油水混合液第二組分體積分數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原油時，出現油內含水的工況。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不同引起的測量誤差比油中含水大。

  在流程工業中，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）校準的流量相比，測量結果會有一定偏差。對該問題，20世紀90年代英國Hertfordshire大學針對油水混合液中第二組分液體體積分數對多種流量儀表做流量測量影響的實驗研究。 筆者曾轉述其中科里奧利質量流量計和渦街流量計兩種新型流量儀表的研究。然而在石油工業常用渦 輪流量計（TUF）測量中低黏度的成品油和輕質原油時，出現油內含水的工況，為此筆者進一步分析討論第二組分體積分數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）的多相流國家標準裝置A和油水混合回路稱重系統校準裝置A上進行。A裝置用于校準100mmTUF，油和水分別由各自參比（標準）流量計測量；B裝置用于校準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），第二組分體積分數分別為3%，6%，9%，12%，15%。

2 結果與討論

  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高體積分數數據點曲線。    

  油水混合液在水平管道內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；當進入渦輪葉片轉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）第二組分體積分數引起的誤差變化。從圖1～圖6可以看出第二組分體積分數在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增加，誤差則沿y軸負向變化。

3 結束語

  兩種渦輪葉片流量計測量液液雙相流時，第二組分體積分數變化的效應對（0.2%～0.5%）R準確度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，相當于標準管徑流速1.53m/s。實驗表明TUF測量值低于該值時，第二組分體積分數變化引起誤差變化較大。這*速已接近流程工業常用經濟流速1.5～3.0m/s的下限。因此，必要時應縮小儀表口徑以提高流速減小第二組分體積分數變化的影響。

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