МНОГОФАЗНЫЙ РАСХОДОМЕР
MULTIPHASE FLOW METER

Изобретение относится к многофазному расходомеру, согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.
Для определения точной массы расхода многофазных текучих сред, таких как смеси нефти, воды и газа, в трубопроводах необходимо определять как объемный поток, так и фазовый состав текучей среды. Объемный поток можно определять с помощью обычных детекторов расхода, например, посредством регистрации падения давления в трубке Вентури.
Для измерения фазового состава известно применение поглощения рентгеновского излучения с использованием того факта, что газовая и жидкая фазы обычно имеют различные коэффициенты поглощения. Поэтому посредством измерения поглощения рентгеновского или гамма-излучения по меньшей мере на двух различных длинах волн можно определять соотношение отдельных фаз. Пример расходомера, основанного на этой технологии, известен из US 6265713 В1.
Одной из проблем, затрудняющих точное измерение расхода, являются свойства потока многофазных смесей внутри труб. В частности, жидкая фаза имеет тенденцию к образованию пленки вдоль стенки трубы, которая перемещается со скоростью, отличной от скорости основного потока. Присутствие такой жидкой пленки может затруднять определение соотношения фаз и тем самым приводить к неправильному измерению потока.
Поэтому задачей изобретения является создание многофазного расходомера, согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения, который обеспечивает улучшенную точность измерения.
Задача решена с помощью расходомера, согласно п. 1 формулы изобретения.
Многофазный рентгеновский расходомер, согласно изобретению, содержит первое детекторное средство для измерения объемного расхода многофазной текучей среды внутри секции трубы и второе детекторное средство для определения поглощения рентгеновского излучения текучей средой внутри секции трубы по меньшей мере на двух различных длинах волн.
Для исключения образования жидкой пленки, стенка секции трубы содержит окружное поднутрение, расположенное по потоку перед первым и вторым детекторным средством. Жидкие пленки, образованные по потоку перед секцией трубы, могут соскребаться со стенки у поднутрения, так что жидкая фаза снова соединяется с основным потоком текучей среды в зоне трубы, используемой для измерения, что уменьшает неточности, вызываемые неправильным определением соотношения фаз внутри потока.
Мертвая зона текучей среды, создаваемая поднутрением, помогает предотвращать образование снова жидкой пленки на значительной части трубы, так что может обеспечиваться свободное от пленки состояние во всей зоне измерения.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения поднутрение образует имеющую острый угол кромку, при этом первая часть стенки трубы находится по потоку перед поднутрением. Наличие такой острой кромки облегчает разрыв пленки и образование капель жидкости, которые могут уноситься основным потоком текучей среды.
Кроме того, предпочтительно образована вторая часть стенки трубы по потоку перед первой частью стенки трубы, которая наклонена наружу от центра трубы в направлении, противоположном направлению потока. Другими словами, труба сужается по потоку перед поднутрением, направляя и концентрируя жидкую пленку к кромке и способствуя разрушению пленки.
В другом варианте выполнения изобретения вторая часть стенки трубы по существу параллельна части стенки поднутрения, проходящей непосредственно от кромки. Такая геометрия помогает разрушать пленку и обеспечивает достаточно длинную свободную от пленки часть трубы для правильного измерения соотношения фаз.
В альтернативном варианте выполнения изобретения, первая часть стенки трубы наклонена наружу от центра трубы под углом, меньшим, чем вторая часть стенки трубы. Капли, образующиеся из пленки у кромки первой части стенки трубы в направлении потока, направляются за счет этого к центру трубы, замедляя прикрепление капель снова к стенке трубы, что приводит к увеличению длины части трубы, пригодной для измерения расхода.
Ниже приводится пояснение изобретения и его вариантов выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - труба, используемая в одном примере выполнения расходомера, согласно изобретению, в изометрической проекции;
фиг. 2 - кромка стенки трубы, ограничивающая измерительную часть трубы, согласно фиг. 1, в увеличенном масштабе;
фиг. 3 - поперечное сечение кромки стенки трубы, согласно фиг. 2;
фиг. 4 - поперечное сечение кромки стенки трубы с другой геометрией.
Для обеспечения точного определения массового потока внутри трубопровода, транспортирующего смесь нефти, воды и газа, предусмотрена труба 10, состоящая из широкой секции 17 и более узкой секции 14 по потоку после широкой секции в направлении 16 потока текучей среды.
На границе между секциями 12, 14 стенка 18 трубы образует поднутрение 20 и острую кромку 22. Жидкая пленка может образовываться на стенках секции 12. Стенка 18, стенка 24, кромка 22 и поднутрение 20 предназначены для отделения жидкой пленки и ее разрушения. При достижении первой кромки между стенками 18 и 24 и кромки 22 эта пленка жидкости разрывается и образует капли, которые уносятся внутри основного потока текучей среды. Поэтому стенка 18 трубы в узкой секции по потоку после края 22 в основном свободна от прилипающей жидкости. Это позволяет точно определять фазовый состав текучей среды внутри узкой секции с помощью спектроскопии поглощения рентгеновского излучения на двух различных длинах волн.
На фиг. 3 показана более подробно геометрия стенки 18 трубы, окружающей кромку 22. Часть стенки 18 трубы, образующая поднутрение 20, образует острый угол β с первой частью 24 стенки трубы, проходящей параллельно основной оси трубы 10. Выше по потоку часть 24 стенки трубы продолжается второй частью 26 стенки трубы, которая проходит приблизительно параллельно стенке 28 поднутрения, непосредственно соединенной с кромкой 22, и образует угол α с первой частью 24 стенки трубы, который приблизительно равен углу β.
Наклон второй части 26 стенки трубы помогает направлять жидкую пленку, прилипшую к стенке трубы, в направлении центра трубы 10. После разрушения указанной пленки на кромке 22, поднутрение 20 предотвращает образование снова пленки на значительной длине узкой секции 14.
На фиг. 4 показана альтернативная геометрия части кромки трубы 10. Она отличается от показанного на фиг. 3 варианта выполнения тем, что первая часть 24 стенки трубы не параллельна основной оси трубы, а наклонена наружу относительно направления 16 потока на угол γ, который меньше угла α между первой частью 24 и второй частью 26 стенки трубы. Это придает дополнительно момент в направлении центра трубы каплям, образующимся на кромке 22, за счет чего замедляется прикрепление снова указанных капель к стенке трубы.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ
10 Труба
12 Широкая секция
14 Узкая секция
16 Направление потока
18 Стенка трубы
20 Поднутрение
22 Кромка
24 Часть стенки трубы
26 Часть стенки трубы
28 Часть стенки поднутрения.