專利名稱：一種在線測(cè)量油水氣多相流含率的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種在線測(cè)量油水氣多相流含率的裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于多相流計(jì)量、測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種用于在線測(cè)量油水氣多相 流中油、水、氣各相含率的裝置。
背景技術(shù)：
[0002]近年來，隨著客戶需求及石油工業(yè)生產(chǎn)與輸運(yùn)條件的提升，油水氣多相流量計(jì)的 產(chǎn)學(xué)研水平都在不斷提高。用戶對(duì)油氣水含率的穩(wěn)定精確定量監(jiān)測(cè)有了更高要求。從油井 開采出的原油，是油、水、天然氣等多相介質(zhì)組成的混合物，處理這種混合物首先要進(jìn)行氣 液分離，剩下的油水混合液體經(jīng)脫水處理后得到含水率很低的成品油進(jìn)行外輸或銷售。在 原油氣液分離、脫水處理等一系列生產(chǎn)活動(dòng)中，需要及時(shí)準(zhǔn)確地掌握原油中各相物質(zhì)的含 率情況及流量，以便控制生產(chǎn)過程，保證生產(chǎn)出合格的成品原油。因此，原油各相含率指標(biāo) 是石化行業(yè)石油采集、提煉及運(yùn)輸過程中一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)原油進(jìn)行油、氣、水三相的準(zhǔn)確 在線測(cè)量在原油生產(chǎn)、貿(mào)易中有著重要作用。[0003]目前成熟的油水兩相計(jì)量技術(shù)中，測(cè)量原油含水率的方法主要有以下幾種人 工蒸餾化驗(yàn)法、微波法(或射頻法)(如CN1112677)、電容法(如CN1186236)、導(dǎo)熱法 (如:CN1259671)、振動(dòng)密度計(jì)法(如CN1789969, CN2359692)和射線法(如CN86105543A, CN2359692Y，CN1086602A, CN2383068Y)。除射線法以外的其它各種測(cè)量方法，都屬接觸式 測(cè)量，由于原油腐蝕性較強(qiáng)，結(jié)垢、結(jié)蠟嚴(yán)重，對(duì)常用材料有明顯腐蝕，另外管道內(nèi)部溫度較 高，壓力很大，這些均對(duì)接觸器件的耐腐性、耐溫耐壓性等提出了較高的要求，接觸式儀表 長期運(yùn)行可靠性差，另外接觸式儀表都無法消除含氣對(duì)含水率測(cè)量帶來的影響，從而導(dǎo)致 比較大的測(cè)量誤差。[0004]傳統(tǒng)三相計(jì)量方法，不論是在線測(cè)量，還是先進(jìn)行氣液兩相分離的部分分離式測(cè) 量(如CN200720032795，CN200920032689)，針對(duì)各相含率測(cè)量，均是采用容積法、密度法、射 線法、差壓法測(cè)量出氣相含率，結(jié)合電容、密度、微波法、差壓法或射線法進(jìn)一步計(jì)算出油和 水的比例。以上含率測(cè)試除射線法，均屬于接觸測(cè)量，而傳統(tǒng)射線法利用241Am、133Ba、137Cs等 放射源發(fā)出的Y射線，能量單一，輻射危害持續(xù)存在，且存在貯源、倒源時(shí)的操作風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)用新型內(nèi)容[0005]針對(duì)以上問題，本實(shí)用新型提供了一種采用X射線能譜作為探測(cè)信號(hào)，利用油、 水、氣不同介質(zhì)對(duì)能量信號(hào)的吸收和散射系數(shù)不同的原理來測(cè)量多相流中的油、水、氣各相 含量的裝置。[0006]本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。