バッチ式多相流量測定装置及び流量計測方法
【課題】簡易な構成で、誤差要因の少ない流量測定装置及び流量計測方法を提供すること。
【解決手段】上端が頂部１１に連結され下端が入口部２０の下端よりも低い位置で開口した中空型の内筒３０と内筒の外側面及び胴部１３の内側面の少なくとも一方に設けられたガイド板４０とを備えた気液分離器１００と、気液多相流体の流路を、気液分離器１００を介さない経路と気液分離器１００を介する経路とに切り替える流路切替手段１３０と、液体出口部２１から合流部１１４への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第１開閉手段１３１と、気体出口部２２から合流部１１４への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第２開閉手段１３２と、気液分離器１００及び液体出口配管１２１のうち少なくとも一方の内部の高さの異なる２つ以上の測定箇所で圧力を計測する圧力計測部２００とを有し、ガイド板下部４２と胴部１３との間の少なくとも一部に空隙を有する。
【解決手段】上端が頂部１１に連結され下端が入口部２０の下端よりも低い位置で開口した中空型の内筒３０と内筒の外側面及び胴部１３の内側面の少なくとも一方に設けられたガイド板４０とを備えた気液分離器１００と、気液多相流体の流路を、気液分離器１００を介さない経路と気液分離器１００を介する経路とに切り替える流路切替手段１３０と、液体出口部２１から合流部１１４への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第１開閉手段１３１と、気体出口部２２から合流部１１４への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第２開閉手段１３２と、気液分離器１００及び液体出口配管１２１のうち少なくとも一方の内部の高さの異なる２つ以上の測定箇所で圧力を計測する圧力計測部２００とを有し、ガイド板下部４２と胴部１３との間の少なくとも一部に空隙を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッチ式多相流量測定装置及び流量計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油田から汲み上げられた直後の流体は、原油以外にメタン、エタン、ブタン、ペンタン等のガス及び塩水等の水を含む。さらに、砂等の固体の異物を含むこともある。したがって、原油をタンカーあるいはパイプラインによって効率よく輸送するためには、あらかじめガス、水及び原油を分離するとともに、それぞれの流量を把握することが不可欠である。
【０００３】
ガスの分離には、石油業界では、主として気体の浮力を利用する分離タンク方式の気液分離器が使用されてきた。分離タンク方式の気液分離器は、大容量のタンクに原油を低速で十分な滞留時間を取って供給してこの間に液中からガスを浮上分離させるものであり、嵩高で重く、広い設置面積を必要とするが、陸上で使用する限り問題は少ない。しかし、洋上プラットホームにおいては、そのデッキの許容空間は限られているので、装置の寸法と重量の軽減は重要課題となり、分離タンク方式の気液分離器は、財務的に大きな負担をもたらす。また、コスト、許容空間の両面から、井戸毎に分離タンクを有することができないため、流量を計測するために、分離タンクを複数の井戸で共有することとなる。このため、洋上プラットホームの多くが、年に数日しか、井戸毎の生産量を計測していない。
【０００４】
井戸毎の生産量を把握することは、油田から最大量の油を汲み上げるための情報として重要である。例えば、油の生産量が減少し水の生産量が増えた場合は、井戸のバルブを閉めることで、水の流路を塞いで油の生産量を回復させることが、水の流路が確立する前であれば可能である。そのため、井戸毎の生産量を把握するため、もしくは、井戸毎の生産量計量頻度を上げるため、設置が容易な小型で低コストの多相流量測定装置の開発が進められた。このような多相流量測定装置には、油、水及びガスの分離を行わない方式と、油、水及びガスの分離を行う方式の２つの方式がある。
【０００５】
特許文献１には、油、水及びガスの分離を行わない方式を採用する多相流体流量計が開示されている。この多相流体流量計は、上流よりミキサー、ブレードの角度の違う２つの翼車と、翼車同士を繋ぐばねにより構成され、ミキサー前部から翼車後部までの圧力損失、翼車の回転速度、ばねに発生するトルク及び温度を計測するように構成されている。計測された温度は、油及び水の密度を決定するのに用いる。この多相流体流量計においては、油、水及びガスの多相流体をミキサーで均質化し、圧力損失、回転速度及びばねトルクを、それぞれ総体積流量、液密度及びガス体積流量割合（＝ガス体積流量／総体積流量）の実験式として用意している。そして、流量計測アルゴリズムは、計測された圧力損失、回転速度、ばねトルク及び温度を用いて実験式を解き、総体積流量、液密度及びガス体積流量割合を求め、ガス体積流量、液体積流量及び水分率を求めるものである。
【０００６】
しかし、この実験式は、流体組成により成立しない場合がある。また、各相の流量条件次第で、流動様式が変化し、この実験式が成立しない場合がある。よって、現場環境では、実験式の較正が必要である。しかし、較正用に用いる現場のデータは、ガス体積流量及び液体積流量についてそれぞれ相対誤差±１０％と、水分率について少なくとも誤差±３％を許容しなければならない。よって較正した実験式は、必ず誤差を含む。さらに、計測値自体も、機械的誤差範囲が存在し、また、固形物付着による誤差の可能性がある。以上の誤差要因が存在するが、特許文献１の多相流体流量計単独では、計測値誤差及び誤差要因を特定することは不可能である。また、実験式が現場環境に適していない場合においては、例えば、真の水分率が３０％であっても、実験式を解いて求めた水分率は、１００％を示す可能性がある。よって、現場環境では、この多相流体流量計を用いることは極めて困難であった。
【０００７】
非特許文献１には、油、水及びガスの分離を行わない方式を採用する他の多相流体流量計が開示されている。この多相流体流量計においても、実験式を用いた計測アルゴリズムとなるため、特許文献１の多相流体流量計と同様に、実験式に関する現場での較正を必要とし、単独での誤差及び誤差要因の特定は困難である。
【０００８】
一方、特許文献２には、油、水及びガスの分離を行う方式を採用する多相流体流量計が開示されている。この多相流体流量計は、非特許文献２に記載されているような内部に構造物を有さない最も単純なサイクロン型の気液分離器を用いている。そして、この多相流体流量計においては、気液分離器の分離ガス出口配管にガスフローメーターを、気液分離器の分離液出口配管にコリオリメーターを設置し、前者からはガス流量を、後者からは水と原油の流量を測定している。したがって、この多相流体流量計の計測精度は気液分離器の分離性能に依存することとなる。また、特許文献２には、気液分離器の性能が発揮できない場合の対処策として、この気液分離器の下流に２つの気液分離配管を組み合わせる技術が開示されている。
【０００９】
一方、非特許文献３には、油、水及びガスの分離を行う方式を採用する他の多相流体流量計が開示されている。この多相流体流量計は、垂直上昇流の流れを上下のバルブで閉じ込め、差圧伝送器で液面及び界面を計測し、水分率を求めるサンプリング方式である。この多相流体流量計では、みかけ液速度（液流量／管断面積）が０．５ｍ／ｓ以上であれば油及び水にスリップが発生せず、相対誤差±５％で計測が可能であることが記載されている。しかし、ガス体積流量割合が非常に大きい場合（例えば９９％以上）にこの多相流体流量計を用いて流量を計測する場合には、液量が少ないため、液体をサンプリングできるだけの長さを持つサンプリング管が必要となる。また、この多相流体流量計を用いて、流量に周期性のある多相流体の流量を測定する場合には、サンプリング回数を上げなければ代表的な水分率を求めることができない。
【００１０】
非特許文献４には、非特許文献３で開示されている多相流体流量計の問題を解決する技術として、油、水及びガスの分離を行う方式を採用する他の多相流体流量計の技術の一部が開示されている。非特許文献４に開示されている多相流体流量計は、４つのバルブと、気液分離器及び計測管と、液面と界面を計測する差圧伝送器と、圧力計と、温度計と、ガス流量計とを含んで構成されている。この多相流体流量計は、多相流体を気液分離器に供給し、多相流体をガスと液とに分離し、ガス体積流量をガス流量計で計測し、液を計測管に数分溜めて差圧伝送器により液面・界面を計測し、液体積流量と水分率を求めるバッチ方式である。なお、このバッチ方式は、計測を連続的に行うものではなく、計測後は液体排出操作が必要となる方式である。また、計測誤差要因の観点では、特許文献２に開示されている多相流体流量計は、分離液出口配管に気泡が混入することに起因する液体積流量の計測誤差の可能性があるのと同時に、水分率計測において、油流速と水流速の違いに起因する計測誤差の可能性がある。一方、非特許文献４に開示されている多相流体流量計は、液中の気泡は分離ガス出口配管に排出され、また、油流速と水流速の差を考慮する必要が無い。したがって、非特許文献４に開示されている多相流体流量計の計測誤差要因は、分離ガス出口配管への液の随伴に起因する計測誤差と、計器類の誤差の２つである。このうち、分離ガス出口配管への液の随伴は、分離ガス出口配管に液滴分離器を設けることにより確認できるとともに、これを計測管に戻すことにより、誤差要因の確認と軽減が可能である。
