的总流量计量也采用了该多相流量计。
威Roxar公司MF1多相流量计:该流量计流速测量采用微波互相关法,相分率采用微波传感器伽马密度计法。
流体物性参数与管流基础知识单相流和多相流
10.1
流量检测的基本概念
10.1.1 流量和流量计
10.1.2 流体物性参数与管流基础知识
10.1.3 流量检测仪表的分类
10.1.2 流体物性参数与管流基础知识
1. 流体的密度
流体的密度
单位体积的流体所具有的质量
M V
(10-6)
流体密度是温度和压力的函数，流体密度通常 由密度计测定，某些流体的密度可查表求得。
10.1
流量检测的基本概念
10.1.1 流量和流量计
10.1.2 流体物性参数与管流基础知识
10.1.3 流量检测仪表的分类
10.1.1 流量和流量计
流量
单位时间内流体流经管道或明渠某横截面的数量， 又称瞬时流量。当流体以体积表示时称为体积流量 ,以质量表示时称为质量流量。
体积流量
质量流量
10.1.1 流量和流量计
体积流量的计量单位为米3／秒(m3/s); 质量流量的计量单位为千克/秒(kg/s); 累积体积流量的计量单位为米3(m3); 累积质量流量的计量单位为千克(kg)。 除上述流量计量单位外，工程上还使用米3 /时 (m3/h)、升/分(L/min)、吨/小时(t/h)、升(L)、 吨(t)等作为流量计量单位。
(10-8)
粘度是温度和压力的函数，可由粘度计测定， 有些流体的粘度可查表求得。
3. 流体的压缩系数和膨胀系数
10.1.2 流体物性参数与管流基础知识
流体的粘性
在一定的温度下，流体体积随压力增大而缩小的特性
流体的膨胀性
在一定压力下，流体的体积随温度升高而增大的特性
流体的压缩性
流体的压缩性用压缩系数表示，定义为：当流体温度 不变而所受压力变化时，其体积的相对变化率
多相流工艺计算
难度
气液两相管路中所遇到的变量多，在某些流动型态下流动很 不稳定，且难以识别。
参数很难测准 常遇到的某些变量有：（1） 气液流量（2）含气率（3）
气液密度（4）管路倾角（5）流型（6）气液相粘度 (7)表 面张力等。若上述 变量每相均取5个数据，则需取59=200 万次实验。
组分模型
根据混合物的组成计算压力温度变化时气液相的密度、粘 度、表面张力、压缩因子等参数。
前提条件：已知组成混合物的烃类和非烃类组分的摩尔百 分数，除此之外不需要其他参数。
一旦组成确定，流体性质确定
P(kPa)
12000 10000
8000 6000 4000 2000
0 100
临界冷凝温度
温降计算：
TZ (T0 b) (TR T0 b) exp(aL)
Di
xwg cpg cp
( PR PZ aL
)[1 exp(aL)]
焓平衡方程计算
d H v d v g d Z d Q dx dx dx dx
流型 —流型测定方法简介
目测方法 根据对管线某种参数波动量测定的统计结果与流型建立某种
关系，依此确定流型，Hewitt建议，按管路压力波动量和x
射线被管路流体吸收的波动来确定流型。此外，还可在管内 放入探针，用探针与管壁间导电率的波动量来确定流型。 根据辐射射线被吸收量来确定气液混合物的密度和流型，包
括：x射线照相和多束γ射线密度计。
水平管中的流型
埃尔乌斯流型划分法较好地 说明了气液两相流动的流型 变化特点。埃尔乌斯把两相
混输泵与多相流量计
第一部分混输泵技术为了适用海洋石油开发的要求，降低石油开发费用。
多年来，混输泵的研究与开发，一直是世界各大石油公司研究开发的重点之一。
根据文献调研和赴欧洲考察结果，当前国外有20多项混输泵技术开发项目。
采用的泵型也多种多样，主要有：转子动力泵、双转子反向旋转动力泵、双螺杆泵、隔膜泵、水力喷射泵等。
至今，已取得了很大进步，有的多相泵经过反复试验改进后，已投入生产。
