多相計量裝置用槽式孔板的製作方法

2023-05-28 11:30:11 4

專利名稱：多相計量裝置用槽式孔板的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多相計量裝置用槽式孔板，主要用作石油管道油氣混輸過程中多相計量裝置的一次傳感元件，屬於石油管道的油氣計量裝置用的傳感元件。
背景技術：
目前高含氣的油氣田開發過程中，能夠用於高含氣的油氣井計量的多相流量計極少，且計量誤差很大、費用昂貴。選用Murdock關係式作為開發新型多相油氣計量裝置的模型，可開發出價格比較經濟的多相計量裝置，Murdock關係式是基於孔板流量計的，在大量流體單相流、氣液兩相流數據的實驗基礎上發現，採用標準孔板作為傳感元件時，標準孔板對上遊流速分布過於敏感，通過標準孔板的靜壓恢復並達到穩定的直管段距離比較長，渦流區範圍大，需要添加調整器、整流管等設備，造成多相計量裝置複雜化，由於流體與節流件(標準孔板)的碰撞分離效應、節流件的阻擋效應等引起液相斷續通過現象出現，進而造成差壓信號的劇烈波動，不易滿足多相油氣計量裝置對節流傳感元件的要求。

發明內容
本實用新型的目的在於提出一種新型結構的槽式孔板，在多相油氣計量裝置中代替標準孔板，克服標準孔板作為節流傳感元件的上述不足之處。
本實用新型採用如下的技術方案，即一種多相計量裝置用槽式孔板由帶有槽孔的與管道內壁相切的圓形板構成，其特徵在於圓形板上的槽孔由至少一圈同心且徑向均勻分布的槽式小孔組成，圓形板外緣與管道內壁相切。
用Aslot表示所有槽孔面積總和、A表示管道截面積，D是管道直徑、d是標準孔板孔徑，槽式孔板的孔徑比定義為=d/D=Aslot/A]]>同一孔徑比槽式孔板上的槽式小孔可以依據槽式孔板的孔徑比要求設計成相同或不同尺寸大小。
槽式孔板入口的銳角加工質量對流量計的特性有一定影響，加工時應控制開孔直筒部分光潔度不低於7，直角入口邊應尖銳，無毛刺和劃痕。
槽式孔板正面(面向管道上遊的一面)任意兩點間的連線應垂直與孔板的軸線，最大斜率小於1％，光潔度不低於6，孔板各處厚度控制偏差小於0.02mm。孔板背面，光潔度不低於5。
採用雷射加工槽式孔板，同一尺寸槽式孔板的重複性較好，費用也經濟。
實踐中，利用計算軟體設計了在管道直徑D＝50mm，孔板厚度＝3mm時，孔徑比分別為0.4、0.5、0.6、0.75四種結構的節流槽式孔板。槽式孔板的槽式小孔圍繞圓形板軸心設計為三圈同心且徑向均勻分布在槽式孔板的圓形板上。
利用Fluent軟體，使用k-ε湍流模型對槽式孔板流量計進行單相和多相流體靜態壓力分布和流速分布仿真實驗證明槽式孔板的靜壓恢復並達到穩定的直管段比標準孔板短。因此流量計採用槽式孔板結構會更加緊湊，沒有附加安裝條件，可以取消流動調整器、整流管等設備；槽式孔板的壓力恢復區短、渦流區相對標準孔板較小，有利於測量值的穩定，提高測量精度；槽式孔板流量計測量的壓力、差壓值比標準孔板流量計的測量值更為穩定、準確；相同氣相流量下，兩相流壓降要大一些；流體經槽式孔板不需要徑向加速即可相對平穩地流過節流元件(槽式孔板)，孔板上遊沒有液相成分累積，也不會出現劇烈波動的差壓測量值。