【００１１】
気液分離器についても、数多くの提案がなされてきた。非特許文献２に示された気液分離器は、特定の流量においては優れた性能を発揮する。しかしながら、その流量の適正範囲は狭く、それから外れると分離効率が低下する欠点があり、このような条件下では、分離ガス中への液の随伴及び分離液中へのガスの随伴を防止できない。例えば、油田から汲み上げられた直後のガスを含む原油の変動幅は５倍にも及ぶため、非特許文献２に示された気液分離器の上述の欠点は深刻な問題となる。
【００１２】
非特許文献２に示された気液分離器の上述の欠点を軽減する気液分離器の構造が、特許文献３に開示されている。この気液分離器の特徴の１つは、垂直円筒内部に上端がガス出口配管に繋がり下端が入口配管の入口部からやや下のレベルで下方に開放された内筒を設けたことである。これが隔壁として作用し、流入した気液多相流体から分離気体へ液滴が随伴される現象が軽減される。
【００１３】
サイクロン方式の気液分離器はミストセパレーターとしても機能することが知られている。例えば、特許文献４には、気体中に分散する液滴を遠心力によって分離する気液分離器が開示されている。特許文献４に開示されている気液分離器は、特許文献３に開示されている気液分離器と同様に、内筒とバッフルプレートを備えるが、内筒は下方に伸び、バッフルプレートを突き抜けて下方に開放されている。バッフルプレートは内筒下部に接続されてリングを形成し外筒と円環状の間隙を形成する。ミストを含む気体は外筒側壁に接線方向に取付けられた入口配管から外筒内に流入し外筒内壁に沿って旋回流を形成しながら下降し、ミストを外筒内壁に捕捉させて液状とし内壁を伝って下方へ流下させ、液出口配管に至らしめる。気体は、バッフルプレートが形成する外筒内壁近傍の円環状間隙を下方へ通過後、反転して中央の内筒内を上昇しガス出口配管に至る。長い内筒とその下部に設けた外筒近傍まで広がるバッフルプレートが、ミストを含む気体が十分旋回しないままガス出口配管に短絡することを防止する。これにより、サイクロン方式の気液分離器の分離効率が高まる。
【００１４】
非特許文献２、特許文献３及び特許文献４の従来技術においては、いずれも入口配管を外筒の側部接線方向に取付けることにより旋回流を発生させているが、特許文献５は別の原理によって旋回流を発生させるサイクロン方式の気液分離器を開示している。特許文献５に開示されている気液分離器では、入口配管を外筒の側部接線方向ではなく中心軸に向けて接続して外筒と内筒が形成する円環部に開口させ、その開口近傍において円環部を板状のガイドにより１箇所縦に遮断することにより、流入する気泡を含む液体をこのガイドと反対側へ誘導して旋回流を発生させている。
【００１５】
さらに、特許文献６に開示されているサイクロン方式の気液分離器おいては、ガイドは縦のガイドだけではなく気液多相流体入口配管開口部の下面にも及んでいる。すなわち、特許文献４に開示されている気液分離器では、入口配管を外筒の中心軸に向けて接続して開口させ、流路空間を確保しつつ、その前面、上下面及び目的とする旋回方向と反対側の面を完全に囲うことにより、入口配管から流入する気液多相流体をその旋回方向に誘導して旋回流を発生させている。
【００１６】
油田から汲み上げられた直後の気液多相流体の圧力は極めて高くかつ変動する。このため、気液分離器は設計に当たって耐圧が考慮される。非特許文献２、特許文献３及び特許文献４に開示されている気液分離器のように、入口配管が外筒の側部接線方向に接続されている構成と、特許文献５及び特許文献６に開示されている気液分離器のように、入口配管が、外筒の中心軸方向に接続されている構成とを比較すると、前者の構成は接続部に対称性がないため、内部の高圧流体に圧力変動があると、溶接部に偏荷重が繰り返し掛かり、疲労破壊をもたらす恐れがある。これに対して、後者の構成は接続部の形状に対称性があり、より安全である。
【００１７】
また、特許文献４に開示されている気液分離器が液滴（ミスト）が分散する気体を対象とするのとは対照的に、特許文献５に開示されている気液分離器は少量の気泡が分散する液体を対象としており、具体的にはオゾン水に混在する余剰オゾンをサイクロン方式により分離する気液分離器を開示している。このように、サイクロン方式の気液分離器は、種々の変形により、様々な気液混合比の気液多相流体にそれぞれ適した気液分離器として構成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００１−１６５７４１号公開
【特許文献２】米国特許第５，５２６，６８４号明細書
【特許文献３】米国特許第４，５９６，５８６号明細書
【特許文献４】特開２００１−２４６２１６号公報
【特許文献５】特開２０００−３１７２１２号公報
【特許文献６】米国特許第４，１８７，０８８号明細書
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】「Handbook of Multiphase Flow Metering」、［online］、The Norwegian Society for Oil and Gas Measurement, and The Norwegian Society of Chartered Technical and Scientific Professionals、［平成２２年８月１２日検索］、インターネット〈 URL：http://www.nfogm.no/docup/dokumentfiler/MPFM_Handbook_Revision2_2005_(ISBN-82-91341-89-3).pdf〉
【非特許文献２】G. Joel Rodger、「Multiphase Flow Measurement Class 8110」、［online］、Colorado Experiment Engineering Station Inc.、［平成２２年８月１２日検索］、インターネット〈 URL：http://www.ceesi.com/docs_library/events/ishm2002/Docs/8110.pdf〉
【非特許文献３】渡邉朋子、池田憲治、岡津弘明、「多相流量計測システムの開発」、平成１９年度技術センター年報、独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構、ｐ．８５−８８
【非特許文献４】渡邉朋子、池田憲治、市川真、川井通弘、山田光矢、藤原勝憲、「多相流量計測システムの開発」、平成２１年度石油技術協会春季講演会特別講演・シンポジウム・個人講演要旨集、石油技術協会、平成２１年６月２日、ｐ８５−８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上述したように、油、水及びガスの分離を行わない方式を採用する多相流体流量計は、現場での較正や、誤差要因の特定が困難である。一方、油、水及びガスの分離を行う方式を採用する多相流体流量計においては、気液分離器の分離ガス出口配管への液滴飛散及び分離液出口配管への気泡混入が問題となる。
【００２１】
また、非特許文献２、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に開示されている気液分離器及び多相流体流量計においては、高圧における安全性の面では、特許文献５及び特許文献６に開示されている気液分離器よりも劣る。また、特許文献５に開示されている気液分離器では、油田から汲み上げられた直後の気液多相流体を気液分離するための十分な遠心力が得られない。また、特許文献６に開示されている気液分離器では、構造が複雑であり、気液多相流体の圧力損失も大きい。
【００２２】
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、簡易な構成で、誤差要因の少ない流量測定装置及び流量計測方法を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
（１）本発明に係るバッチ式多相流量測定装置は、
頂部、底部及びその間を連結する中空型の胴部を有する容器と、前記胴部の側面から気液多相流体を供給する入口部と、前記底部から液体を排出する液体出口部と、前記頂部から気体を排出する気体出口部と、上端が前記頂部に連結され、下端が前記入口部の下端よりも低い位置で開口した中空型の内筒と、前記内筒の外側面及び前記胴部の内側面の少なくとも一方に設けられたガイド板と、を備えた気液分離器と、
