基于V锥流量计压损比的湿气液相流量在线检测(3)

2019-02-21 14:08:09

2.2测量方程

对节流比为0.55的V锥流量计,液体密度弗鲁德数Fr、压损比6及气液密度比DR之间的关系如图10所示,忽略气相流量的影响,可知Fr、6及DR之间的关联式如式(5)所示。

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式中:a,b和c分别是与气液密度比有关的系数。

由式(5)可得到Fr,进而结合式(2)直接获得液相质量流量m,。由于6和DR是通过实验测得的差压、压力和温度信号直接计算得到,具有精度高、响应快等优点,可有效的减小误差传递对测量的影响,克服了传统的组合式流量计分别建立两套差压修正关联式进行联合求解获得液相流量的缺陷。

2.3误差分析及讨论

采用相对误差(relative error,RE)、满度相对误差(full scale relative error,FSRE)平均相对误差(mean relative error,MRE)及平均绝对相对误差(mean absoluterelative error,MARE)4个指标来衡量预测关联式(5)的性能。其中,RE直接反映预测值与实验值的偏离程度;MRE表征关联式高估还是低估了实验值,如果高估,则MRE为正值,低估则为负值;MARE用来评价预测数据的变化程度,MARE越小,则表明预测关联式具有越好的精确度。定义式分别如式(6)~(9)所示。

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式中:mpe和mn分别为预测的质量流量和实验参考质量流量,mEsp.。、为本实验范围内最大的质量流量,N为测试数据总数。

如图11(a)所示,当体积含液率(liquid volume fraction,LVF)LVF≥0.5%时,V锥流量计预测的液相质量流量相对误差RE/≤±20.0%。而当体积含液率LVF<0.5%时,液相流量相对误差随着LVF的减小而急剧增大,并且预测值多大于实际值。原因分析如下:1)压损比特性变化的影响。由图4(b)和图5(b)可知,压损比随表观液速的增大,并非单调递增,某些工况下还呈现先减小再增大的趋势。但是测量关联式建立过程中并未考虑到这种变化,导致预测的液体密度弗鲁德数高于实际值,从而使得液相流量也偏大;2)含液量较少时,测量的相对误差对液相质量流量偏差值较为敏感,导致相对误差较大。若以液相满度误差(FSRE)来衡量,如图11(b)所示,其液相满度相对误差FSRE≤±5.0%。当LVF≥0.5%时,测得的液质量流量RE范围、MRE和MARE如表4所示。可知,预测的液相流量整体偏低,主要是由于拟合关联式本身特性造成的;相应的平均绝对百分误差为7.37%。

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综上分析,在本实验范围内,采用所提出的测量方法,液相流量满度相对误差,绝大部分工况点小于±5.0%;当湿气体积含液率大于0.5%时,液相流量相对误差优于士20.0%。值得注意的是,在天然气开采等实际应用过程中,对于体积含液率LVF<0.5%的湿气,一般是由高气油比、高温及高压的气藏产出。对于这种情况,井口湿气测量主要关心的是湿气中的气相含量,只有在贸易计量交接等场合才需要精确计量液相含量,但是此时需要专门针对其进行研究,以获得气、液两相更为精确的流量。因此,当LVF=0.5%时,本文提出的湿气测量方法及装置,能够达到实际应用中对液相测量精度的要求。但是,一款流量计不能够在所有测量范围内均适用,对于不同节流比的V锥节流装置,其最优测量范围尚需进一步研究,合理选择测量范围,将对测量精度的进一步提高起到十分重要的作用。

3结论

本文提出了采用压损比来描述湿气液相含量变化的思路,研究了基于V锥流量计压损比的湿气液相流量在线检测方法。考查了不同流动参数以及节流比对压损比的影响规律,建立了气体密度弗鲁德数、压损比及气液密度比之间的测量关联式,并分析了其液相流量预测性能。

主要结论如下:

1)在湿气范围内,V锥流量计压损比能够直接反映出湿气中含液量的变化。压损比随液体密度弗鲁德数增大而增加,并且受气液密度比的影响。对于节流比为

0.55的V锥流量计,在本实验范围内,压损比基本不受气体密度弗鲁德数的影响。

2)建立了气体密度弗鲁德数、压损比及气液密度比之间的测量关联式,通过该关联式能够直接获得湿气中的液相质量流量。结果表明,该关联式预测的绝大部分工况点液相流量满度相对误差小于±5.0%,当体积含液率大于等于0.5%时,液相流量相对误差优于±20.0%。

3)基于V锥流量计压损比的湿气液相流量在线检测新方法具有精度高、响应快等优点,可有效的减小误差传递对液相测量的影响,克服了传统的组合式湿气流量计分别建立两套差压修正关联式进行联合求解的缺陷,为建立基于单节流装置双差压的湿气气液分相流量在线测量方法提供了技术支撑。

本文仅仅是对基于差压法液相流量独立测量方法的探索,研究结果表明,采用V锥流量计的压损比进行湿气液相流量的直接测量是可行的,但是其背后的测量机理尚未充分揭示;尤其是对于节流比为0.55的V锥流量计,查清流动参数对压损比的影响机理,可为优化V锥流量计的结构提供理论指导,进而发展精度较高的湿气气液两相流量在线测量方法,实现基于单节流装置的湿气气液流量的在线测量,这也是下步工作的重点。



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