V 型内锥流量计在油田上的应用及分析

热采法是最有效的回收稠油的方法，在稠油热采过程中，在蒸汽发生器出口蒸汽质量得到保证的前提下，注入油井蒸汽的流量多少，很大程度地影响着稠油的采出量，这使得对单井注入蒸汽流量的测量十分重要，这属于汽水两相流测量的问题。

为了提高原油产量，辽河油田研究出蒸汽驱综合技术，在这项技术实施过程中，为了达到更好的效果，必须对单井注汽量进行测试。单井注汽的湿蒸汽参数为 320～350℃左右、压力为 13～17.5MPa、干度在 60～80%左右。因此选用可靠适用、便于维护、经济合理的高温高压蒸汽两相流计量装置是十分必要的。V 型内锥流量计（装置）具备适用条件。

1. V 型内锥流量计（装置）测量原理及结构 

V 型内锥流量计（装置）的流量测量方法与其他差压式仪表相似，但节流部分结构全然不同。管道中心内嵌圆锥体，它迫使中心处的流速越来越慢，管壁附近的流速逐渐加快，从而达到流速“匀化”的效果，其他差压式仪表是通过管壁处节流，不能使流速“匀化”。V 型内锥通过“匀化”作用，即使在低流速时仍能产生足够的差压，随着流速的逐渐降低，效果更加显著。传统的差压式流量计有“信号跳越”现象，即使流动是稳定的，信号的脉动也依然是存在。

因为流体在管道中流动会在传统节流件下游形成低频高幅的漩涡，干扰差压变送器对其差压的准确测量，影响流量计的精度。而文氏锥管能有效改良流速的轮廓分布，使其流速趋于一致，这种改良后的流体绕着圆锥体流过，在圆锥体下游形成的是高频低幅、对称分布的小漩涡流，提高了差压变送器检测差压的范围，保证了流量计的有较高的量程比和精度。

V 型内锥流量计（装置）包括节流装置、变送器、流量积算（显示仪表）三大部分。V 型内锥流量计（装置）包括一个在测量管中同轴安装的尖圆锥体和相应的取压口。

该测量管段是预先精密加工好的，在尖圆锥体的两端产生差压，高压室是测量上游流体收缩前管壁处的静压力，负压室是测量锥体朝向下游端面处的负压力。V 形内锥节流装置结构示意图。

2.现场应用效果

V 型内锥流量计（装置）能获得较高的精度和较好的重复性：V 型内锥流量计（装置）的圆锥体顶尖朝向来流，圆锥体与其尾随面之间是一个尖锐锐角，此交合面边缘使流体在进入下游低压区之前有一个平滑的过渡区，由于流体被迫收缩到管壁处附近，令流体突然改变流动方向，使文氏锥管具有别的仪表无法实现的优点。文氏锥管流量计在节流件下游只会产生高频低幅的小涡流信号，而差压变送器测量的差压信号是低噪声号，在低压力取压口处可测灵敏度优于 2.5mm 的水柱压力，所以文氏锥管具有较高的精度和很好的重复性。

2.1 V 型内锥流量计（装置）的锥体无磨损现象文氏锥管节流装置内部圆锥体采用整体锻件精细加工，

流体流经文氏锥管时被迫产生分流，管壁处流速增大，在圆锥体周边形成边界层能有效疏导流体离开锥体尾部的边缘，从而减少对节流装置的磨损性。

2.2 V 型内锥流量计（装置）的锥体抗腐蚀性能文氏锥管通常采用 20#材质，其表面采用新型防腐材料

非晶体镍磷合金，通过电编著方法覆盖于金属表面。非晶体镍磷合金对于高温蒸汽、热水氯化氢气体、氟化物、过氧酸盐等腐蚀性介质都有良好的抗腐蚀性。

2.3 可实现对脏污流体的测量 V 型内锥流量计（装置）沿测量管的内壁由被测流体实

现完全的自清扫，使流体中所含固体颗粒吹向下游，始终确保无污物在流量计中沉积或堆积，另外增设两对取压口和均压环，在均压环内形成环形气流，保证取压口处不会被杂质堵塞，在测量高炉煤气、焦炉煤气、天然气、油类等高粘度流体和脏污流体时能起到任何流量计无法比及的效果。

由于被测介质为高温、高压、高湿的两相流，所以许多传统的蒸汽计量仪表无法适应。根据介质特点，建议选用的 V 型锥体流量计的检测部分是一个纯机械加工件，无可动元件，材料要适应被测介质的物性，所以高温、高压问题就迎刃而解了。只要选用与用户管道相同的材料，采用合适的连接方式，流量计的这一稳定的结构就很容易解决并满足计量要求。至于两相流，饱和蒸汽作为较特殊的两相流，其液体部分是以小微粒悬浮在介质中。可以认为是气态，只是湿蒸汽的密度计算需要考虑饱和水的影响。这在学术上已形成了共识。

至于管道内可能出现的纯液态水，由于 V 型内锥流量计（装置）的特殊结构，它不会造成液态水在表体内的堆积，故不会对仪表的测量精度造成影响。

2.4 数据传输和安装

V 型内锥流量计（装置）的显示仪表可以显示质量流量或体积流量、温度、压力参数，可以为上位机或监控管理部门的提供各种形式的信号，如：4～20mA DC、1～5V DC、HART通讯协议或 RS-485、RS-232 等通讯接口。信号和电源电缆敷设可以根据现场情况，进行直埋或架空敷设。

3 结论

通过现场录取的数据来看，V 锥流量计的安全性、准确性、耐用性、抗振性、密封等性能目前基本满足蒸汽驱现场蒸汽计量的技术要求。通过现场录取的数据来看，正负误差在±3％，实现了人为定量控制注汽量。不用人工在现场抄录数据，实现了远程监控，有利于加强管理和科学生产的需要。