前記気液多相流体が供給される気液多相流入口部と、前記気液多相流体が排出される気液多相流出口部と、前記気液多相流入口部から前記気液多相流出口部までの間に分岐部及び合流部を有する主配管と、
前記分岐部と前記入口部とを接続し、平面視において、前記入口部を介して前記胴部の中心軸に向かって設けられる入口配管と、
前記合流部と前記液体出口部とを接続する液体出口配管と、
前記合流部と前記気体出口部とを接続する気体出口配管と、
前記気液多相流体の流路が、前記気液分離器を介さない第１経路と、前記気液分離器を介する第２経路とのいずれか一方となるように切り替える流路切替手段と、
前記液体出口配管に設けられ、前記液体出口部から前記合流部への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第１開閉手段と、
前記気体出口配管に設けられ、前記気体出口部から前記合流部への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第２開閉手段と、
前記気液分離器及び前記液体出口配管のうち少なくとも一方の内部において、高さの異なる２つ以上の測定箇所で圧力を計測する圧力計測部と、
前記気体出口配管に設けられ、前記気体出口部から排出される気体の流量、温度及び圧力を計測する気体流量計と、を有し、
前記気液分離器は、
平面視において、前記胴部の内側面と、前記内筒の外側面とは同心円状となっており、
前記ガイド板は、非水平方向を長手方向とするガイド板側部と、非鉛直方向を長手方向とし、前記ガイド板側部と連続して設けられたガイド板下部とを有し、
前記ガイド板側部は、少なくとも、前記胴部の内側面のうち前記入口部の一方の側方となる位置、又は、前記内筒の外側面のうち前記入口部と対向する領域の一方の側方となる位置に設けられ、
前記ガイド板下部は、少なくとも、前記内筒の外側面のうち前記入口部と対向する領域の真下となる位置に設けられ、かつ、平面視において、前記内筒の外側面の一部に沿って設けられ、
前記ガイド板下部と、前記胴部との間の少なくとも一部に空隙を有する。
【００２４】
本発明によれば、ガイド板下部と、容器の胴部との間の少なくとも一部に空隙を有するように構成されているため、簡易な構成で、流量及び気液割合が経時的に大きく変化する気液多相流体を、高い分離効率で気体と液体に分離することができる気液分離器が実現できる。したがって、簡易な構成で、誤差要因の少ない多相流量測定装置が実現できる。
【００２５】
（２）このバッチ式多相流量測定装置は、
前記流路切替手段、前記第１開閉手段及び前記第２開閉手段を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記気液多相流体の流路を、前記第１経路から前記第２経路へと切り替えるように前記流路切替手段を制御するとともに、前記気体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第２開閉手段を制御する第１処理と、
前記気液多相流体の流路を、前記第２経路から前記第１経路へと切り替えるように前記流路切替手段を制御するとともに、前記気体出口部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように前記第２開閉手段を制御する第２処理と、
前記液体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第１開閉手段を制御する第３処理と、
前記液体出口部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように前記第１開閉手段を制御する第４処理と、
を行ってもよい。
【００２６】
これにより、液体出口配管への気泡の混入に起因する誤差を抑制した多相流量測定装置が実現できる。
【００２７】
（３）このバッチ式多相流量測定装置は、
前記流路切替手段は、
前記主配管に設けられ、前記分岐部から前記合流部への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第３開閉手段と、
前記入口配管に設けられ、前記分岐部から前記入口部への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第４開閉手段と、を含んでいてもよい。
【００２８】
（４）このバッチ式多相流量測定装置は、
前記制御部は、前記第１処理において、
前記分岐部から前記入口部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第４開閉手段を制御し、かつ、前記気体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第２開閉手段を制御した後に、前記分岐部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように前記第３開閉手段を制御してもよい。
【００２９】
これにより、より安全な操作で、流量を測定できる。
【００３０】
（５）このバッチ式多相流量測定装置は、
前記制御部は、前記第２処理において、
前記分岐部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第３開閉手段を制御した後に、前記分岐部から前記入口部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように前記第４開閉手段を制御してもよい。
【００３１】
これにより、より安全な操作で、流量を測定できる。
【００３２】
（６）このバッチ式多相流量測定装置は、
液流量を計算する液流量計算部を有し、
前記液流量計算部は、前記圧力計測部により高さの異なる２つ以上の測定箇所で計測される圧力と、前記流路切替手段により前記気液多相流体の流路が第２経路となる時間とに基づいて前記液流量を計算してもよい。
【００３３】
（７）このバッチ式多相流量測定装置は、
前記第１開閉手段は、前記合流部の水平高さよりも上方に設けられていてもよい。
【００３４】
これにより、気液分離器からの液体の排出が容易になる。
【００３５】
（８）このバッチ式多相流量測定装置は、
前記気体出口配管に設けられ、前記気体出口部から排出される気体から液滴を分離する液滴分離器を有していてもよい。
【００３６】
これにより、気体出口配管への液滴の随伴状況の確認が容易になる。したがって、液飛散率を確認し、本計測の精度を確認することができる。
【００３７】
（９）本発明に係るバッチ式多相流量計測方法は、
これらのいずれかのバッチ式多相流量測定装置を用いるバッチ式多相流量計測方法であって、
前記流路切替手段により、前記気液多相流体の流路を、前記第１経路から前記第２経路へと切り替えるとともに、前記第２開閉手段により、前記気体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替える第１工程と、
前記流路切替手段により、前記気液多相流体の流路を、前記第２経路から前記第１経路へと切り替えるとともに、前記第２開閉手段により、前記気体出口部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替える第２工程と、
前記第１開閉手段により、前記液体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替える第３工程と、
前記第１開閉手段により、前記液体出口部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替える第４工程と、
を含む。
【００３８】
これにより、簡易な構成の多相流量測定装置を用いて、誤差要因の少ない流量計測方法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１の構成例に係る気液分離器１００の子午面断面の模式図の一例。
【図２】第１の構成例に係る気液分離器１００を図１のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例。
【図３】入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見た内筒３０及びガイド板４０の構成の一例を示す部分拡大図。
【図４】図３に示す内筒３０及び内筒３０に設けられたガイド板４０の一例を示す斜視図。
【図５】入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見た内筒３０及びガイド板４０の構成の他の例を示す部分拡大図。
【図６】第２の構成例に係る気液分離器１００ａの子午面断面の模式図の一例。