[0007]—種在線測(cè)量油水氣多相流含率的裝置，包括主控計(jì)算機(jī)、氣液含率測(cè)試系統(tǒng)和 水油含率測(cè)試系統(tǒng)，所述氣液含率測(cè)試系統(tǒng)包括第一發(fā)生控制器、第一 X射線產(chǎn)生裝置、第 一探測(cè)器，所述第一發(fā)生控制器由主控計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制、并與第一 X射線產(chǎn)生裝置電連接， 所述第一探測(cè)器與主控計(jì)算機(jī)相連，所述第一 X射線產(chǎn)生裝置與第一探測(cè)器分別置于第一管道的兩側(cè)；所述水油含率測(cè)試系統(tǒng)，包括第二發(fā)生控制器、第二 X射線產(chǎn)生裝置、第二探測(cè)器，所述第二發(fā)生控制器由主控計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制、并與第二 X射線產(chǎn)生裝置電連接，所述第二探測(cè)器與主控計(jì)算機(jī)相連，所述第二 X射線產(chǎn)生裝置與第二探測(cè)器分別置于第二管道的兩側(cè)；所述第一管道與第二管道相連通、且所述第一管道與第二管道相之間設(shè)置有氣液分離裝置。[0008]優(yōu)選地，所述第一 X射線產(chǎn)生裝置、第一探測(cè)器與第一管道之間、所述第二 X射線產(chǎn)生裝置、第二探測(cè)器與第二管道之間均設(shè)置有準(zhǔn)直器。[0009]優(yōu)選地，所述第一 X射線產(chǎn)生裝置、第二 X射線產(chǎn)生裝置為X光機(jī)。[0010]優(yōu)選地，所述探測(cè)器為半導(dǎo)體探測(cè)器、閃爍體探測(cè)器中的一種。[0011]本實(shí)用新型提供的在線測(cè)量油水氣多相流含率的裝置，采用X射線產(chǎn)生裝置作為信號(hào)發(fā)射裝置，發(fā)出連續(xù)能量的X射線與物質(zhì)存在多種作用效應(yīng)。采用X射線能譜作為探測(cè)信號(hào)，利用油、水、氣不同介質(zhì)對(duì)能量信號(hào)的吸收和散射系數(shù)不同的原理來測(cè)量多相流中的油、水、氣多相流含量。當(dāng)X射線產(chǎn)生裝置斷電以后，將不再產(chǎn)生X射線，即不再具有危害性。所述在線測(cè)量油水氣多相流含率的裝置的氣液含率測(cè)試系統(tǒng)和水油含率測(cè)試系統(tǒng)均緊緊依附于管道上，占據(jù)空間小。在測(cè)量過程中，工作人員能夠自主設(shè)置控制和數(shù)據(jù)處理軟件，方便采用單點(diǎn)、連續(xù)、間歇等多種方式進(jìn)行測(cè)量。并且將設(shè)定的測(cè)試程序保存后，即能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，無需工作人員值守。所述多相流含率測(cè)量裝置中設(shè)置準(zhǔn)直器，X射線信號(hào)發(fā)射與接收裝置均采用準(zhǔn)直技術(shù)，既保證了數(shù)據(jù)的代表性、實(shí)時(shí)性，又便于輻射防護(hù)。另外，在所述在線測(cè)量多相流含率的裝置的裝配過程排除電磁干擾，能提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，測(cè)試結(jié)果的可靠性得到進(jìn)一步提高。


圖1為本實(shí)用新型在線測(cè)量油水氣多相流含率的方法的原理示意圖。[0013]圖2為本實(shí)用新型在線測(cè)量油水氣多相流含率的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖[0014]圖3為水、油、甲烷等物質(zhì)的質(zhì)量衰減系數(shù)隨射線能量變化的趨勢(shì)圖。[0015]圖4為盲樣測(cè)試結(jié)果與盲樣的實(shí)際配比的標(biāo)定曲線。[0016]圖5為對(duì)一系列不同質(zhì)量高度下的不同油水比例的液相測(cè)量的結(jié)果。[0017]圖中1-第一 X射線產(chǎn)生裝置，2-第一探測(cè)器，3-第二 X射線產(chǎn)生裝置，4-第二探測(cè)器，5-氣液分離裝置。
具體實(shí)施方式
