NL8403966A

NL8403966A - Werkwijze en inrichting voor het meten van de hoeveelheden vloeistof- en gasvormige fase van een stromend tweefasenfluidum.

Info

Publication number: NL8403966A
Application number: NL8403966A
Authority: NL
Original assignee: Inst Francais Du Petrole
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1984-12-28
Publication date: 1985-07-16
Also published as: NL192543C; NO159881C; DE3447656C2; NO159881B; FR2557690A1; IT1179901B; DE3447656A1; US4817439A; ES539531A0; BE901408A; GB2152213B; ES8701378A1; IT8468289A0; JPS60227127A; NL192543B; AU3724685A; AU573669B2; GB2152213A; CA1232683A; JPH0560046B2

Description

N032945 1

Werkwijze en inrichting voor het meten van de hoeveelheden vloeistof” en gasvormige fase van een stromend tweefasenfluïdum.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor het meten van de hoeveelheden vloeistof- en gasvormige fase van een stromend tweefasenfluïdum.

Uit bijvoorbeeld de Franse octrooiaanvrage 7.931.031 zijn reeds 5 pompinrichtingen bekend voor een tweefasenfluïdum, bestaande uit een mengsel van vloeistof en een niet in de vloeistof opgelost gas. Deze inrichtingen werken behalve voor waarden van de hoeveelheden van de twee fasen en de volumetrische verhouding gasfase/vloeistoffase (GOR), onder thermodynamische stroomomstandigheden, die tussen bepaalde gren-10 zen liggen die afhankelijk zijn van de geometrie en de kinematika van de inrichting in het geheel niet bevredigend. Het is daarom het doel om regeltoestellen te verwezenlijken die het mogelijk maken bij de inlaat van de pomp verhoudingsgewijs gelijkblijvende hoeveelheden alsmede volumetrische verhoudingen te verzekeren.

15 Om de werking van deze regelinrichtingen mogelijk te maken, is het bijgevolg nodig nauwkeurig de waarden van de hoeveelheden van elk,van de twee fasen en de volumetrische verhouding van het tweefasenfluïdum stroomopwaarts te meten.

Het is het doel van de uitvinding om in een werkwijze en inrich-20 ting te voorzien, die het mogelijk maken dergelijke maatregelen te verwezenlijken.

Hiertoe heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het meten van de hoeveelheden vloeistof- en gasvormige fase van een stromend tweefasenfluïdum, gekenmerkt doordat men het tweefasenfluïdum in 25 draaiing brengt om een langsas teneinde een coaxiale stroming op te wekken die een turbulente laag heeft gevormd uit gasvormige fase omgeven door een turbulente laag gevormd door vloeistoffase, dat men stroomafwaarts van het gebied waar het tweefasenfluïdum in draaiing gebracht is. enerzijds de dikte van de turbulente lagen van de vloeistof-30 fase en gasvormige fase meet en anderzijds de stroomsnelheid van tenminste de vloeistoffase meet, en dat uitgaande van de geneten waarden van de dikten en de snelheid men door vergelijking met mathematische en/of experimentele modellen de hoeveelheden met betrekking tot het volume en de massa van elke fase bepaalt alsmede de volumetrische verhou-35 ding van de gasvormige fase en de vloeistoffase onder de thermodynamische omstandigheden van het tweefasenfluïdum.

Deze maatregelen kunnen op elke passende wijze verwezenlijkt wor- 8403966

f>y A

2 den, bijvoorbeeld door de techniek van de warme draad of met behulp van een Pitot-buis, maar men bepaalt bij voorkeur de dikte van de respectievelijke lagen door verschilmetingen van absorptie van een ^-straling in die fasen, en stroomsnelheden door het Doppler-effect.