【図７】第２の構成例に係る気液分離器１００ａを図６のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例。
【図８】第３の構成例に係る気液分離器１００ｂの子午面断面の模式図の一例。
【図９】第３の構成例に係る気液分離器１００ｂを図８のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例。
【図１０】第４の構成例に係る気液分離器１００ｃについて、図８のＡ−Ａに相当する位置における断面から平面視した場合の模式図の一例。
【図１１】本実施形態の変形例に係る気液分離器１００ｄの子午面断面の模式図の一例。
【図１２】第１の構成例に係る気液分離器１００を用いて液飛散率を測定した結果を示すグラフ。
【図１３】第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１の子午線断面の模式図の一例。
【図１４】第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１を用いたバッチ式多相流量計測方法の一例を説明するためのフローチャート。
【図１５】液流量の計算例について説明するための図。
【図１６】容積Ｖと高さｈとの関係の一例を表すグラフ。
【図１７】第２実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置２の子午線断面の模式図の一例。
【図１８】液流量の計算例について説明するための図。
【図１９】第３実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置３の子午線断面の模式図の一例。
【図２０】油密度及び水密度の計算例について説明するための図。
【図２１】第４実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置４の子午線断面の模式図の一例。
【図２２】液流量の計算例について説明するための図。
【図２３】第５実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置５の子午線断面の模式図の一例。
【図２４】第６実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置６の子午線断面の模式図の一例。
【図２５】第６実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置６の流路切替手段１３０付近を平面的に見た模式図の一例。
【図２６】スラグ流について説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００４１】
１．気液分離器の構成
本発明に係るバッチ式多相流量測定装置は、気液分離器を有している。以下では、まず、後述されるバッチ式多相流量測定装置に用いられる気液分離器の構成について説明する。
【００４２】
１−１．第１の構成例
図１は、第１の構成例に係る気液分離器１００の子午面断面の模式図の一例である。図２は、第１の構成例に係る気液分離器１００を図１のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例である。
【００４３】
第１の構成例に係る気液分離器１００は、気液多相流体を気体と液体とに分離する気液分離器であって、頂部１１、底部１２及びその間を連結する中空型の胴部１３を有する容器１０と、胴部１０の側面から気液多相流体を供給する入口部２０と、底部１２から液体を排出する液体出口部２１と、頂部１１から気体を排出する気体出口部２２と、上端が頂部１１に連結され、下端が入口部２０の下端よりも低い位置で開口した中空型の内筒３０と、内筒３０の外側面に設けられたガイド板４０と、を備えている。平面視において、胴部１３の内側面と、内筒３０の外側面とは同心円状となっている。ガイド板４０は、非水平方向を長手方向とするガイド板側部４１と、非鉛直方向を長手方向とし、ガイド板側部４１と連続して設けられたガイド板下部４２とを有し、ガイド板側部４１は、少なくとも、胴部１３の内側面のうち入口部２０の一方の側方となる位置、又は、内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の一方の側方となる位置に設けられ、ガイド板下部４２は、少なくとも、内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置に設けられ、かつ、平面視において、内筒３０の外側面の一部に沿って設けられている。また、ガイド板下部４２と、胴部１３との間の少なくとも一部に空隙９０を有する。
【００４４】
容器１０は、頂部１１、底部１２及びその間を連結する中空型の胴部１３を有する。図１に示す例では、容器１０は、上下方向に細長い中空容器として構成されている。また、胴部１３の水平断面における内側面の形状は、円形に構成されている。図１に示す例では、胴部１３は、頂部１１から底部１２まで同一径に形成され、中心軸は鉛直方向となっている。なお、本発明はこの構成に限定されず、例えば、胴部１３の一部に異なる内径を有する箇所が存在していてもよい。
【００４５】
入口部２０は、容器１０の胴部１３に、容器１０の内部空間と連通する開口として設けられている。入口部２０の機能の一つは、後述される入口配管１２０と連通し、容器１０に気液多相流体を供給するための流路となることである。なお、図２に示す例では、入口配管１２０は、平面視において、入口配管１２０の中心線を通る水平横断面の気液多相流体の供給方向における延長面が、胴部１３の中心軸と交わるように設けられている。また、より高度な安全性を求めるために、容器１０の胴部１３と入口配管１２０との接続部分の対称性を考慮すると、入口配管１２０は、平面視において、入口配管１２０の中心線が、胴部１３の中心軸と交わるように設けられることがより好ましい。なお、図１及び図２に示す例では、入口部２０の形状は、円形に構成されている。
【００４６】
液体出口部２１は、容器１０の底部１２に、容器１０の内部空間と連通する開口として設けられている。液体出口部２１の機能の一つは、後述される液体出口配管１２１と連通し、気液分離器１００で分離された液体を、容器１０から排出するための流路となることである。図１に示す例では、液体出口部２１は、底部１２の中心に設けられている。なお、本発明はこの構成に限定されず、液体出口部２１は、例えば、底部１２の中心からずれた位置に設けられていてもよい。また、図１及び図２に示す例では、液体出口部２１の形状は、円形に構成されている。
【００４７】
気体出口部２２は、容器１０の頂部１１に、容器１０の内部空間と連通する開口として設けられている。気体出口部２２の機能の一つは、後述される気体出口配管１２２と連通し、気液分離器１００で分離された気体を、容器１０から排出するための流路となることである。図１に示す例では、気体出口部２２は、頂部１１の中心に設けられている。なお、本発明はこの構成に限定されず、気体出口部２２は、例えば、頂部１１の中心からずれた位置に設けられていてもよい。また、図１及び図２に示す例では、気体出口部２２の形状は、円形に構成されている。
【００４８】
内筒３０は、中空型の筒形状に構成されている。内筒３０は、その上端が容器１０の頂部１１と連結されている。図１に示す例では、内筒３０の上端と容器１０の頂部１１とは、気密に連結されている。内筒３０は、その下端が入口部２０の下端よりも低い位置で開口している。また、内筒３０は、気体出口部２２と連通するように設けられている。
【００４９】
内筒３０の断面における外側面の形状は、円形に構成されている。また、図２に示すように、平面視において、容器１０の胴部１３の内側面と、内筒３０の外側面とが同心円状となるように構成されている。また、図１及び図２に示す例では、内筒３０の水平断面における内側面の形状は、同一径で円形に構成されている。なお、本発明はこの構成に限定されず、例えば、内筒３０の一部に異なる内径、又は／及び、内筒３０の一部に異なる外径を有する箇所が存在していてもよい。
【００５０】
図１及び図２に示す例では、ガイド板４０は、内筒３０の外側面に設けられている。また、図２に示すように、ガイド板４０は、平面視において、部分円環形状に構成されている。ガイド板４０と、ガイド板４０が設けられる内筒３０の外側面とは、取り付け強度と気密性を確保するために、溶接等により密着されていることが好ましい。
【００５１】
図３は、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見た内筒３０及びガイド板４０の構成の一例を示す部分拡大図である。図４は、図３に示す内筒３０及び内筒３０に設けられたガイド板４０の一例を示す斜視図である。
【００５２】
