油气井工程测量理论与方法4-2(流量计)

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1、一、概述（一） 流量的定义和单位流量：指流经管道（或设备）某一截面的流体数量。随着工艺要求不同，它的测量又可分为瞬时流量和累积流量的测量。瞬时流量：单位时间内流经某一截面的流体数量。它可以分别用体积流量和质量流量来表示。体积流量:单位时间内流过某一有效截面的的流体体积，可用Q表示为：Q＝VA式中：V—某一有效截面处的平均流速；A—流体通过的有效截面积。常用的单位为：立方米每小时（m3／h），升每小时（l／h）等第四章  流量测量质量流量：单位时间内流经某一有效截面的的流体质量。常用M表示，若流体的密度是ρ，则体积流量与质量流量

2、之间的关系是：M＝Qρ＝VAρ式中：M—质量流量；V、A同前式。常用的单位为：吨每小时（t／h），千克每小时（kg／h）等。流量测量（续）（二） 流量测量仪表的分类流量测量的方法很多，其测量原理和所采用的仪表结构形式各不相同。目前有许多种流量测量的分类方法，我们仅按其中一种分类方法简介如下：（1）速度式流量计主要是以测量流体在管道内的流动速度作为测量依据的测量仪表。例如：差压式流量计、电磁流量计、涡轮流量计等。（2）容积式流量计主要利用流体在单位时间内连续通过固定容积的数目作为测量依据的测量仪表。例如：椭圆齿轮流量计、腰轮（罗

3、茨）流量计、刮板流量计等。流量测量（续）二、体积流量计（一）电磁流量计原理与结构电磁流量计的基本原理是基于电磁感应定律。导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁力线时，与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势被测介质的流量经检测部分变换成感应电势，然后再由转换部分将感应电势转换成标准的统一直流信号进行输出，以便进行指示、记录或与电动单元组合仪表配套使用。流量测量（续）电磁流量计的基本工作原理图和外形结构如下：基本工作原理图流量测量（续）感应电势的方向由右手定则（发电机原理）判断。电磁流量计（续）大小由下式确定：Ex＝CB

4、DV式中：Ex—感应电势，V（伏）；B—磁感应强度，T（特斯拉）D—管道直径，即流体垂直切割磁力线的长度，m（米）V—垂直于磁力线方向的液体流速，m/s（米每秒）C—单位换算系数。由流量传感器和转换器两大部分组成。传感器典型结构示意如图2，测量管上下装有激磁线圈，通激磁电流后产生磁场穿过测量管，一对电极装在测量管内壁与液体相接触，引出感应电势，送到转换器。激磁电流则由转换器提供。电磁流量计（续）感应电势大小由下式确定：式中：Ex—感应电势，V（伏）；B—磁感应强度，T（特斯拉）D—管道直径，即流体垂直切割磁力线的长度，m（米）

5、V—垂直于磁力线方向的液体流速，m/s（米每秒）C—比例系数，即单位换算系数。体积流量Q（m3/s）与流速的关系为：将此式代入式（1）得：式中：K—仪表常数=4CB/πD，取决于磁感应强度B,管道直径D的大小。由上式可见感应电势的大小与体积流量之间具有线性关系，因而仪表具有均匀刻度。电磁流量计（续）Ex＝CBDV（1)外形结构图电磁流量计（续）特点及使用电磁流量计的测量管内光滑无阻，所以压力损失极小。在采用防腐衬里的条件下，可以测量腐蚀性液体和含有固体颗粒及悬浮物等液体的流体流量。其输出信号与流量之间的关系不受液体的物理性质（

6、如温度、压力、粘度、密度等）变化的影响；流动状态（如层流、紊流、脉动流）对示值影响很小。流量计口径从几毫米至1米以上，精度可达0.5级。电磁流量计（续）特点及使用电磁流量计要求被测液体的电导率不小于5×10－6S/cm，因而不能测量气体蒸气以及石油制品等电导率很小的液体流量。由于感应电势的数值很小，所以要引入高放大倍数的放大器，由此而造成测量系统结构复杂、成本较高，并且很容易受外界电磁场干扰的影响，在使用不当时会较大地影响仪表的精度。要根据被测液体的种类、性能、压力、温度和腐蚀性等选择适宜的电极和内衬。电磁流量计（续）近年来

7、，电磁流量计已由四线制朝着二线制智能化的方向发展。采用微处理机进行信号噪声处理，提高了信噪比，降低了功耗，精度可达0.5级。电磁流量计（续）（二）差压式流量计1、节流原理分析差压式流量计是测量流体流经节流装置所产生的静压差来显示流量大小的一种流量计。它由节流装置（包括节流件和取压装置）、引压管路和三阀组与差压计三部分组成，如图所示。差压式流量计发展较早，成为工业上应用最广泛的管流流量计。差压式流量计的组成体积流量计（续）节流装置：节流装置是设置在管道中能使流体产生局部收缩的节流元件和取压装置的总称。严格地说，只要在管道中安置一

8、个具有任意形状开孔截面的阻流体，均可产生节流现象，并且在阻流体两侧会有相应的流量与差压的关系。但是，这些关系并不一定都能满足流量测量的要求，只有差压与流量之间存在比较稳定的关系，且重复性又较好的节流元件才有实用价值，常用的节流元件有同心圆孔板、喷嘴、文丘利管等。以节流装置中典