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基于Coriolis质量流量计和同轴电导传感器的含油率测量研究

作　者: 吴东月
导　师: 王超
学　校: 天津大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 油、水两相流 Coriolis质量流量计含油率持油率同轴电导传感器油水分布持油率与含油率关系
分类号: TP212
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

油、水两相流广泛存在于原油的开采及输送过程中。含油率是油、水两相流动过程中一个非常重要的参数。本文对利用双U型Coriolis质量流量计和同轴电导传感器测量油、水两相流的持油率以及测量持油率与实际含油率之间关系进行了研究,本文主要完成工作有:1.利用Coriolis质量流量计测量油、水两相流持油率的实验发现:装置参考含油率与测量持油率的比值Y随着含油率的增加,呈现一种先变大后变小的规律。由于U型管的结构复杂,不能从理论上直接分析倒U型规律是否为U型管Coriolis质量流量计测量油、水两相流的固有规律。接下来,本文从油、水两相流的流动机理及质量流量计测量原理出发,对U型管Coriolis质量流量计测量油、水两相流持油率进行了三维计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)仿真研究。仿真得到的持油率与含油率之间的关系也存在与实验测量结果相似的变化规律,表明了利用U型管Coriolis质量流量计测量油、水两相流的持油率与实际含油率间确实存在这种先增大后减小的规律。2.在考察现有电导传感器结构基础上,设计了带有保护电极的同轴电导传感器及测量系统,并对同轴电导传感器的结构尺寸进行了优化设计。之后利用按照优化的结构、尺寸加工的同轴电导传感器对油、水两相流进行了实验研究。将同轴电导传感器测量结果代入不同的模型计算持油率,发现在含油率低于50%时,使用Maxwell模型测量持油率与参考含油率之间的偏差最小,均在2%以内;含油率在50%~70%之间,使用Maxwell模型与Brrugenman模型的均值作为测量值效果较好,测量持油率与含油率的偏差在6%以内。3.对垂直安装的同轴电导传感器测量油、水两相流的持油率与含油率之间的关系进行了研究。实验发现垂直上升管与垂直下降管中,都存在含油率与持油率的比值Y随着含油率的增加由大于1变为小于1的变化规律。进一步分析表明该规律是由垂直管道中油、水两相流的分布引起的,是垂直管中测量持油率与含油率关系的固有规律。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-28
  1.1 课题研究的意义  9-10
  1.2 油水两相流的主要参数  10-17
    1.2.1 体积流量和质量流量  10
    1.2.2 流型  10-13
    1.2.3 分相含率  13-14
    1.2.4 速度  14-15
    1.2.5 混合密度与混合黏度  15-17
  1.3 常用油、水两相流持油率在线测量方法  17-25
    1.3.1 基于密度差异的持油率在线测量方法  17-20
    1.3.2 基于电导率差异的持油率在线测量方法  20
    1.3.3 基于介电常数差异的持油率在线测量方法  20-22
    1.3.4 基于比热差异的持油率在线测量方法  22
    1.3.5 基于射线衰减系数差异的持油率在线测量方法  22-23
    1.3.6 基于超声波速度及散射率差异的持油率在线测量方法  23-24
    1.3.7 本文使用的测量方法  24-25
  1.4 本文工作及创新点  25-27
    1.4.1 本文主要完成工作  25-26
    1.4.2 本文主要创新点  26-27
  1.5 本文组织结构  27-28
第二章提高Coriolis 流量计持油率测量精度的研究  28-42
  2.1 Coriolis 流量计测量油水两相流持油率影响因素分析  28-34
    2.1.1 油密度精度对持油率测量精度的影响分析  28-30
    2.1.2 水密度对持油率测量精度的影响分析  30-32
    2.1.3 混合密度的测量精度对持油率测量精度的影响  32-34
  2.2 Coriolis 质量流量计测量持油率实验研究  34-41
    2.2.1 实验系统简介  34-36
    2.2.2 Coriolis 质量流量计测量单相流  36-38
    2.2.3 温度补偿方法  38-41
  2.3 小结  41-42
第三章 Coriolis 流量计测量持油率与实际含油率的关系研究  42-59
  3.1 Coriolis 质量流量计密度测量原理  42-43
  3.2 持油率与含油率的关系实验研究  43-47
    3.2.1 研究现状  43-44
    3.2.2 实验研究  44-47
  3.3 持油率与含油率关系的CFD 分析  47-57
    3.3.1 建立模型划分网格  47
    3.3.2 多相流模型选择  47-48
    3.3.3 Mixture 模型  48-49
    3.3.4 湍流模型选择  49-50
    3.3.5 仿真结果及处理  50-57
  3.4 小结  57-59
第四章同轴电导传感器及测量系统设计  59-78
  4.1 电导传感器结构设计  59-63
    4.1.1 电导法相含率测量的传感器结构总结与分析  59-62
    4.1.2 同轴电导传感器设计  62-63
  4.2 电极尺寸设计  63-71
    4.2.1 传感器半径设计  63-66
    4.2.2 传感器长度设计  66-67
    4.2.3 保护电极长度设计  67-71
  4.3 测量系统设计  71-77
    4.3.1 测量系统总体结构  71-72
    4.3.2 信号源模块  72-73
    4.3.3 前端调理模块  73-75
    4.3.4 乘法解调模块  75-76
    4.3.5 测量系统硬件平台  76-77
  4.4 小结  77-78
第五章同轴电导传感器测量持油率研究  78-92
  5.1 系统持油率测量原理  78-80
  5.2 油、水两相流实验研究  80-84
    5.2.1 激励频率选取  80-81
    5.2.2 油、水两相流的阻值测量  81-84
  5.3 持油率计算模型研究  84-87
    5.3.1 持油率测量模型  84-85
    5.3.2 持油率测量模型的选择  85-87
  5.4 垂直管道持油率与含油率关系研究  87-90
  5.5 小结  90-92
第六章油、水两相流含少量气条件下含油率测量的初步探索  92-97
  6.1 概述  92-93
  6.2 溶解气对含油率测量的影响  93-94
  6.3 Coriolis 质量流量计与电导法融合测量持油率  94-96
  6.4 小结  96-97
第七章总结与建议  97-100
  7.1 总结  97-98
  7.2 建议  98-100
参考文献  100-108
发表论文和参加科研情况说明  108-109
致谢  109

基于Coriolis质量流量计和同轴电导传感器的含油率测量研究

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