5 In bepaalde gevallen van het uitvoeren van deze werkwijze is de volumetrische verhouding groot, waarbij de dikte van de vloeistof laag dan zeer gering is. De nauwkeurigheid van de metingen kan dan zeer aanzienlijk verbeterd worden indien gedurende een korte tijdsduur de dikte van de vloeistoflaag vergroot wordt. Dit kan verwezenlijkt worden door 10 het uitvoeren van de metingen na het in de stroom tweefasenfluïdum toevoegen van een bepaalde hoeveelheid vloeistof, in het bijzonder water en/of door het wijzigen van de draaiingssnelheid van het tweefasenfluïdum.

Bij een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding verwezenlijkt 15 men de metingen van de dikte en de snelheid met bepaalde tussenruimten en men brengt de toevoeging van extra vloeistof en/of de wijziging van de draaisnelheid van het fluïdum teweeg wanneer de onderhavige waarden van de dikte van de lagen en/of de stroomsnelheden afwijken van de gemiddelde overeenkomstige eerder gemeten waarden.

20 De onderhavige uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrich ting voor het uitvoeren van de hierboven beschreven werkwijze, geken-, merkt doordat deze omvat een uitwendig vast buisvormig omhulsel, een axiale langsas aangebracht in het omhulsel en verbonden met middelen die het in draaiing brengen daarvan mogelijk maken met bepaalde varia-25 bele snelheden, een buisvormig omhulsel coaxiaal aangebracht in het inwendige van het uitwendige omhulsel en dat samen met de as in draaiing gebracht kan'worden, welk inwendig omhulsel zich slechts over een deel van de lengte van het uitwendige omhulsel uitstrekt, middelen voor het inbrengen van een tweefasenfluïdum in het uitwendige omhulsel en uit-30 laatmiddelen voor het tweefasenfluïdum uit het uitwendige omhulsel stroomafwaarts van het inwendige omhulsel, waarbij het uitwendige omhulsel in een gebied liggend tussen het stroomafwaartse uiteinde van het inwendige omhulsel en de uitlaatmiddelen, omvat meetmiddelen voor de dikte van de buisvormige lagen van de gasfase en de vloeistoffase 35 gevormd in het inwendige omhulsel, en meetmiddelen voor de stroomsnelheid van tenminste de vloeistoffase.

Deze meetmiddelen voor de dikte kunnen omvatten een 2f-stralings-bron en een veelheid van opnemers voor ^-straling tegenoverliggend aangebracht en de meetmiddelen voor de stroomsnelheid kunnen van het 40 Doppler-effect soort zijn.

8403956 i 3

Bij een uitvoeringsvorm van de uitvinding waar de voorkeur aan gegeven wordt, zijn middelen aanwezig om een geregelde hoeveelheid vloeistof, in het bijzonder water, stroomopwaarts van het inwendige omhulsel in te brengen.

5 Deze inbrengmiddelen voor een hoeveelheid vloeistof kunnen bij voorbeeld van het soort zijn. beschreven in de Franse octrooiaanvrage 8.217.245.

Op van voordeel zijnde wijze omvat de inrichting volgens de uitvinding een electrische motor met variabele snelheid om de as en het 10 inwendige omhulsel aan te drijven.

Vervolgens zal als niet beperkend voorbeeld een bijzondere uitvoeringswijze van de uitvinding met verwijzing naar de bijgaande tekening beschreven worden, waarin: — figuur 1 een schematisch axiaal doorsnede-aanzicht is van een 15 meetinrichting volgens de uitvinding, — 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 20 figuur 2, — figuur 4 de variatie in dikte van de vloeistoflaag van een coaxiale tweefasenstroming toont als functie van de volumetrische verhouding gasfase/vloeistoffase voor verschillende rotatiesnelheden en een gelijkblijvende hoeveelheid vloeistof, 25 - figuur 5 de variatie van deze zelfde dikte toont als functie van de volumetrische verhouding voor verschillende hoeveelheden van de vloeistoffase bij gelijkblijvende rotatiesnelheid, — figuur 6 de variatie van de snelheid van de vloeistoffase als functie van de volumetrische verhouding toont voor verschillende hoe— 30 veelheden vloeistof met gelijkblijvende rotatiesnelheid, en — figuur 7 de variatie van de snelheid van de vloeistoffase als functie van de volumetrische verhouding toont voor verschillende rotatiesnelheden bij gelijkblijvende vloeistofhoeveelheid.