図２及び図３に示すように、ガイド板４０は、非水平方向を長手方向とするガイド板側部４１と、非鉛直方向を長手方向とし、ガイド板側部４１と連続して設けられたガイド板下部４２とを有する。ガイド板側部４１は、少なくとも、内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の一方の側方となる位置に設けられている。ガイド板下部４２は、少なくとも、内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置に設けられ、かつ、平面視において、内筒３０の外側面の一部に沿って設けられている。
【００５３】
ガイド板４０により、入口部２０から供給された気液多相流体は、容器１０の胴部１３の内側面と内筒３０の外側面との間を流路として、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見て、入口部２０の一方の側方から他方の側方に向かって旋回することになる。これにより、気液多相流体に遠心力が作用し、気液多相流体を気体と液体に分離することができる。
【００５４】
内筒３０の外側面におけるガイド板下部４２が設けられる範囲は、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見て、少なくともガイド板側部４１の真下から内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置までを覆う範囲で、なおかつ、胴部１３の中心軸を基準として、平面視において４０度以上１８０度以下となる範囲であることが好ましい。図２に示す例では、ガイド板下部４２は、平面視において、ガイド板側部４１の真下から９０度の部分円環形状となるような範囲に設けられている。ガイド板下部４２が設けられる範囲を４０度以上とすることにより、入口部２０から供給された気液多相流体を所望の旋回方向に誘導しやすくなる。また、ガイド板下部４２が設けられる範囲を１８０度以下とすることにより、入口部２０から供給された気液多相流体の旋回が必要以上に維持されることを抑制し、圧力損失を抑えることができる。
【００５５】
ガイド板下部４２は、入口部２０の下端との距離が、入口部２０の鉛直方向における長さの２倍以下の範囲となる位置に設けられていることが好ましい。また、ガイド板下部４２は、入口部２０の下端との距離が、入口部２０の鉛直方向における長さの１倍以下の範囲となる位置に設けられていることがより好ましい。これにより、入口部２０から供給された気液多相流体が過度に下方に流れるのを抑制し、気液多相流体に十分な遠心力を与えることができる。
【００５６】
図３及び図４に示すように、ガイド板４０は、内筒３０の外側面に設けられ、ガイド板側部４１を構成する第１ガイド板４１ａと、内筒３０の外側面に設けられ、ガイド板下部４２を構成する第２ガイド板４２ａとを含んで構成されていてもよい。図３及び図４に示す例では、第１ガイド板４１ａ及び第２ガイド板４２ａは、内筒３０の外側面に密着されて設けられている。
【００５７】
図３及び図４に示す例では、第１ガイド板４１ａは、鉛直方向を長手方向とする板状に構成されている。また、図３及び図４に示す例では、第２ガイド板４２ａは、水平方向を長手方向とする板状に構成されている。また、図３及び図４に示す例では、第１ガイド板４１ａと第２ガイド板４２ａとが接するように構成されている。さらに、入口部２０から供給された気液多相流体が漏れないように、第１ガイド板４１ａと第２ガイド板４２ａとは、溶接等により密着されていることが好ましい。なお、本発明はこの構成に限定されず、例えば、第１ガイド板４１ａ（ガイド板側部４１）は、鉛直方向から傾いた板状に構成されていてもよく、第２ガイド板４２ａ（ガイド板下部４２）は、水平方向から傾いた板状に構成されていてもよい。また例えば、第１ガイド板４１ａ（ガイド板側部４１）及び第２ガイド板４２ａ（ガイド板下部４２）の少なくとも一方が湾曲した板状に構成されていてもよい。
【００５８】
また、図３及び図４に示す例では、第２ガイド板４２ａの上面は、水平となるように構成されている。なお、本発明はこの構成に限定されず、第２ガイド板４２ａ（ガイド板下部４２）の上面は、容器１０の内側面側が低くなるように傾いていたり、内筒３０の外側面側が低くなるように傾いていたりしていてもよい。
【００５９】
図５は、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見た内筒３０及びガイド板４０の構成の他の例を示す部分拡大図である。図５に示すように、ガイド板４０は、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見て、ガイド板側部４１とガイド板下部４２とが一体として構成されていてもよい。図５に示す例では、ガイド板４０は、１枚の板で構成され、内筒３０の外側面に密着されている。
【００６０】
図３又は図５、並びに図２に示すように、ガイド板下部４２は、容器１０の胴部１３との間の少なくとも一部に空隙９０を有する。図２及び図３に示す例では、ガイド板下部４２（第２ガイド板４２ａ）と容器１０の胴部１３との間に空隙９０を有するように構成されている。
【００６１】
空隙９０を有することにより、入口部２０から供給された気液多相流体がガイド板下部４２の側方終端部まで達する以前に、密度の大きい液体を分離して容器１０の内側面側に流下させることができる。すなわち、空隙９０は、分離された液体を、容器１０内の下方へ速やかに流出させるための流路となる。これにより、分離された気体の流路空間を拡大させることができるので、気液多相流体の液流量及び液割合が大きくなっても、高い分離効率で気体と液体に分離することができる。また、空隙９０を設けることにより、圧力損失を抑えることができる。なお、空隙９０は、１箇所に設けられても複数箇所に設けられていてもよい。
【００６２】
このように、第１の構成例に係る気液分離器１００によれば、簡易な構成で、流量及び気液割合が経時的に大きく変化する気液多相流体を、高い分離効率で気体と液体に分離することができる気液分離器が実現できる。
【００６３】
１−２．第２の構成例
図６は、第２の構成例に係る気液分離器１００ａの子午面断面の模式図の一例、図７は、第２の構成例に係る気液分離器１００ａを図６のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例である。
【００６４】
ガイド板下部４２は、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見て、少なくともガイド板側部４１の真下から内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置までの部分では連続して胴部１３の内側面との間に空隙を有さないように構成されていてもよい。すなわち、ガイド板４０は、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見て、少なくとも内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置では連続して容器１０の胴部１３の内側面と接していてもよい。図６及び図７に示す例では、第２ガイド板４２ａ（ガイド板下部４２）が、ガイド板側部４１の真下から内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置までの部分では連続して胴部１３の内側面との間に空隙を有さないように構成されている。
【００６５】
この構成により、入口部２０付近では流体に対する遠心力を与え、入口部２０から離れた位置では遠心力により容器１０の内側面側に移動した液体を空隙９０から効率良く流出させることができる。
【００６６】
また、図７に示すように、気液分離器１００ａは、ガイド板下部４２の側方終端部に近づくほど空隙９０の間隔が広くなるように構成されていてもよい。
【００６７】
この構成により、遠心力により容器１０の内側面側に移動した液体を空隙９０から効率よく流出させることができる。
【００６８】
１−３．第３の構成例
図８は、第３の構成例に係る気液分離器１００ｂの子午面断面の模式図の一例、図９は、第３の構成例に係る気液分離器１００ｂを図８のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例である。
【００６９】
図８及び図９に示すように、気液分離器１００ｂは、ガイド板下部４２と胴部１３との間を塞ぐ下部漏れ防止板７２を備え、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見て、ガイド板下部４２のうち少なくともガイド板側部４１の真下から内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置までの部分と、胴部１３との間が、下部漏れ防止板７２で塞がれていてもよい。図８及び図９に示す例では、下部漏れ防止板７２は、胴部１３の内側面に密着して設けられている。下部漏れ防止板７２は、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ａ）の真下から内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置までの部分のガイド板下部４２（第２ガイド板４２ａ）と密着されていてもよい。
