NL192543C

NL192543C - Apparaat voor het meten van een tweefasenstroming.

Info

Publication number: NL192543C
Application number: NL8403966A
Authority: NL
Inventors: Marcel Arnaudeau; Philippe Rousset
Original assignee: Inst Francais Du Petrole
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1984-12-28
Publication date: 1997-09-02
Also published as: NO159881C; DE3447656C2; NO159881B; FR2557690A1; IT1179901B; DE3447656A1; US4817439A; ES539531A0; BE901408A; NL8403966A; GB2152213B; ES8701378A1; IT8468289A0; JPS60227127A; NL192543B; AU3724685A; AU573669B2; GB2152213A; CA1232683A; JPH0560046B2

Description

1 192543

Apparaat voor het meten van een tweefasenstromlng

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een apparaat voor het meten van een tweefasenstroming omvattende een inrichting, die door invloed van centrifugaaikrachten een coaxiaal gelaagde stroming van 5 het tweefasenfluTdum met een buitenste vloeibare laag en een binnenste gasvormige laag voortbrengt, als ook inrichtingen voor het meten van de dikte en stroomsnelheid van de vloeibare laag.

Een dergelijk apparaat is bekend uit het Amerikaans odrooischrift 4.282.760. Bij dit apparaat wordt onder invloed van centrifugaaikrachten een coaxiaal gelaagde stroming van een buitenste vloeibare laag en een binnenste gasvormige laag tot stand gebracht door de tweefasenstroming door een ringvormige leiding rond 10 te leiden. Dit apparaat is verder voorzien van drukverschilmeetinrichtingen voor het meten van stromingssnelheden en met behulp van γ-straling werkzame dichtheidsmeters. Het uit het Amerikaanse octrooi schrift US-4.282.760 bekende apparaat heeft als nadelen dat het relatief veel ruimte inneemt en dat ten gevolge van het relatief grote aantal te meten parameters de te bepalen parameters een relatief grote fout vertonen.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel het verschaffen van een inrichting, die het in het bijzonder 15 mogelijk maakt de waarden van de hoeveelheden van elk van de twee fasen en de voiumetrische verhouding van het tweefasenfluTdum nauwkeurig te meten.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat de inrichting voor het voortbrengen van de coaxiaal gelaagde stroming een in een stationaire buisvormige behuizing ondersteunde buisvormige, door het fluïdum doorstroomde en onafhankelijk hiervan aangedreven rotor omvat die de coaxiaal gerichte stroming 20 in rotatiebeweging rond de rotatiehartlijn brengt, en doordat de inrichtingen voor het meten van de dikte en de stroomsnelheid van de vloeibare laag zijn aangebracht in de behuizing achter de uitlaat van de rotor. Met een dergelijk apparaat volgens de uitvinding kan men het tweefasenfluTdum in draaiing brengen rond een langsas ten einde een coaxiale stroming op te wekken die een turbulente laag heeft gevormd uit gasvormige fase omgeven door een turbulente laag gevormd door vloeistoffase, kan men stroomafwaarts van het 25 gebied waar het tweefasenfluTdum in draaiing is gebracht enerzijds de dikte van de turbulente lagen van de vloeistoffase en gasvormige fase meten en anderzijds de stroomsnelheid van ten minste de vloeistoffase. Uitgaande van de gemeten waarden van de dikte en de snelheid kan men dan door vergelijking met mathematische en/of experimentele modellen de hoeveelheid met betrekking tot het volume en de massa van elke fase bepalen, alsmede de voiumetrische verhouding van de gasfase en de vloeistoffase onder de 30 thermodynamische omstandigheden van het tweefasenfluTdum. De dikte van de respectieve lagen wordt door een verschilmeting van de absorptie van γ-straling in die fasen gemeten. De inrichting voor het meten van de stroomsnelheid is bij voorkeur van het Doppler-effecttype.

Ter verhoging van de meetnauwkeurigheid in gevallen waarbij de voiumetrische verhouding groot is en waarbij de dikte van de vloeistoflaag dan gering is, is het volgens de uitvinding voordelig wanneer het 35 apparaat een inrichting omvat voor het toevoeren van een extra geregelde hoeveelheid vloeistof, in het bijzonder water, bij de toevoer van de rotor.

