多相流流量计量综述

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1 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2
1.西安石油大学 陕西 西安 710065
2.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
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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
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[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）.
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