Влажный газ

Влажный газ представляет собой любой газ с небольшим количеством жидкости , присутствующими. ^[1] Термин «влажный газ» использовался для описания ряда условий, варьирующихся от влажного газа, который является газом, насыщенным паром жидкости, до многофазного потока с объемом газа 90%. Было некоторое обсуждение его фактического определения ^[2], но в настоящее время нет полностью определенного количественного определения потока влажного газа, которое было бы общепринятым.

Влажный газ является особенно важным понятием в области измерения расхода, поскольку меняющиеся плотности составляющего материала представляют значительную проблему.

Типичным примером потоков влажного газа является добыча природного газа в нефтегазовой промышленности. Природный газ представляет собой смесь углеводородов.соединения с различными количествами неуглеводородов. Он существует либо в газовой, либо в жидкой фазе, либо в растворе сырой нефти в пористых породах. Количество углеводородов, присутствующих в жидкой фазе извлеченного влажного газа, зависит от температуры пласта и условий давления, которые меняются со временем по мере удаления газа и жидкости. Изменения в содержании жидкости и газа также происходят, когда влажный газ транспортируется из резервуара при высокой температуре и давлении на поверхность, где он испытывает более низкие температура и давление. Присутствие и возможность изменения этого влажного газа может вызвать проблемы и ошибки в возможности точного измерения расхода газовой фазы.

Важно иметь возможность точно измерять потоки влажного газа для количественной оценки добычи из отдельных скважин и для максимального использования оборудования и ресурсов, что поможет снизить затраты.

Условия измерения влажного газа [ править ]

Для описания характеристик потока влажного газа используется ряд специальных терминов: ^[3]^[4]

Приведенная скорость газа - это скорость газа, если во влажном газовом потоке не было жидкости. В потоках влажного газа скорость газа выше из-за уменьшения площади трубы из-за присутствия жидкости.

Приведенная скорость жидкости - это скорость жидкости, если во влажном газовом потоке не было газа.

Нагрузка по жидкости - это отношение массового расхода жидкости к массовому расходу газа, которое обычно выражается в процентах.

GVF - Объемная доля газа - это отношение объемного расхода газа к общему объемному расходу.

LVF - Объемная доля жидкости - это отношение объемного расхода жидкости к общему объемному расходу.

Задержка - это площадь поперечного сечения, занимаемая жидкостью в трубе, по которой проходит поток влажного газа.

Доля пустот - это отношение площади потока, занимаемой газом, к общей площади потока.

Параметр Локкарта – Мартинелли . ^[5] Газ сжимаем, и его плотность значительно меняется при изменении давления. С другой стороны, жидкости считаются несжимаемыми, поэтому их плотность не имеет тенденции к изменению при изменении давления. Если давление в системе влажного газа увеличивается, плотность газа увеличится, но плотность жидкости не изменится. Плотность компонентов потока является важным фактором при измерении потока, поскольку они связаны с фактическими массовыми количествами присутствующих флюидов. Чтобы учесть как расход, так и плотность жидкой и газовой фаз, обычно определяют влажность или жидкую загрузку газа с помощью параметра Локхарта – Мартинелли., обозначается как χ ( греческая буква хи), что означает безразмерное число. Этот параметр может быть рассчитан на основе массового или объемного расхода и плотности жидкостей. Это определяется как:

{\ displaystyle \ chi = {\ frac {m _ {\ ell}} {m_ {g}}} {\ sqrt {\ frac {\ rho _ {g}} {\ rho _ {\ ell}}}},}

где

${\ displaystyle m _ {\ ell}}$ - массовый расход жидкой фазы;
${\ displaystyle m_ {g}}$ - массовый расход газовой фазы;
${\ displaystyle \ rho _ {g}}$ - плотность газа;
${\ displaystyle \ rho _ {\ ell}}$ - плотность жидкости.

Этот параметр Локхарта – Мартинелли χ может использоваться для определения полностью сухого газа, когда значение равно нулю. Поток влажного газа имеет значение χ от нуля до примерно 0,3, а значения выше 0,3 обычно определяются как многофазные потоки. ^[6]

Схема течения влажного газа [ править ]

Поведение газов и жидкости в проточной трубе будет характеризоваться различными характеристиками потока в зависимости от давления газа, скорости газа и содержания жидкости, а также ориентации трубы (горизонтальная, наклонная или вертикальная). Жидкость может быть в форме крошечных капель или трубка может быть полностью заполнена жидкостью. Несмотря на сложность взаимодействия газа и жидкости, были предприняты попытки классифицировать это поведение. Эти взаимодействия газа и жидкости обычно называют режимами течения или схемами течения. ^[7]

Кольцевой поток тумана возникает при высоких скоростях газа. Вокруг кольцевого пространства трубы имеется тонкая пленка жидкости. Обычно большая часть жидкости уносится в газовом ядре в виде капель. В результате действия силы тяжести на дне трубы обычно образуется более толстая пленка жидкости, чем наверху трубы.

Стратифицированное (гладкое) течение существует при полном гравитационном отрыве. Жидкость течет по дну трубы, а газ - по верху. Задержка жидкости в этом режиме может быть большой, но скорость газа низка.