【００７０】
第２ガイド板４２ａは内筒３０の外側面に設けられているため、加工によって、第２ガイド板４２ａと容器１０の胴部１３の内側面との間に空隙が生じる。したがって、胴部１３の内側面に下部漏れ防止板７２が備えられていることにより、第２ガイド板４２ａと容器１０の胴部１３の内側面との隙間からの気液多相流体の漏れを防ぐことができる。これにより、気液多相流体に対して効果的に遠心力を与えることができる。
【００７１】
また、図９に示すように、気液分離器１００ｂは、ガイド板下部４２の側方終端部に近づくほど空隙９０の間隔が広くなるように構成されていてもよい。
【００７２】
この構成により、遠心力により容器１０の内側面側に移動した液体を空隙９０から効率良く流出させることができる。
【００７３】
１−４．第１の構成例、第２の構成例及び第３の構成例の変形例
さらに、図２、図７又は図９に示すように、第１の構成例に係る気液分離器１００、第２の構成例に係る気液分離器１００ａ及び第３の構成例に係る気液分離器１００ｂは、ガイド板側部４１と、胴部１３との間を塞ぐ側部漏れ防止板７０を備えていてもよい。図２、図７及び図９に示す例では、側部漏れ防止板７０と胴部１３の内側面とは密着されている。側部漏れ防止板７０は、ガイド板側部４１と密着されていてもよい。
【００７４】
図２、図７及び図９に示す例では、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ａ）は内筒３０の外側面に設けられているため、加工によって、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ａ）と容器１０の胴部１３の内側面との間に空隙が生じる。したがって、胴部１３の内側面に側部漏れ防止板７０が備えられていることにより、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ａ）と容器１０の胴部１３の内側面との隙間からの気液多相流体の漏れを防ぐことができる。これにより、気液多相流体に対して効果的に遠心力を与えることができる。
【００７５】
なお、側部漏れ防止板７０と下部漏れ防止板７２とが一体として構成されていてもよい。例えば、側部漏れ防止板７０と下部漏れ防止板７２とが１枚の板で構成されていてもよい。
【００７６】
１−５．第４の構成例
図１０は、第４の構成例に係る気液分離器１００ｃについて、図８のＡ−Ａに相当する位置における断面から平面視した場合の模式図の一例である。気液分離器１００ｃの子午面断面は、図８に示す例と同様である。
【００７７】
図８及び図１０に示すように、ガイド板４０は、胴部１３の内側面に設けられ、ガイド板側部４１を構成する第１ガイド板４１ｂと、内筒３０の外側面に設けられ、ガイド板下部４２を構成する第２ガイド板４２ａとを含んで構成されていてもよい。すなわち、第１ガイド板４１ｂ（ガイド板側部４１）は、少なくとも、胴部１３の内側面のうち入口部２０の一方の側方となる位置に設けられ、第２ガイド板４２ａ（ガイド板下部４２）は、少なくとも、内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置に設けられ、かつ、平面視において、内筒３０の外側面の一部に沿って設けられている。図８及び図１０に示す例では、第１ガイド板４１ｂは胴部１３の内側面に密着されて設けられている。また、図８及び図１０に示す例では、第２ガイド板４２ａは内筒３０の外側面に密着されて設けられている。
【００７８】
図８及び図１０に示す例では、第１ガイド板４１ｂは、鉛直方向を長手方向とする板状に構成されている。また、図８及び図１０に示す例では、第２ガイド板４２ａは、水平方向を長手方向とする板状に構成されている。また、図８及び図１０に示す例では、第１ガイド板４１ｂと第２ガイド板４２ａとが接するように構成されている。なお、本発明はこの構成に限定されず、例えば、第１ガイド板４１ｂ（ガイド板側部４１）は、鉛直方向から傾いた板状に構成されていてもよく、第２ガイド板４２ａ（ガイド板下部４２）は、水平方向から傾いた板状に構成されていてもよい。また例えば、第１ガイド板４１ｂ（ガイド板側部４１）及び第２ガイド板４２ａ（ガイド板下部４２）の少なくとも一方が湾曲した板状に構成されていてもよい。
【００７９】
また、図８及び図１０に示す例では、第２ガイド板４２ａの上面は、水平となるように構成されている。なお、本発明はこの構成に限定されず、第２ガイド板４２ａ（ガイド板下部４２）の上面は、容器１０の内側面側が低くなるように傾いていたり、内筒３０の外側面側が低くなるように傾いていたりしていてもよい。
【００８０】
また、図１０に示すように、気液分離器１００ｃは、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ｂ）と内筒３０との間を塞ぐ側部漏れ防止板７０ａを備えていてもよい。図１０に示す例では、側部漏れ防止板７０ａと内筒３０の外側面とは密着されている。側部漏れ防止板７０ａは、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ｂ）と密着されていてもよい。
【００８１】
図１０に示す例では、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ｂ）は胴部１３の内側面に設けられているため、加工によって、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ｂ）と内筒３０の外側面との間に空隙が生じる。したがって、内筒３０の外側面に側部漏れ防止板７０ａが備えられていることにより、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ｂ）と内筒３０の外側面との隙間からの気液多相流体の漏れを防ぐことができる。これにより、気液多相流体に対して効果的に遠心力を与えることができる。
【００８２】
また、図８及び図１０に示すように、気液分離器１００ｃは、ガイド板下部４２と胴部１３との間を塞ぐ下部漏れ防止板７２を備え、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見て、ガイド板下部４２のうち少なくともガイド板側部４１の真下から内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置までの部分と、胴部１３との間が、下部漏れ防止板７２で塞がれていてもよい。図８及び図１０に示す例では、下部漏れ防止板７２は、胴部１３の内側面に密着して設けられている。下部漏れ防止板７２は、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ｂ）の真下から内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置までの部分のガイド板下部４２（第２ガイド板４２ａ）と密着されていてもよい。
【００８３】
第２ガイド板４２ａは内筒３０の外側面に設けられているため、加工によって、第２ガイド板４２ａと容器１０の胴部１３の内側面との間に空隙が生じる。したがって、胴部１３の内側面に下部漏れ防止板７２が備えられていることにより、第２ガイド板４２ａと容器１０の胴部１３の内側面との隙間からの気液多相流体の漏れを防ぐことができる。これにより、気液多相流体に対して効果的に遠心力を与えることができる。
【００８４】
１−６．第５の構成例
図１１は、本実施形態の変形例に係る気液分離器１００ｄの子午面断面の模式図の一例である。図１１に示す気液分離器１００ｄの容器１０ａは、頂部１１ａを含む蓋部と、底部１２ａ及び胴部１３ａを含む容器本体部とを有した構造となっている。蓋部と容器本体部とは、フランジ継手により繋ぎ合わせられている。他の構成は、図１に示す気液分離器１００と同一である。
【００８５】
図１１に示す気液分離器１００ｄの構成においても、上述した気液分離器１００と同様の理由により同様の効果を奏する。
【００８６】
１−７．実験例
次に、第１の構成例に係る気液分離器１００を用いて気液分離を行った場合の実験例について説明する。
【００８７】
実験に用いた気液分離器１００は、平面視において、胴部１３の内側面の直径が２００ｍｍ、内筒３０の外側面の直径が約１６５ｍｍ、胴部１３の内側面と内筒３０の外側面との間隔が約１７ｍｍ、入口部２０の直径が５０ｍｍとなっている。また、ガイド板下部４２は、平面視において、内筒３０の外側面のうちガイド板側部４１の真下から９０度の範囲に設けられている。空隙９０としては、ガイド板下部４２と胴部１３の内側面との間に約５ｍｍ存在している。