De in figuur I tot en met 3 afgebeelde meetinrichting omvat in 35 hoofdzaak een 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 snel-heid, door tussenkomst van een as 4.

Een inspuitinrichting 5 voor vloeistof, zoals bijvoorbeeld be-40 schreven in de Franse octrooiaanvrage 8.217.245, is aanwezig bij de in- 84 0 3 ? '6 • 4 laat 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 stroomregelinrichting van enig bekend soort 8 die aan de uitlaat 9 van de inrichting voorafgaat.

5 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.

Een if-stralingsbron 12 en de overeenkomstige ontvangers 13 zijn aangebracht in eenzelfde transversaal vlak dat loodrecht op de as 4 10 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 20 16. De stroming van gas heeft een axiale snelheid Vg en de vloeistof- stroming heeft een axiale snelheid VL.

De snelheid wordt rechtstreeks bepaald door het Doppler-stel-sel 10, 11 terwijl de dikte e van de vloeistoflaag bepaald wordt door de behandelingseenheid 14 uitgaande van signalen verkregen door de ont-25 vangers 13. De ^-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 het omhulsel 2, en voor een be-30 paalde hoeveelheid tweefasenfluïdum en een bepaalde volumetrische verhouding, de dikte e van de vloeistoflaag alsmede de snelheden Vg en 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 35 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 glijsnelheden van de fasen.

Figuur 4 tot en met 7 stellen voorbeelden van dergelijke verbanden voor tussen enerzijds de dikte e en de snelheid en anderzijds de 40 volumetrische verhouding (G0R).

84 0 3 9 δ 6 *· ·'» \ 5

Feitelijk is in deze grafieken de dikte van de vloeistoflaag e herleid tot de dimensieloze grootte Re - R^ 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 V^ alsmede de rotatiesnelheid ω van de motor 3 bekend zijn, men daar ten eerste de volumetrische verhouding GOR uit af kan leiden gevolgd door de hoeveelheid vloeistof Q^, 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 verwezenlijkt met behulp van de l ontvangers 13 wezenlijk te doen zijn, kan de behandelingseenheid 14 de werking van de pomp 6 sturen, dat wil zeggen de hoeveelheid vergroten, hetgeen ten doel heeft de dikte e te ver-^ groten hetgeen blijkt uit figuur 5. De eenheid 14 kan eveneens een vermindering van de rotatiesnelheid sturen hetgeen dezelfde invloed op de dikte e heeft zoals blijkt uit figuur 4. ïïit de nieuw verkregen waarden e en Vj, kan men de volumetrische verhouding en de gewijzigde hoeveelheid vloeistof bepalen, en door het bekend zijn van het verschil van 20 draaisnelheid of verschil van de hoeveelheid vloeistof na en voor de wijziging, teruggaan naar de dikte e en de snelheid voor wijziging.

In praktijk worden de metingen met een bepaalde frequentie uitgevoerd, en elke momentane wezenlijke afwijking ten opzichte van de ge-25 middelde 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.

Vanzelfsprekend is de uitvinding niet beperkt tot de hierboven be-30 schreven uitvoeringsvorm waarop verschillende veranderingen en wijzigingen aangebracht kunnen worden zonder buiten het bereik van de uitvinding te geraken.