De meetnauwkeurigheid kan volgens de uitvinding in dergelijke gevallen ook of verder worden verbeterd, wanneer de rotor door middel van een elektrische motor een regelbaar toerental is aan te drijven.

De inrichting voor het toevoeren van een hoeveelheid vloeistof kan bijvoorbeeld van het soort zijn, zoals 40 is beschreven in de Franse octrooiaanvraag 8.217.245.

In het nu volgende zal een bijzondere uitvoeringswijze van de uitvinding met verwijzing naar de tekening beschreven worden, waarin: figuur 1 een schematisch axiaal doorsnede-aanzicht is van een meetinrichting volgens de uitvinding, 45 figuur 2 een overeenkomstig aanzicht is, eveneens in axiale doorsnede, maar op vergrote schaal, van het meetgebied van de inrichting, figuur 3 een doorsnede-aanzicht is volgens de lijn III—III uit figuur 2, figuur 4 de variatie in dikte van de vloeistoflaag van een coaxiale tweefasenstroming toont als functie van de voiumetrische verhouding gasfase/vloeistoffase voor verschillende rotatiesnelheden en een gelijkblijvende 50 hoeveelheid vloeistof, figuur 5 de variatie van deze zelfde dikte toont als functie van de voiumetrische verhouding voor verschillende hoeveelheden van de vloeistoffase bij gelijkblijvende rotatiesnelheid, figuur 6 de variatie van de snelheid van de vloeistoffase als functie van de voiumetrische verhouding toont voor verschillende hoeveelheden vloeistof met gelijkblijvende rotatiesnelheid, en 55 figuur 7 de variatie van de snelheid van de vloeistoffase als functie van de voiumetrische verhouding toont voor verschillende rotatiesnelheden bij gelijkblijvende vloeistofhoeveelheid.

192543 2 D© in figuren 1 tot ©n met 3 afgebeelde meetinrichting omvat in hoofdzaak ©en uitwendig vast buisvormig omhulsel 1 in het inwendige waarvan coaxiaal een inwendig buisvormig omhulsel 2 aangebracht is, dat in draaiing gebracht kan worden door een motor 3 met variabele snelheid, door tussenkomst van een as 4.

Een inspuitinrichtig 5 voor vloeistof, zoals bijvoorbeeld beschreven in de Franse octrooiaanvrage 5 8.217.245, is aanwezig bij de inlaat van de inrichting en wordt gevoed door een pomp 6. De meetkamer 7 is direct stroomafwaarts van het inwendige omhulsel 2 aangebracht en wordt gevolgd door een stroom-regelinrichting van enig bekende soort die aan de uitlaat 9 van de inrichting voorafgaat.

Van een Doppler-zender 10 en een overeenkomstige ontvanger 11 zijn de bijbehorende overdragers aangebracht in de meetkamer 7 langs een beschrijvende lijn van het uitwendige buisvormige omhulsel 1.

10 Een γ-stralingsbron 12 en de overeenkomstige ontvangers 13 zijn aangebracht in eenzelfde transversaal vlak dat loodrecht op de as 4 staat.

De inlaten en uitlaten van de meetorganen 10,11,12 en 13 zijn met een behandelingseenheid 14 verbonden, die eveneens ingericht is om de werking van de pomp 6 en van de motor met variabele snelheid 3 te sturen.

15 Tijdens bedrijf veroorzaakt de motor, die het buisvormige omhulsel 2 aandrijft, het in draaiing brengen van het tweefasenfluïdum, dat zodanig in de inrichting binnentreedt dat bij de uitlaat van dit omhulsel dit fluïdum aanwezig is in de vorm van een inwendige buisvormige stroming van gas 15 en een uitwendige buisvormige stroming van vloeistof 16. De stroming van gas heeft een axiale snelheid VG en de vloeistof- stroming heeft een axiale snelheid VL. __ 20 De snelheid VL wordt rechtstreeks bepaald door het Doppler-stelsel 10,11 terwijl de dikte e van de vloeistof laag bepaald wordt door de behandelingseenheid 14 uitgaande van de signalen verkregen door de ontvangers 13. De γ-straling wordt in feite in hoofdzaak geabsorbeerd door de vloeistoffase zodat deze signalen representatief voor de dikte e zijn.