1 Poseidon多相泵Poseidon多相泵是由法国石油研究院（IFP）、挪威国家石油公司（STATOIL）和法国Total公司联合进行的一项名为“海神”的研究开发计划（Poseidon Project）的重要组成部分，其目标是开发海底油气多相混输系统。
Poseidon多相泵是根据螺旋同轴泵（Helico-axial pump）的原理，研究开发成的一种转子动力泵。
该泵可输送含气率为0～100％的气液混合物，在全输气工矿下的运行不受限制，对泵入口的流量变化具有自适用性，可输含砂介质，结构紧凑。
目前，Poseidon多相泵已由法国Sulzer和挪威Framo Engineering 公司系列化设计批量生产。
该泵有MPP1－7共7种型号，流量范围为150～1200m3/h，最小入口压力为3bar，转速范围为3000～6800rpm，压缩比为17，泵轴功率为350～2000KW，水力效率约45％；该泵采用外部供液系统为轴承润滑和机械密封冷却，可用燃气、柴油发动机或液力机械驱动。
Poseidon多相泵分别在突尼斯油田和法国南部的Pecorade油田，进行了持久性试验，取得了满意的结果。
已安装或正在安装的Poseidon混输泵已遍布西伯利亚、中东、东南亚和北海等各种气候条件的陆上或海上油田，所输送井流物性具有很宽的范围，最大单台混输泵功率已超过4000KW。
商业上已取得了很大成功。
据《哈特欧洲石油》1998年8月号刊的报道，挪威国家石油公司（STATOIL）已为GULFAKS A和B两座平台订购了3套Framo公司生产的多相泵。
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2831 多相流计量技术现状 相较于单相流，由于多相流中有多种流体，流体间流速、流体自身的性质各不相同，同时流动过程中流型也会发生变化，因此多相流会复杂的多。
流型不同，多相流的流动状态也会不同，而多相流流型的变化是由流体动力效应、瞬时效应、几何方向效应以及流体性质、流体流速、各流体占比综合作用产生的结果，众多的影响因素使得多相流流动状态变化复杂，也给多相流的计量造成了很大的困难。
从20世纪60年代开始，国内外进行了多相流测试技术的研究，现已有大量的多相流流量计应用于油田生产中。
然而从研究和应用情况看，已有的多相流量计往往用于特定的使用环境，当环境有变化时需重新标定流量计，从而使流量计精度在要求范围内。
但即便如此由于许多流量计大多还是针对特定的流型设置的，所以当被测流体流型改变时测量效果无法达到测量精度要求。
同时目前应用的产品还有一些问题：诸如制造费用较高，精度较低，对使用环境的适应性差等。
因此，多相流量计仍然需要进一步发展。
2 多相流计量分类 按照计量方式的不同，现已有的多相流流量计量可分为：完全分离式多相流计量、部分分离式多相流计量、不分离式多相流计量和取样分离式多相流计量四种。
其中，完全分离式多相流计量是油田生产中较为传统，同时也是应用较多的计量方式，这种方式先将待计量的流体进行完全气液分离，计量气相和液相的流量之后，再将两相汇集向下游管道输送，这种方法的缺点是占地面积大，耗时长，且无法及时反映油田生产状况。
部分分离式多相流计量在计量前也将气液两相分离，但与完全分离式不同的是，这种方法在进行气液分离时，只需将两相分离为以气相为主和以液相为主的两部分流体，再将这两部分流体用较为成熟的两相流计量计进行计量。
计量液相部分中的含气量和气相部分中的含液量是此种计量方式的关键。
相较于完全分离式多相流计量，这种方法占用的空间更小，但由于气液混合物并没有完全分离，因此这种计量方法对提高计量精度没有显著作用。
不分离式多相流计量是未来研究发展的主要方向，这种方法无需对多相流进行分离，在不分离的情况下对油气水三相进行计量。