【００８８】
実験の手順は以下の通りである。まず、液体出口部２１を閉じる。次に、水と窒素ガスとをそれぞれ所定の流量で混合した水窒素二相流体を、入口部２０から供給する。次に、容器１０内の内筒３０の下端より下方の所定位置まで液面が上昇する時間ｔの間に供給された液量Ｖｌと、時間ｔの間に気体出口部２２から排出された液体を液滴分離器により捕捉した液飛散量Ｓとを測定する。以下、水と窒素ガスとのそれぞれの流量を変更して、上記手順を繰り返して、液量Ｖｌと液飛散量Ｓとを測定する。
【００８９】
水窒素二相流体における窒素ガスの流量Ｖｎは、０［ｍ３／ｈ］＜Ｖｎ＜３００［ｍ３／ｈ］の範囲で変更して測定した。また、水窒素二相流体における水の流量Ｖｈは、Ｖｈ＝１［ｍ３／ｈ］、５［ｍ３／ｈ］、１０［ｍ３／ｈ］、１５［ｍ３／ｈ］の４段階で変更して測定した。
【００９０】
上記手順により測定した液量Ｖｌと液飛散量Ｓとから、液飛散率を以下の式で求める。
【００９１】
液飛散率［％］＝（液飛散量Ｓ／（液飛散量Ｓ＋液量Ｖｌ））×１００
すなわち、液飛散率が小さいほど、気液分離効率は高いと言える。
【００９２】
図１２は、上述の手順により、第１の構成例に係る気液分離器１００を用いて液飛散率を測定した結果を示すグラフである。横軸は、水窒素二相流体における窒素ガスの流量、縦軸は、液飛散率を表す。また、測定点を表す符号の種類は、水窒素二相流体における水の流量を表す。
【００９３】
図１２に示すように、上述したいずれの測定条件においても、液飛散率は１％以下となっている。
【００９４】
このように、第１の構成例に係る気液分離器１００によれば、簡易な構成で、広い範囲での流量及び気液割合において、高い分離効率で気体と液体に分離することができることが示されている。
【００９５】
２．バッチ式多相流量測定装置
２−１．第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置
図１３は、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１の子午線断面の模式図の一例である。バッチ式多相流量測定装置１は、「１−１．第１の構成例」の項で説明した気液分離器１００を有している。なお、気液分離器１００に代えて、上述した気液分離器１００ａ、１００ｂ、１００ｃ及び１００ｄのいずれかを用いてもよい。
【００９６】
バッチ式多相流量測定装置１は、主配管１１０を有する。主配管１１０は、気液多相流体が供給される気液多相流入口部１１１と、気液多相流体が排出される気液多相流出口部１１２と、気液多相流入口部１１１から気液多相流出口部１１２までの間に分岐部１１３及び合流部１１４を有している。図１３に示す例では、合流部１１４は、相対的に気液多相流入口部１１１から近い側に位置する第１合流部１１４ａと、相対的に気液多相流入口部１１１から遠い側に位置する第２合流部１１４ｂを含んで構成されている。なお、この構成に限らず、合流部１１４は、相対的に気液多相流入口部１１１から遠い側に位置する第１合流部１１４ａと相対的に気液多相流入口部１１１から近い側に位置する第２合流部１１４ｂを含んで構成されていてもよい。
【００９７】
バッチ式多相流量測定装置１は、入口配管１２０を有している。入口配管１２０は、分岐部１１３と気液分離器１００の入口部２０とを接続する配管として構成されている。すなわち、入口配管１２０は、分岐部１１３で主配管１１０と連通し、入口部２０で気液分離器１００の内部空間と連通するように構成されている。また、入口配管１２０は、平面視において、気液分離器１００の入口部２０を介して気液分離器１００の胴部１３の中心軸に向かって設けられている。
【００９８】
バッチ式多相流量測定装置１は、液体出口配管１２１を有している。液体出口配管１２１は、合流部１１４と液体出口部２１とを接続する配管として構成されている。すなわち、液体出口配管１２１は、合流部１１４で主配管１１０と連通し、液体出口部２１で気液分離器１００の内部空間と連通するように構成されている。図１３に示す例では、液体出口配管１２１は、第１合流部１１４ａと液体出口部２１とを接続する配管として構成されている。
【００９９】
バッチ式多相流量測定装置１は、気体出口配管１２２を有している。気体出口配管１２２は、合流部１１４と気体出口部２２とを接続する配管として構成されている。すなわち、気体出口配管１２２は、合流部１１４で主配管１１０と連通し、気体出口部２２で気液分離器１００の内部空間と連通するように構成されている。図１３に示す例では、気体出口配管１２２は、第２合流部１１４ｂと気体出口部２２とを接続する配管として構成されている。
【０１００】
バッチ式多相流量測定装置１は、流路切替手段１３０を有している。流路切替手段１３０は、気液多相流体の流路が、気液分離器１００を介さない第１経路と、気液分離器１００を介する第２経路とのいずれか一方となるように切り替える。図１３に示す例では、流路切替手段１３０は、主配管１１０に設けられ、分岐部１１３から合流部１１４への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第３開閉手段１３３と、入口配管１２０に設けられ、分岐部１１３から気液分離器１００の入口部２０への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第４開閉手段１３４とを含んで構成されている。第３開閉手段１３３及び第４開閉手段１３４としては、種々の公知のバルブを採用することができる。なお、流路切替手段１３０は、第１経路と第２経路とを切り替える三方弁で構成されていてもよい。
【０１０１】
バッチ式多相流量測定装置１は、第１開閉手段１３１を有している。第１開閉手段１３１は、液体出口配管１２１に設けられ、気液分離器１００の液体出口部２１から合流部１１４への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える。第１開閉手段１３１としては、種々の公知のバルブを採用することができる。
【０１０２】
また、第１開閉手段１３１は、合流部１１４の水平高さよりも上方に設けられていてもよい。これにより、気液分離器１００からの液体の排出が容易になる。図１３に示す例では、第１開閉手段１３１は、気液分離器１００の水平高さよりも下方で第１合流部１１４ａの水平高さよりも上方に設けられている。第１開閉手段１３１と合流部１１４（第１合流部１１４ａ）との間の液体出口配管１２１は、直線的な配管であることが好ましい。これにより、液体出口配管１２１中に液溜まりが残留することを防ぎ、気液分離器１００から液体を排出する時間を短縮できる。
【０１０３】
バッチ式多相流量測定装置１は、第２開閉手段１３２を有している。第２開閉手段１３２は、気体出口配管１２２に設けられ、気液分離器１００の気体出口部２２から合流部１１４ｂへの経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える。第２開閉手段１３２としては、種々の公知のバルブを採用することができる。
【０１０４】
バッチ式多相流量測定装置１は、圧力計測部２００を有している。圧力計測部２００は、気液分離器１００及び液体出口配管１２１のうち少なくとも一方の内部において、高さの異なる２つ以上の測定箇所で圧力を計測する。図１３に示す例では、圧力計測部２００は、液体出口配管１２１に設けられ圧力の測定箇所となる圧力計測用の短管２０１、気液分離器１００の胴部１３に設けられ圧力の測定箇所となる圧力計測用の短管２０２及び２０３、短管２０１での圧力と短管２０２での圧力の差に基づいた信号を出力する差圧発信器２１０、短管２０２での圧力と短管２０３での圧力の差に基づいた信号を出力する差圧発信器２２０を含んで構成されている。図１３に示す例では、各単管の位置は、低い方から短管２０１、短管２０２、短管２０３順に配置されている。後述される液流量の計測精度の観点からは、短管２０１は、第１開閉手段１３１に近い位置に設けられることが好ましい。
【０１０５】
バッチ式多相流量測定装置１は、流路切替手段１３０、第１開閉手段１３１、第２開閉手段１３２及び圧力計測部２００を制御する制御部３００を有していてもよい。制御部３００は、専用回路により実現して後述される各制御を行うようにすることもできるし、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）が記憶手段（不図示）等に記憶された制御プログラムを実行してコンピューターとして機能させ、後述される各制御を行うようにすることもできる。制御部３００が行う制御例については、「２−２．第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法」の項で後述される。
【０１０６】