Het is bekend dat voor een bepaalde geometrie van de inrichting, voor een bepaalde rotatiesnelheid van 25 het omhulsel 2, en voor een bepaalde hoeveelheid tweefasenfluïdum en een bepaalde volumetrische verhouding, de dikte e van de vloeistoflaag alsmede de snelheden V Q en VL van elke fase bepaald zijn.

Dientengevolge maakt de kennis van de dikte van de lagen en de snelheid daarvan het mogelijk door vergelijking met vooraf vastgestelde modellen, de waarden van de hoeveelheden met betrekking tot het volume en de massa te bepalen alsmede de werkelijke volumetrische verhouding, rekening houdend met de 30 glijsnelheden van de fasen.

Figuren 4 tot en met 7 stellen voorbeelden van dergelijke verbanden voor tussen enerzijds de dikte e en de snelheid VL en anderzijds de volumetrische verhouding (GOR).

Feitelijk is in deze grafieken de dikte van de vloeistoflaag herleid tot de dimensieloze grootte e 35 Re-Ri waarin Re de inwendige straal van het omhulsel 1 is en R, de uitwendige straal van de as 4 is.

Deze krommen tonen dat, indien de dikte e van de vloeistoflaag en de axiale snelheid VL alsmede de rotatiesnelheid co van de motor 3 bekend zijn, men daar ten eerste de volumetrische verhouding GOR uit af 40 kan leiden gevolgd door de hoeveelheid vloeistof QL, waaruit men vervolgens de hoeveelheid gas bepaalt.

In het geval waarin de volumetrische verhouding te groot is, dat wil zeggen waarin de dikte e te gering is om de meting met behulp van de γ-ontvangers 13 te verwezenlijken, kan de behandelingseenheid 14 de werking van de pomp 6 sturen, dat wil zeggen de hoeveelheid QL vergroten, hetgeen ten doel heeft de dikte e te vergroten hetgeen blijkt uit figuur 5. De eenheid 14 kan eveneens een vermindering van de rotatie-45 snelheid sturen hetgeen dezelfde invloed op de dikte e heeft zoals blijkt uit figuur 4. Uit de nieuw verkregen waarden e en VL kan men de volumetrische verhouding en de gewijzigde hoeveelheid vloeistof bepalen, en door het bekend zijn van het verschil van draaisnelheid of verschil van de hoeveelheid vloeistof na en voor de wijziging, teruggaan naar de dikte e en de snelheid VL voor wijziging.

In praktijk worden de metingen met een bepaalde frequentie uitgevoerd, en elke momentane wezenlijke 50 afwijking ten opzichte van de gemiddelde eerdere metingen brengt het ontkoppelen van de pomp 6 mee om de hoeveelheid vloeistof te vergroten of een wijziging van de rotatiesnelheid van de motor 3 teneinde een nauwkeurige meting te verwezenlijken.

Claims

1. Apparaat voor het meten van een tweefasenstroming omvattende een inrichting, die door invloed van centiifugaalkrachten een coaxiaal gelaagde stroming van het tweefasenfluïdum met een buitenste vloeibare 5 laag en een binnenste gasvormige laag voortbrengt, alsook inrichtingen voor het meten van de dikte en stroomsnelheid van de vloeibare laag, met het kenmerk, dat de inrichting voor het voortbrengen van de coaxiaal gelaagde stroming een in een stationaire buisvormige behuizing (1) ondersteunde buisvormige, door het fluïdum doorstroomde en onafhankelijk hiervan aangedreven rotor (2) omvat die coaxiaal gerichte stroming in rotatiebeweging rond de rotatiehartlijn brengt, en dat de inrichtingen (10,11,12,13) voor het 10 meten van de dikte (e) en de stroomsnelheid (VJ van de vloeibare laag zijn aangebracht in de behuizing (1) achter de uitlaat van de rotor (2).

2. Apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de inrichting (10,11) voor het meten van de stroomsnelheid (VL) van het Doppler-effecttype is.

3. Apparaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat deze een inrichting (5, 6) omvat voor het 15 toevoeren van een extra geregelde hoeveelheid vloeistof, in het bijzonder water, bij de toevoer van de rotor (2).

3 192543

4. Apparaat volgens één van de conclusies 1 t/m 3, met het kenmerk, dat de rotor (2) door middel van een elektrische motor (3) met een regelbaar toerental is aan te drijven. Hierbij 2 bladen tekening