Стратифицированный волновой поток похож на стратифицированный плавный поток, но с более высокой скоростью газа. Более высокая скорость газа создает волны на поверхности жидкости. Эти волны могут стать достаточно большими, чтобы разбить капли жидкости на пиках волн и увлечься газом. Эти капли распространяются дальше по трубе.

Пробковый поток - это когда большие пенистые волны жидкости образуют пробку, которая может полностью заполнить трубу. Эти пробки также могут иметь форму пульсирующей волны, которая существует на толстой пленке жидкости на дне трубы.

Вытянутая поток пузырьков состоит из в основном потоке жидкости с удлиненными пузырьки представляют ближе к верхней части трубы.

Рассеянный поток предполагает, что труба полностью заполнена жидкостью с небольшим количеством увлеченного газа. Газ имеет форму более мелких пузырьков. Эти пузырьки газа имеют тенденцию оставаться в верхней части трубы, поскольку сила тяжести удерживает жидкость в нижней части трубы.

Учет влажного газа [ править ]

Могут быть ситуации, в которых требуется только расход одного ключевого компонента газа, в этом случае можно использовать однофазное измерение. Затем измерение можно скорректировать, чтобы компенсировать влияние жидкости на счетчик. Некоторые из доступных методов измерения жидкой фазы включают:

Сепаратор Тест , который определяет скорость потока фазы путем физического разделения жидкости от газа, с каждой фазы затем дозируют отдельно. Этот метод предоставляет информацию обо всех фазах, которую затем можно использовать для расчета поправки, необходимой для счетчика, и для проверки расхода газа через счетчик. Давление и температура в испытательном сепараторе должны быть такими же, как и в расходомере влажного газа, или расход газа и жидкости должен быть скорректирован с учетом условий в расходомере, поскольку фазы могут отличаться от измеренных.

Отбор проб - это когда проба влажного газа отбирается из трубопровода для анализа с целью определения составляющих компонентов. Важно, чтобы отобранная проба представляла как газовую, так и жидкую фракции, и чтобы во время отбора проб не происходил массоперенос между фазами.

Индикаторный метод включает введение индикаторного красителя в поток влажного газа, а затем отбор проб на определенном расстоянии вниз по потоку для измерения разбавления красителя. Разбавление красителя в жидкой фазе используется для расчета расхода жидкости. Этот метод может быть довольно сложным в применении, поскольку может быть трудно получить доступ к правильным точкам, необходимым для проведения этого теста.

В микроволновой технологии используется более высокая диэлектрическая проницаемость воды, чем у углеводородов, для определения общей доли воды в жидкой и газовой фазах. Поскольку он обнаруживает и измеряет только водный компонент, жидкий углеводородный компонент должен быть измерен другим методом.

Общая потеря давления на различных измерителях давления, использующих трубку Вентури для измерения потока, вызывает падение давления в потоке, которое частично восстанавливается после измерителя. В потоках сухого газа извлечение больше, чем в потоках влажного газа, за счет жидкого компонента. Эту разницу можно использовать для измерения жидкой фракции. Это включает добавление второго отвода давления за трубкой Вентури, чтобы измерить частично восстановленный перепад давления. На этот метод могут повлиять изменения давления в системе и скорости газа.

Расширенная обработка сигналов используется там, где жидкая фаза влияет на сигнал измерения, например, колебания давления в расходомере с перепадом давления или изменение скорости звука в ультразвуковом расходомере. Комплексный анализ и моделирование этих сигналов позволяет определять потоки жидкости и газа.

Существует ряд коммерчески доступных расходомеров влажного газа. В большинстве измерителей используется перепад давления для газовой фазы и форма обнаружения жидкости или измерения плотности влажного газа для жидкой фазы, обычно с использованием одного из методов, перечисленных выше.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Введение в измерение расхода влажного газа . TÜV NEL.
^ Холл, А .; Griffin, D .; Стивен Р. (октябрь 2007 г.). «Обсуждение определений параметров потока влажного газа». Труды 25-го семинара по измерению стока в Северном море .
^ Терминология влажного газа . TÜV NEL.
↑ Кегель, Том (июль 2003 г.). Измерение влажного газа . 4-й семинар CIATEQ по расширенным измерениям расхода.
^ Локхарт, RW, Мартинелли, RC; Chem. Англ. Prog., Vol. 45. 1949, стр. 39–48.
^ "Измерение влажного газа: решения для измерения расхода в нефтегазовой промышленности" (PDF) . ABB .
^ Thome, JR. Книга технических данных 3 . Росомаха Tube Inc.

[1] Введение в измерение расхода влажного газа . TÜV NEL.

[2] Холл, А .; Griffin, D .; Стивен Р. (октябрь 2007 г.). «Обсуждение определений параметров потока влажного газа». Труды 25-го семинара по измерению стока в Северном море .

[3] Терминология влажного газа . TÜV NEL.

[4] Кегель, Том (июль 2003 г.). Измерение влажного газа . 4-й семинар CIATEQ по расширенным измерениям расхода.

[5] Локхарт, RW, Мартинелли, RC; Chem. Англ. Prog., Vol. 45. 1949, стр. 39–48.

[6] "Измерение влажного газа: решения для измерения расхода в нефтегазовой промышленности" (PDF) . ABB .

[7] Thome, JR. Книга технических данных 3 . Росомаха Tube Inc.

[1]