[0018]為了更清楚的說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的介紹。[0019]本實(shí)用新型在線測(cè)量油水氣多相流含率的方法，是基于光在物質(zhì)中傳播所遵循的朗伯定律[0020]I=I0 e"^1= I0 β"μηι Ρ [0021]其中，I是出射光強(qiáng)度，Itl是入射光強(qiáng)度，μ是光在物質(zhì)中的衰減系數(shù)，包含了散射衰減和吸收衰減，I是光在物質(zhì)中傳播路徑長度，μ U是光在物質(zhì)中的質(zhì)量衰減系數(shù)，P是物質(zhì)密度，μ/ p。[0022]光也是一種電磁波，不同物質(zhì)對(duì)于不同能量電磁波的衰減系數(shù)不同，當(dāng)電磁波經(jīng)過油、水、氣混合物時(shí)，透過的電磁波信號(hào)強(qiáng)度會(huì)隨著油、水、氣三相比例的變化而變化，從而根據(jù)對(duì)接收信號(hào)的分析計(jì)算能夠獲得各相物質(zhì)的質(zhì)量/體積百分含率。由于波長較短的電磁波穿透能力較強(qiáng)，所以通常采用X射線、Y射線作為探測(cè)信號(hào)。[0023]圖3示出了水、油、甲烷等物質(zhì)的質(zhì)量衰減系數(shù)μ m隨射線(例如X射線、Y射線) 能量變化的趨勢(shì)圖。如圖3所示，對(duì)于水、原油和甲烷等物質(zhì)，當(dāng)射線能量小于30keV時(shí)，質(zhì)量衰減系數(shù)4 >相差較大，而當(dāng)射線能量介于50keV到90keV之間時(shí)，質(zhì)量衰減系數(shù)1^的差別減小，射線能量大于90keV時(shí)，質(zhì)量衰減系數(shù)μ m基本相同。[0024]如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型提供的在線測(cè)量油水氣多相流含率的裝置，包括主控計(jì)算機(jī)、氣液含率測(cè)試系統(tǒng)和水油含率測(cè)試系統(tǒng)。所述氣液含率測(cè)試系統(tǒng)包括第一發(fā)生控制器、第一 X射線產(chǎn)生裝置1、第一探測(cè)器2，所述第一發(fā)生控制器由主控計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制、并與第一 X射線產(chǎn)生裝置I電連接，所述第一探測(cè)器2與主控計(jì)算機(jī)相連，所述第一 X 射線產(chǎn)生裝置I與第一探測(cè)器2分別置于第一管道的兩側(cè)。所述水油含率測(cè)試系統(tǒng)，包括第二發(fā)生控制器、第二 X射線產(chǎn)生裝置3、第二探測(cè)器4，所述第二發(fā)生控制器由主控計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制、并與第二 X射線產(chǎn)生裝置3電連接，所述第二探測(cè)器4與主控計(jì)算機(jī)相連，所述第二 X射線產(chǎn)生裝置3與第二探測(cè)器4分別置于第二管道的兩側(cè)。所述氣液含率測(cè)試系統(tǒng)用于測(cè)量氣相與液相的比例，所述水油含率測(cè)試系統(tǒng)用于測(cè)量油與水的比例。氣液含率測(cè)試系統(tǒng)與水油含率測(cè)試系統(tǒng)之間安裝有氣液分離裝置5，用于為水油測(cè)試系統(tǒng)提供測(cè)試樣本。具體的，氣液分離裝置5設(shè)置在所述第一管道與第二管道相連通、且所述第一管道與第二管道之間。[0025]本實(shí)用新型所述的在線測(cè)量油水氣多相流含率的裝置中，所述第一 X射線產(chǎn)生裝置1、第二 X射線產(chǎn)生裝置3采用高壓射線發(fā)生器，例如X光機(jī)等III類輻射裝置。所述探測(cè)器為半導(dǎo)體探測(cè)器或閃爍體GOS線陣探測(cè)器。[0026]進(jìn)一步地，為了保證所測(cè)得的數(shù)據(jù)的代表性、實(shí)時(shí)性，以及提高對(duì)X射線的輻射防護(hù)，X射線信號(hào)發(fā)射與接收裝置均采用準(zhǔn)直技術(shù)，在所述第一 X射線產(chǎn)生裝置1、第一探測(cè)器 2與第一管道之間、所述第二 X射線產(chǎn)生裝置3、第二探測(cè)器4與第二管道之間均設(shè)置有準(zhǔn)直器。設(shè)置鉛皮箱體作為屏蔽箱體包裹X射線通道，即所述氣液含率測(cè)試系統(tǒng)與水油含率測(cè)試系統(tǒng)?！0027]利用本實(shí)用新型所述在線測(cè)量油水氣多相流含率的裝置進(jìn)行多相流含率測(cè)量時(shí)， 主控計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制第一發(fā)生控制器與第二發(fā)生控制器，使第一 X射線產(chǎn)生裝置I與第二 X射線產(chǎn)生裝置3分別發(fā)射出IOOkeV以上的X射線和65keV以下的X射線，主控計(jì)算機(jī)根據(jù)第一探測(cè)器2與第二探測(cè)器4接收到的出射X射線數(shù)據(jù)得出氣相與液相的比例、油和水的比例，并計(jì)算得到各相含率。