圖1，孔徑比為0.4的槽式孔板結構圖圖2，孔徑比為0.5的槽式孔板結構圖圖3，孔徑比為0.6的槽式孔板結構圖圖4，孔徑比為0.75的槽式孔板結構圖圖中，圓形板1，槽式小孔具體實施方式
實施例一，在管道直徑D＝50mm，孔板厚度＝3mm時，如圖1，孔徑比為0.4的槽式孔板結構圖，圓形板1上有三圈相同尺寸(5.23mm*1.3mm)的槽式小孔2，同心且徑向均勻分布板圓形上，內圈8個槽式小孔，中間一圈16個槽式小孔，外圈24個槽式小孔，同圈的相鄰槽孔間隔角度分別為內圈45度，中間一圈22.5度，外圈15度。
實施例二，在管道直徑D＝50mm，孔板厚度＝3mm時，如圖2，孔徑比為0.5的槽式孔板結構圖，圓形板上有三圈相同尺寸(5.32mm*2.0mm)的槽式小孔2，同心且徑向均勻分布圓形板上，內圈8個槽式小孔，中間一圈16個槽式小孔，外圈24個槽式小孔，同圈的相鄰槽式小孔間隔角度分別為內圈45度。中間一圈22.5度，外圈15度。
實施例三，在管道直徑D＝50mm，孔板厚度＝3mm時，如圖3，孔徑比為0.6的槽式孔板結構圖，圓形板上有三圈不同尺寸的槽式小孔2。內圈6個槽式小孔，小孔弧度為30度，空餘為30度，弧半徑為6.5mm，11.5mm；中間一圈12個槽式小孔，小孔弧度為15度，空餘為15度，弧半徑為13.5mm，18.5mm；外圈18個槽式小孔，小孔弧度為10度，空餘為10度，弧半徑為20.5mm，25.5mm。
實施例四，在管道直徑D＝50mm，孔板厚度＝3mm時，如圖3，孔徑比為0.75的槽式孔板結構圖，，圓形板上有三圈不同尺寸的槽式小孔2。內圈4個槽式小孔，小孔弧度為70度，空餘為20度，弧半徑為6.5mm，11.5mm；中間一圈8個槽式小孔，小孔弧度為35度，空餘為10度，弧半徑為13.5mm，18.5mm；外圈16個槽式小孔，小孔弧度為15度，空餘為7.5度，弧半徑為20.5mm，25.5mm。
上述各實施例中，槽式孔板的圓形板1上處於同一圈的槽式小孔2，尺寸大小相同。
本實用新型的槽式孔板對單相流、兩相流的流量測量都表現出良好的特性，即流速分布均勻、渦流區小、壓力恢復區短，說明槽式孔板適合氣液兩相流計量。
權利要求1.一種多相計量裝置用槽式孔板由帶有槽孔的與管道內壁相切的圓形板(1)構成，其特徵在於圓形板上的槽孔由至少一圈同心且徑向均勻分布的槽式小孔(2)組成，圓形板外緣與管道內壁相切。
2.如權利要求1所述的多相計量裝置用槽式孔板，其特徵在於槽式孔板正面任意兩點間的連線垂直與孔板的軸線。
3.如權利要求1所述的多相計量裝置用槽式孔板，其特徵在於槽式孔板的槽式小孔(2)圍繞圓形板(1)軸心設計為三圈同心且徑向均勻分布在槽式孔板的圓形板上。
4.如權利要求1所述的多相計量裝置用槽式孔板，其特徵在於槽式孔板的圓形板(1)上處於同一圈的槽式小孔(2)，尺寸大小相同。
專利摘要本實用新型涉及一種多相計量裝置用槽式孔板，屬於石油管道的油氣計量裝置用的傳感元件。本實用新型克服標準孔板作為節流傳感元件的不足。本實用新型的槽式孔板由帶有槽孔的與管道內壁相切的圓形板構成，其特徵在於圓形板上的槽孔由至少一圈同心且徑向均勻分布的槽式小孔組成，圓形板外緣與管道內壁相切。槽式孔板正面任意兩點間的連線應垂直與孔板的軸線。實踐中，設計了不同孔徑比結構的節流槽式孔板。流量計採用槽式孔板結構會更加緊湊，本實用新型的槽式孔板對單相流、兩相流的流量測量都表現出良好的特性。即流速分布均勻、渦流區小、壓力恢復區短，說明槽式孔板適合氣液兩相流計量。
文檔編號G01F1/42GK2935097SQ20062012388
公開日2007年8月15日 申請日期2006年7月18日 優先權日2006年7月18日
發明者田栓魁, 耿豔峰, 孟凡彬, 韓專, 李玉星, 馮叔初, 洪海濤, 潘明濤 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油天然氣管道局, 中國石油大學(華東)