[导读] 为实现天然气集输过程的气液气液两相在线计量，通过对两相流孔板差压噪声的深入研究，建立了测量气液两相流质量流量和干度的理论模型。在此基础上，采用8089单片机研制的“气液两相流双参数测量仪”，只需用一块标准锐边孔板，配以合适的差压变送器和压力变送器，即可实现气液两相流质量流量和干度的双参数测量，其相对均方偏差分别为±9.0%和±6.5%。
1 气液两相流计量技术的概述
气液两相流是石油、化工、动力等工业领域常见的流动工况，但气液两相流体的流量测量方法却一直是国际上没有很好解决的一个难题。目前工程上的解决方案仍然是分离法，即首先应用分离设备将气液两相流体分离成单相流体，然后再用单相流量计进行测量。
2 新型孔板差压噪声测量气液两相流原理的基本介绍
由于两相流动的随机性在测量过程中产生的噪声。根据传统的测量理论，此噪声仅仅是检测系统中的干扰信号。按照现代检测理论的观点，噪声也是过程系统输出的一种信息。通过对噪声机理的分析，建立噪声的统计滤波模型，便可获得噪声与被检测变量相关的定量信息，从而建立噪声检测两相流的实用理论模型，实现两相流的双参数检测。
3 测量原理
根据清华大学多年的理论和实验研究，并经过气液两相流测量工程试验检验，有：
式中：G：t/h或kg/h，质量流量；
X：%，质量含气率，即天然气气所占百分比；
A：孔板常数，由管道直径，β值等所确定；
△P：kPa，测量差压平均值；
差压脉动（方差）与差压平均值之比；
这样，应用一块标准节流孔板，配以差压变送器、压力变送器，就可以以根据差压测量平均值及其方差，计算出天然气、凝析液两相流的流量和干度。
4 气液两相流双参数测量仪的结构和工作原理
清华大学核能与新能源技术研究院经过多年研究形成的两相流计量技术与乌鲁木齐昌晖自动化仪表有限公司一体化孔板流量计及气液两相流量积算仪技术相结合，在Z-80单板机型气液两相流双参数测量仪的基础上，采用8098单片机研制成功新型仪表。仪表的核心是8098CPU，配置32kBROM、8kBRAM、8位LED和8个按键；并有D/A输出、RS232通讯接口和微型打印机。仪表内部采用开关稳压电源供电。
来自压力变送器和差压（流量）变送器的4mA～20mA直流信号经I/V转换变成1～5V直流电压信号，再经A/D变换成数字量；机内设有实时时钟，定时采样得到的信号经过数字滤波和统计估计获得P、△P和△P0的值，按照实用数学模型便可算得气液两相流的干度、质量流量和携带热量；同时根据表内的实时时钟对流量和热量进行累积运算。计算过程所需的气、水密度和热焓由相应的子程序获得。键盘和LED分别用于常数设置和结果显示；微型打印机可定时或立即打印各项结果；D/A接口可输出干度信号用于控制；RS232接口可与上位机连接进行通讯。
设计通过8089单片机实现对D/A转换芯片和A/D转换芯片的控制，将采集的工具面角、井斜角等模拟信号转换为数字信息，经过CPU运算产生控制量，并由D/A转换成模拟量，控制电机。系统经A/D采样，D/A输出、与主控单片机形成控制系统。
5 SWP-L628-T天然气、凝析液两相流量计计量精度测试
5.1 试验目的
针对气田单井产液量计量误差大和气井产液无法计量的现状，开展气液两相流量计在线计量现场试验，目的是检验SWP-L628-T天然气、凝析液两相流量计的计量精度，掌握气液两相实时在线连续计量技术。
5.2 设备简介
SWP-L628-T天然气、凝析液两相流量计计量方式属于压差式计量，设备主要由：节流孔板装置、差压变送器、压力变送器、紊流直管段及两相流量积算仪组成。
技术指标：
a．主要功能
天然气、凝析液混合流体压力、天然气流量、凝析液流量以及累计流量的计量，既可以显示当前测量值，又可存储并追溯历史数据。
b．测量范围
天然气质量含量大于85%混合流体质量。
c．测量精度
天然气流量误差5%左右。
d．安装参数
额定压力：30MPa
流量范围：0～10Nm3/d
精度等级：±3%
介质温度：≤100℃
设备接口：DN80焊接法兰
5.3 现场试验
本次试验主要验证气液两相在线计量技术的成熟程度。由于该装置目前处于试验阶段，流量积算仪电源从集气站提供。按参数记录表录取分离器排液前后液位高度，每天抄录。
5.4 试验情况总结
试验结果在误差范围±5%内。
气液两相流量计与计量分离器相比有以下特点。
（1）对油气进行连续、在线、自动测量，可实现无人值守。气液两相流量计可测出日产水、气的量以及井口压力、温度数据，并把它们显示、打印出来。如果与多路阀结合使用，可实现单井无人计量。
（2）系统质量轻，结构紧凑，占地面积小。
（3）无任何可动部件，除了孔板其他几乎不需要维护。气液两相流量计基本上由传感器和探测器组成，没有可动部件，不需要维护；而常规计量分离器有液面控制器、流量计、孔板、控制阀等，需要定期维护、更换和标定。
（4）投资少，操作费少。考虑到日常维护费用、占用平台面积等间接因素，选用气液两相流量计将会带来更大的经济效益。
参考文献
[1]佟允宪，王文然，仲朔平，等.孔板在两相流中的相分离效应与两相流湿度测量[J].清华大学学报，1991，31（3）：12～16.
[2]王文然，佟允宪，马昌文，等.利用孔板噪声测量两相流量和干度的研究[J].清华大学学报，1993，33（S3）：117～123.