油水混合液第二組分體積分數(shù)對渦輪流量計測量誤差的影響

摘 要：用常用的渦輪流量計測量低黏度的成品油和輕質(zhì)原油時，出現(xiàn)油內(nèi)含水的工況。以油水混合液為研究對象，研究其第二組分在不同體積分數(shù)下對渦輪流量計測量誤差的影響。研究表明：不同口徑的渦輪流量計在不同總參比流量下，引起的測量誤差不同；相同口徑的螺旋葉片渦輪流量計在第二組分不同體積分數(shù)下，引起的誤差變化比直葉片渦輪流量計大；渦輪流量計測量水中含油混合液由第二組分體積分數(shù)不同引起的測量誤差比油中含水大。

  在流程工業(yè)中，常用液體流量儀表測量液-液兩相流體流量，與用單相流體（如水）校準(zhǔn)的流量相比，測量結(jié)果會有一定偏差。對該問題，20世紀(jì)90年代英國Hertfordshire大學(xué)針對油水混合液中第二組分液體體積分數(shù)對多種流量儀表做流量測量影響的實驗研究。 筆者曾轉(zhuǎn)述其中科里奧利質(zhì)量流量計和渦街流量計兩種新型流量儀表的研究。然而在石油工業(yè)常用渦 輪流量計（TUF）測量中低黏度的成品油和輕質(zhì)原油時，出現(xiàn)油內(nèi)含水的工況，為此筆者進一步分析討論第二組分體積分數(shù)對渦輪流量計測量誤差影響的程度。

1 實驗

  實驗對象是ITTBarton公司50mm（2in）和100mm（4in）直葉片TUF和Faure Herman公司50mm和10mm螺旋葉片TUF。

  試驗在英國國家工程實驗室（NEL）的多相流國家標(biāo)準(zhǔn)裝置A和油水混合回路稱重系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置A上進行。A裝置用于校準(zhǔn)100mmTUF，油和水分別由各自參比（標(biāo)準(zhǔn)）流量計測量；B裝置用于校準(zhǔn)50mmTUF。油水混合液由混合泵混合、稱重并由快速取樣回路中科里奧利密度計測量密度，求取密度與第二組分體積分數(shù)以及參比體積流量。

  油水混合液是相互不溶的液液雙組分流體，油牌號是Mobil Velocite D（相對密度為865kg·m-3），第二組分體積分數(shù)分別為3%，6%，9%，12%，15%。

2 結(jié)果與討論

  為便于觀察變化趨勢，筆者在圖中添繪了第二組分zui低和zui高體積分數(shù)數(shù)據(jù)點曲線。    

  油水混合液在水平管道內(nèi)靜止時油和水是分層的；在開始流動或很低流速時處于油水兩層的分層流；隨著流速增加油水逐漸混合，流速愈大兩相混合愈均勻；當(dāng)進入渦輪葉片轉(zhuǎn)動時兩相混合將更為均勻。因此，混合液兩相均勻程度是影響測量誤差的因素之一。

  1）第二組分體積分數(shù)引起的誤差變化。從圖1～圖6可以看出第二組分體積分數(shù)在3% （6%）～15%之間引起誤差絕大部分在0.2%～1.0%。100mm渦輪流量計總參比流量大于12 L/s時，50mm渦輪流量計總參比流量大于3L/s時，兩相流混合更趨均勻使誤差減少；而在低流速時流誤差變化較大。各實驗的誤差變化見表1所列。

  比較兩種渦輪葉片TUF的誤差變化。總體上相同尺寸螺旋葉片TUF第二組分體積分數(shù)引起的誤差變化比直葉片TUF大。

  3）油中含水與水中含油兩者誤差變化的差異。渦輪流量計測量水中含油第二組分體積分數(shù)變化引起測量誤差變化比油中含水大。

  隨著油中含水第二組分體積分數(shù)增加，誤差沿y軸正向變化；隨著水中含油第二組分體積分數(shù)增加，誤差則沿y軸負向變化。

3 結(jié)束語

  兩種渦輪葉片流量計測量液液雙相流時，第二組分體積分數(shù)變化的效應(yīng)對（0.2%～0.5%）R準(zhǔn)確度TUF是不容忽視的。

  100mm渦輪流量計測量的總參比流量為12L/s和50mm渦輪流量計測量的總參比流量為3L/s時，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)管徑流速1.53m/s。實驗表明TUF測量值低于該值時，第二組分體積分數(shù)變化引起誤差變化較大。這*速已接近流程工業(yè)常用經(jīng)濟流速1.5～3.0m/s的下限。因此，必要時應(yīng)縮小儀表口徑以提高流速減小第二組分體積分數(shù)變化的影響。

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