采用此种计量方式的多相流流量计有直接将待测多相流引入计量回路进行计量的类型；也有先让各种流型的多相流通过混合器，混合成均匀的混合流体再进行计量的类型。
第一种类型的流量计会受到流型变化的影响，使用时会受到流型的限制；第二种则会造成更大的摩阻损失。
这种方式对多相流进行计量技术难度较高，尤其是在对于各相相含量及各相流速的测定。
取样分离式多相流计量是将主管中的流体按比例提取，将提取的部分完全分离后计量，再与剩余流体汇集。
这种方法须保证取样流体与被测流体之间有确定的比例，样本须对流体有代表性，因此，如何取样是影响此种技术精确度的关键所在。
3 取样分配器类型目前提出的主要取样器类型有：三通管型、取样管型、转鼓型、转轮型、旋流型取样分配装置。
三通管型取样分配器如图1所示。
这种取样器利用了T 型三通的相分离特性，从主管来流中分离出一部分单相气体，将两相流的流量测量转化成了针对于单相气体流量的测量，再利用单相气体的流量来测量两相流的流量、含气率等。
这种取样器的优势是它使得仪表更为稳定可靠，测量精度也大幅提高，但需和其他仪表如水分仪等配合，才可以同时测量气相和液相流量。
图1 三通管型多相流量计1.主管；2.直通支管；3.侧支管；4.小孔；5.集气管；6.气体测量管；7.气体流量计；8.汇合三通；9.节流孔板取样管型分配器如图2所示，包括混合器和取样计量装置两部分。
取样管深入主管内部来进行取样，主管来流通过取样口进入混合器，多相流体经混合器加速、混合，在混合器出口处，部分进入取样管计量装置，剩余部分流入下游管道。
当流量处于一定的范围内时，取样管型分配器能使两相各自的分流系数保持不变，同时，取样管型分配器有结构较简单的优点；但当流体中携带固体颗粒时，取样口很容易被磨损堵塞，测量精度会受到很大的影响，甚至造成取样器停止工作。
图2 取样管型多相流量计1.管道；2.混合器；3.取样器；4.节流孔板；5.旋风分离器；6.液体测量管路；7.气体测量管路；8.气体流量计；9.液体流量计；10.转换阀门多相流流量计量综述刘丹丹1 曹平21.西安石油大学 陕西 西安 7100652.中石油煤层气有限责任公司 山西 忻州 036600摘要：本文就多相流流量计量，从技术现状及分类进行了综述，同时重点介绍了取样分离式多相流计量中取样器的分类及各自的特点。
关键词：多相流 多相流计量 取样分配器284转鼓型取样分配器的转鼓是转鼓型取样分配器的核心，转鼓的内部被轴流叶片分隔成若干个互不相同且完全相同的通道。
由于流体流过转鼓时，能够推动转鼓高速旋转，因此流体能够均匀的进入各个通道，而又因为各个通道中流体进入取样管路的几率相同，因此这种取样方式能保证样本对两相流的代表性。
此种取样器有不受流体流型的影响，分流系数为常数的优点。
但考虑到其包含运动部件，因此不宜长期运行，且流体在进入转鼓前须经过滤，以避免固体颗粒对叶片的磨损对转鼓造成过多的损耗。
转轮型取样分配器（见图3）由中心转轮及分流体收集室组成，其原理是在一个周期（T =t 1+t 2）内，t 1区间内，流体全流入取样管路，t 2区间内，流体全部流入下游管路。
转轮型取样分配器可以保证样品流体的相含率与主管来流保持一致，其缺点与转鼓型取样分配器类似。
图3 转轮型多相流量计旋流型管壁取样分配器自身并不旋转，而是在取样口前布置旋流叶片，通过旋流叶片使流经流体旋转，将各种流型转变为对称的环状流，利用整改流型来保证样品的代表性；再通过管壁上多个取样孔进行取样，多孔取样也能使样本更能代表主管来流。
相较于转鼓型和转轮型取样分配器，旋流型管壁取样分配器有不含运动部件，稳定性好的优点；且取样孔位于管壁上，不会被流体中的杂质堵塞和磨损，能适应多种现场恶劣的环境，是一种有前途的取样装置。
4 结束语如今，有大量的多相流流量计应用在油田生产中，但与此同时，也存在着费用高、精度低、对使用环境有一定要求的问题，若要进一步推广多相流量计的使用，需进一步增强其经济适用性，促进多相流量计向小型、智能、安全、精度高发展。
