Влажный газ - Wet gas

Не путать с водяной газ.

А влажный газ любой газ с небольшим количеством жидкости.^[1] Термин «влажный газ» использовался для описания ряда условий, варьирующихся от влажного газа, который является газом, насыщенным паром жидкости, до многофазный поток с объемом газа 90%. Было некоторое обсуждение его фактического определения^[2] но в настоящее время не существует общепринятого полностью определенного количественного определения потока влажного газа.

Влажный газ является особенно важным понятием в области измерения расхода, так как меняющаяся плотность составляющего материала представляет собой значительную проблему.

Типичный пример потоков влажного газа - производство натуральный газ в нефтегазовой отрасли. Натуральный газ представляет собой смесь углеводород 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 с течением времени по мере удаления газа и жидкости. Изменения в содержании жидкости и газа также происходят, когда влажный газ транспортируется из коллектора 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

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

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

Жидкая нагрузка это соотношение жидкости массовый расход к массовому расходу газа и обычно выражается в процентах.

GVF - Объемная доля газа это соотношение газа объемный расход к общему объемному расходу.

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

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

Пустая фракция - отношение площади потока, занимаемой газом, к общей площади потока.

Параметр Локкарта – Мартинелли.^[5] Газ сжимаемый и плотность существенно меняется при изменении давления. Жидкости, с другой стороны, считаются несжимаемыми, поэтому их плотность не имеет тенденции к изменению при изменении давления. Если давление в системе влажного газа увеличится, плотность газа увеличится, но плотность жидкости не изменится. Плотность компонентов потока является важным фактором в измерение расхода поскольку они относятся к фактическим массовым количествам присутствующих флюидов. Чтобы учесть как расход, так и плотность жидкой и газовой фаз, общепринятая практика определяет влажность или содержание жидкости в газе, используя Параметр Локкарта – Мартинелли, обозначаемый как χ (Греческий буква чи), которая представляет собой безразмерное число. Этот параметр можно рассчитать из массовый расход или же объемный расход и плотность жидкостей. Это определяется как:

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

куда

• ${\displaystyle m_{\ell }}$ - 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]

Модели потока влажного газа

Поведение газов и жидкости в проточной трубе будет характеризоваться различными характеристиками потока в зависимости от давления газа, скорости газа и содержания жидкости, а также от ориентации трубы (горизонтальная, наклонная или вертикальная). Жидкость может быть в форме крошечных капель или труба 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 происходит при высоких скоростях газа. Вокруг кольцевого пространства трубы имеется тонкая пленка жидкости. Обычно большая часть жидкости уносится в газовой сердцевине в виде капель. В результате действия силы тяжести на дне трубы обычно образуется более толстая пленка жидкости, чем в верхней части трубы.

Стратифицированный (плавный) поток существует, когда гравитационное разделение завершено. Жидкость течет по дну трубы, а газ течет по верху. Задержка жидкости в этом режиме может быть большой, но скорость газа низка.

Стратифицированный волновой поток подобен слоистому плавному потоку, 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.

Снарядный поток Здесь большие пенистые волны жидкости образуют пробку, которая может полностью заполнить трубу. Эти пробки также могут иметь форму волны пульсации, которая существует на толстой пленке жидкости на дне трубы.

Вытянутый пузырьковый поток состоит в основном из потока жидкости с удлиненными пузырьками, присутствующими ближе к верху трубы.

Дисперсный поток Предположим, 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

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:

А Разделитель тестов который определяет скорость потока фаз путем физического отделения жидкости от газа, при этом каждая фаза измеряется 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 место, где образец влажного газа удаляется 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.

Трассирующий 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 трудным в применении, так как может быть трудно получить доступ к правильным точкам, необходимым для проведения этого теста.

СВЧ-техника использует более высокую диэлектрическую проницаемость воды, чем углеводороды, 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 разных измерителях давления используя Трубка Вентури измерение расхода вызывает падение давления в потоке, которое частично восстанавливается после счетчика. 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 дифференциальное давление для газовой фазы и форма обнаружения жидкости или измерения плотности влажного газа для жидкой фазы, обычно с использованием одного из методов, перечисленных выше.

Смотрите также

• Конденсат природного газа
• Точка росы по углеводородам
• Измерение расхода
• Двухфазный поток
• Многофазный поток
• Многофазный расходомер
• Динамика жидкостей

Рекомендации

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. Lockhart, R.W., Martinelli, R.C .; Chem. Англ. Prog., Vol. 45. 1949, стр. 39–48.
6. «Измерение влажного газа: решения для измерения расхода в нефтегазовой отрасли» (PDF). ABB.
7. Том, младший. Книга технических данных 3. Wolverine Tube Inc.