8403038

Claims

1. Werkwijze voor het meten van de hoeveelheden vloeistof- en gasvormige fase van een stromend tweefasenfluïdum, met het kenmerk, dat 5 men het tweefasenfluïdum in draaiing brengt om een langsas teneinde een coaxiale stroming op te wekken die een buisvormige laag (15) heeft gevormd door de gasvormige fase omgeven door een buisvormige laag (16) gevormd in de vloeistoffase, dat men stroomafwaarts van het gebied waar het tweefasenfluïdum in draaiing gebracht is enerzijds de dikte van de 10 buisvormige lagen van de vloeistoffase (e) en de gasvormige fase meet, en anderzijds de stroomsnelheid van tenminste de vloeistoffase (V^) meet, en dat uitgaande van de gemeten waarden van de dikte en de snelheid men door vergelijking met mathematische en/of experimentele modellen de hoeveelheden met betrekking tot het volume en de massa van elke 15 fase bepaalt alsmede de volumetrische verhouding van de gasvormige fase en de vloeistoffase onder de thermodynamische omstandigheden van het tweefasenfluïdum.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men de dikte van de respectievelijke lagen meet door verschilabsorptiemetingen 20 van een ^-straling in die fasen.

3. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 en 2, met het kenmerk, dat men de stroomsnelheden door het Doppler-effect meet.

4. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de metingen verwezenlijkt worden na het in de stroming van 25 tweefasenfluïdum toevoegen van een bepaalde hoeveelheid extra fluïdum, in het bijzonder water, en/of door het wijzigen van de draaiingssnelheid van het tweefasenfluïdum.

5. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat men de metingen van de dikte en de snelheid met voorafbe- 30 paalde tussenpozen uitvoert en dat men de toevoeging van extra vloeistof en/of de wijziging van de draaiingssnelheid van het fluïdum teweegbrengt wanneer de onderhavige waarden van de dikte van de lagen en/of de stroomsnelheden afwijken van gemiddelde overeenkomstige waarden die eerder gemeten zijn.

6. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze omvat een vast uitwendig buisvormig omhulsel (1), een axiale langsas (4) aangebracht in het omhulsel en verbonden met middelen (3) die het in draaiing brengen daarvan met bepaalde variabele snelheden mogelijk maken, een buisvormig 40 omhulsel (2) coaxiaal aangebracht in het inwendige van het uitwendige 8403988 <£ -Λ * 7 omhulsel en dat samen met de as in draaiing gebracht kan worden, waar-bij het inwendige omhulsel zich slechts over een deel van de lengte van het uitwendige omhulsel uitstrekt, middelen voor het inbrengen van een tweefasenfluldum in het uitwendige omhulsel en uitlaatmiddelen (9) voor 5 het tweefasenfluldum van het uitwendige omhulsel stroomafwaarts van het inwendige omhulsel, waarbij het uitwendige omhulsel in een gebied (7) liggend tussen het stroomafwaartse uiteinde van het inwendige omhulsel en de uitlaatmiddelen, omvat meetmiddelen (12, 13) voor de dikte van de buisvormige lagen van gasvormige fase en vloeistoffase gevormd in het 10 inwendige omhulsel en meetmiddelen (10, 11) voor de stroomsnelheid van tenminste de vloeistoffase.

7« Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de meetmiddelen voor de dikte een if-stralingsbron (12) en een veelheid van jf-stralingontvangers (13) daar tegenover aangebracht, omvatten.

8. Inrichting volgens één van de conclusies 6 en 7, met het ken merk. dat de middelen voor het meten van de stroomsnelheid (10, 11) van het Doppler-effect type zijn.

9. Inrichting volgens één van de conclusies 6 tot en met 8, met het kenmerk, dat deze omvat middelen (5, 6) die het inbrengen van een 20 geregelde hoeveelheid vloeistof, in het bijzonder water, stroomopwaarts van het inwendige omhulsel (2) mogelijk maken.

10. Inrichting volgens één van de conclusies 6 tot en met 9, met het kenmerk, dat deze een electrische motor omvat met variabele snelheid (3) om de as (4) en het inwendige omhulsel (2) in draaiing te 25 brengen. ssasssss 8403966