参考文献[1]王栋，林宗虎.气液两相流体流量的分流分相测量法[J].西安交通大学学报，2001，35（5）：441-444.[2]梁法春，陈 靖，王栋，等.分流分相式多相流量计研究进展[J].石油矿场机械，2008，37（4）：13-16.万立方；位于惠州大亚湾石化区的兴盛石化仓储项目，当地有关部门在厂区外的园区道路下修建了数公里长的公共地下事故水池，用于园区内各石化厂区的事故排水。
3 消防系统的差异3.1 消防泵房及水池民用建筑项目消防泵房及水池一般设在建筑地下室内。
由于消防用水量较小，消防水泵一般采用一用一备的电动泵。
石化项目一般在室外设置专用的消防泵房及消防水池，消防水流量及火灾延续时间均大幅高于民用建筑项目，用水量相对比较大。
如天津孚宝低温液化烃项目，消防用水量2.4万m 3；天津渤海石化低温丙烯项目消防用水量1.6万m 3。
石化项目一般泵的功率很大，启泵用电负荷很高，有时需采用高压（10KV或6KV）供电，难以满足两路独立电源，故多数消防泵采用电动泵与柴油消防泵组合形式。
3.2 自动灭火系统民用建筑自动灭火系统普遍采用自动水喷淋，少量不能用水扑救的火灾采用气体或高压细水雾灭火系统。
另外，民用建筑中的大空间场所较多，因此大空间智能主动喷水灭火装置应用也较广泛。
石化项目除A类火灾外，因生产需用，很多原料或成品为易燃易爆的液体、可熔化固体及气体，所以除水喷淋外，常用到泡沫灭火系统、泡沫-雨淋系统和干粉灭火系统。
3.3 消防站民用建筑项目一般消防外援由当地城镇消防站提供，不需要配备专用消防站。
当大中型石化企业距工业园区内的公用消防站的车程较长时，需要设消防站。
消防站需配备训练场、一定数量消防车和专职消防员。
消防站规模根据企业规模、火灾危险性、固定消防设施的设置情况，及邻近单位消防协作条件等因素确定。
如青海云天化国际化肥厂，厂区内就设有一座消防站，并配备2台消防车及多名专职消防员。
4 人防工程差异民用建筑一般会设有地下室，很多项目地下室设有好几层，地下室内通常会设有人防区，需要进行人防工程给排水设计。
而石化项目一般为多层建筑，很少设地下室和人防工程。
5 水工艺装置的差异民用建筑项目涉及的水工艺装置较少。
石化项目因工艺生产需要，有多种水工艺装置，如循环水装置、净水站、脱盐水站、回用水站、污水站等，水工艺装置在石化给排水中占有较大比例。
如循环水装置，民用建筑项目循环冷却水一般为中央空调冷却水，由暖通专业设计，进出水设计温差为5℃，水量较小，多数采用成品冷却塔。
石化行业冷却水系统设计温差一般为10℃，个别循环水系统设计温差可达25℃，循环水量可达每小时上万方处理量，多采用钢混冷却塔。
由于冷却水为石化工艺装置换热服务，为防止循环水系统细菌、藻类滋生和循环水结垢等，需投加多种药剂，处理要求相对更为复杂。
6 结语民用建筑给排水与石化行业给排水设计有各自的特点，既有相似性也有差异性。
民用建筑给排水设计主要侧重为建筑服务，石化行业给排水设计主要侧重为工艺生产服务。
但这些差异性都是相对的，熟悉这些差异能够更好地理解给排水相关知识，同时也为以后的设计起很好的指导和借鉴。
参考文献[1]肖欢，肖敏，李楠.北京化工大学昌平新校区雨水排放及调蓄方案设计探讨[J].给水排水，2015(8)[2]高强强.节能减排理念角度下建筑给排水设计方法[J].建筑设计管理，2016（10）.[3] 水体环境风险防控要点，中国石油化工集团公司安全环保文件：中石化安环【2006】10号，2006（4）.[4] GB 50483-2009 化工建设项目环境保护设计规范，中国计划出版社.[5]毛剑.石油化工装置给排水设计探讨[S].石油化工设计，2006（5）.（上接第282页）。