[0028]以下列舉利用本實(shí)用新型所述裝置進(jìn)行多相流含率測(cè)量的過程和結(jié)果。[0029]( I)利用水油含率測(cè)試系統(tǒng)對(duì)油與水兩相含率測(cè)量[0030]管道內(nèi)傳輸壓力O.1MPa，溫度40°C;管道內(nèi)部無氣體，全部為碳水化合物和水構(gòu)成的液相。設(shè)置X光機(jī)的管電壓為60KV，管電流為O. 5mA,閃爍體GOS線陣探測(cè)器的積分時(shí)間 3ms,管道內(nèi)徑80mm,氣液含率測(cè)試系統(tǒng)的X光機(jī)與探測(cè)器處于關(guān)閉狀態(tài)。[0031]表I兩相標(biāo)定與盲樣測(cè)試結(jié)果
權(quán)利要求1.一種在線測(cè)量油水氣多相流含率的裝置，其特征在于，包括主控計(jì)算機(jī)、氣液含率測(cè)試系統(tǒng)和水油含率測(cè)試系統(tǒng)，所述氣液含率測(cè)試系統(tǒng)包括第一發(fā)生控制器、第一 X射線產(chǎn)生裝置(I)、第一探測(cè)器(2)，所述第一發(fā)生控制器由主控計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制、并與第一 X射線產(chǎn)生裝置(I)電連接，所述第一探測(cè)器(2)與主控計(jì)算機(jī)相連，所述第一 X射線產(chǎn)生裝置(O與第一探測(cè)器(2)分別置于第一管道的兩側(cè)；所述水油含率測(cè)試系統(tǒng)，包括第二發(fā)生控制器、第二 X射線產(chǎn)生裝置(3)、第二探測(cè)器(4)，所述第二發(fā)生控制器由主控計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制、并與第二 X射線產(chǎn)生裝置(3)電連接，所述第二探測(cè)器(4)與主控計(jì)算機(jī)相連，所述第二X射線產(chǎn)生裝置(3)與第二探測(cè)器(4)分別置于第二管道的兩側(cè)；所述第一管道與第二管道相連通、且所述第一管道與第二管道相之間設(shè)置有氣液分離裝置(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線測(cè)量油水氣多相流含率的裝置，其特征在于，所述第一X射線產(chǎn)生裝置(I)、第一探測(cè)器(2)與第一管道之間、所述第二 X射線產(chǎn)生裝置(3)、第二探測(cè)器(4)與第二管道之間均設(shè)置有準(zhǔn)直器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線測(cè)量油水氣多相流含率的裝置，其特征在于，所述第一X射線產(chǎn)生裝置(I )、第二 X射線產(chǎn)生裝置(3)為X光機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線測(cè)量油水氣多相流含率的裝置，其特征在于，所述探測(cè)器為半導(dǎo)體探測(cè)器、閃爍體探測(cè)器中的一種。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種在線測(cè)量油水氣多相流含率的裝置，包括主控計(jì)算機(jī)、氣液含率測(cè)試系統(tǒng)和水油含率測(cè)試系統(tǒng)、設(shè)置于氣液含率測(cè)試系統(tǒng)和水油含率測(cè)試系統(tǒng)之間的氣液分離裝置。本實(shí)用新型的既解決了待測(cè)樣品對(duì)測(cè)量設(shè)備腐蝕嚴(yán)重的問題，又便于輻射防護(hù)。在高含氣、高凝點(diǎn)原油、高流速情況下依舊能夠保持高準(zhǔn)確性，提高了測(cè)試結(jié)果的可靠性。所述裝置緊緊依附于管道上，占據(jù)空間?。荒軌?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，無需工作人員值守。
文檔編號(hào)G01N23/04GK202854065SQ20122042054
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
發(fā)明者賀江林, 曹建 申請(qǐng)人:北京乾達(dá)源科技有限公司