バッチ式多相流量測定装置１は、液流量計算部４００を有していてもよい。液流量計算部４００は、気液多相流体に含まれる液体の流量（液流量）を計算する。液流量計算部４００は、圧力計測部２００により高さの異なる２つ以上の測定箇所で計測される圧力と、流路切替手段１３０により気液多相流体の流路が第２経路となる時間とに基づいて液流量を計算する。液流量計算部４００が行う計算例の詳細については、「２−３．液流量の計算例」の項で後述される。
【０１０７】
バッチ式多相流量測定装置１は、気体流量計５００を有している。気体流量計５００は、気体出口配管１２２に設けられ、気液分離器１００の気体出口部２２から排出される気体の流量を計測する。気体流量計５００としては、例えば、容積式流量計や質量流量計を用いることができる。また、気体流量計５００は、標準状態の気体流量を計算するために必要な温度計及び圧力計、もしくは温度及び圧力を計測する機能を含んでいる。気体流量計５００は、第２開閉手段１３２の上流に設けられていても下流に設けられていてもよい。ただし、以下で述べられる油密度、水密度及び液密度の計算に使う温度Ｔ及び圧力Ｐは、気体流量計５００が第２開閉手段１３２より上流であれば、液流量が計算されるときに計測されている温度Ｔ、圧力Ｐを用い、気体流量計５００が第２開閉手段１３２より下流であれば、第２開閉手段が開から閉に制御される直前の気体が安定して流動している状態での平均の温度Ｔ及び平均の圧力Ｐを用いることが望ましい。
【０１０８】
２−２．第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法
次に、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１を用いたバッチ式多相流量計測方法について説明する。図１４は、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１を用いたバッチ式多相流量計測方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【０１０９】
図１４に示すバッチ式多相流量計測方法は、流路切替手段１３０により、気液多相流体の流路を、第１経路から第２経路へと切り替えるとともに、第２開閉手段１３２により、気体出口部２２から合流部１１４への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替える第１工程（ステップＳ１００）と、流路切替手段１３０により、気液多相流体の流路を、第２経路から第１経路へと切り替えるとともに、第２開閉手段１３２により、気体出口部２２から合流部１１４への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替える第２工程（ステップＳ１０２）と、圧力計測部２００により、気液分離器１００及び液体出口配管１２１のうち少なくとも一方の内部において、高さの異なる２つ以上の測定箇所で圧力を計測する第３工程（ステップＳ１０４）と、第１開閉手段１３１により、液体出口部２１から合流部１１４への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替える第４工程（ステップＳ１０６）と、第１開閉手段１３１により、液体出口部２１から合流部１１４への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替える第５工程（ステップＳ１０８）と、を含んでいる。
【０１１０】
以下では、図１４に示すバッチ式多相流量計測方法を、主として制御部３００による制御によって実現する例について説明する。なお、図１４に示すバッチ式多相流量計測方法を、手動操作等により実現することも可能である。
【０１１１】
第１工程（ステップＳ１００）において、制御部３００は、気液多相流体の流路を、第１経路から第２経路へと切り替えるように流路切替手段１３０を制御するとともに、気体出口部２２から合流部１１４への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように第２開閉手段１３２を制御する第１処理を行う。例えば、制御部３００は、第１処理において、分岐部１１３から気液分離器１００の入口部２０への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように第４開閉手段１３４を制御し、かつ、気体出口部２２から合流部１１４への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように第２開閉手段を制御した後に、分岐部１１３から合流部１１４への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように第３開閉手段１３３を制御してもよい。これにより、気液多相流体の流れを遮断することを抑制できるため、より安全な操作で、流量を測定できる。
【０１１２】
第２工程（ステップＳ１０２）において、制御部３００は、気液多相流体の流路を、第２経路から第１経路へと切り替えるように流路切替手段１３０を制御するとともに、気体出口部２２から合流部１１４への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように第２開閉手段１３２を制御する第２処理を行う。例えば、制御部３００は、第２処理において、分岐部１１３から合流部１１４への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように第３開閉手段１３３を制御した後に、分岐部１１３から気液分離器１００の入口部２０への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように第４開閉手段１３４を制御してもよい。これにより、気液多相流体の流れを遮断することを抑制できるため、より安全な操作で、流量を測定できる。
【０１１３】
制御部３００が第１工程（ステップＳ１００）を開始するタイミングは、例えば、計測結果の記録をスタートしてから所定時間ｔｄ１経過後としてもよい。また例えば、制御部３００が第２工程（ステップＳ１０２）を開始するタイミングは、圧力計測部２００によって所定の圧力が計測されるタイミングとしてもよい。図１３に示す例では、制御部３００が第２工程（ステップＳ１０２）を開始するタイミングは、差圧発信器２２０で所定値ｄＰ１以上の圧力差が計測されるタイミングとしてもよい。所定値ｄＰ１は、例えば、液面が短管２０２と短管２０３との間に位置する状態に相当する圧力差であってもよい。
【０１１４】
第３工程（ステップＳ１０４）において、制御部３００は、気液分離器１００及び液体出口配管２２のうち少なくとも一方の内部において、高さの異なる２つ以上の測定箇所で圧力を計測するように圧力計測部２００を制御する第３処理を行う。図１３に示す例では、短管２０１、２０２及び２０３が設けられている３つの測定箇所で圧力を計測している。圧力計測部２００によって計測された圧力に基づいて、液流量が計算できる。液流量の計算は、液流量計算部４００が行ってもよい。液流量の計算例については後述される。
【０１１５】
制御部３００が第３工程（ステップＳ１０４）を開始するタイミングは、例えば、第２工程（ステップＳ１０２）が完了してから所定時間ｔｄ２経過後としてもよい。ここでの所定時間ｔｄ２は、例えば、要求される計測精度の範囲内で液面が安定するまでの時間としてもよい。このような所定時間ｔｄ２は、バッチ式多相流量測定装置１の仕様に応じて実験的に決定することができる。
【０１１６】
なお、第３工程（ステップＳ１０４）に加えて、第３工程（ステップＳ１０４）以外の期間においても制御部３００が第３処理を行ってもよい。例えば、第１工程（ステップＳ１００）の開始前から第５工程（ステップＳ１０８）の完了後までの期間において継続的に制御部３００が第３処理を行ってもよい。
【０１１７】
第４工程（ステップＳ１０６）において、制御部３００は、液体出口部２１から合流部１１４への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように第１開閉手段１３１を制御する第４処理を行う。制御部３００が第４工程（ステップＳ１０６）を開始するタイミングは、例えば、第３工程（ステップＳ１０４）が完了した後のタイミングとしてもよい。
【０１１８】
第５工程（ステップＳ１０８）において、制御部３００は、液体出口部２１から合流部１１４への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように第１開閉手段１３１を制御する第５処理を行う。図１３に示す例では、制御部３００が第５工程（ステップＳ１０８）を開始するタイミングは、差圧発信器２１０で所定値ｄＰ２以下の圧力差が計測されるタイミングとしてもよい。所定値ｄＰ２は、例えば、液面が短管２０１よりも低い状態に相当する圧力差であってもよい。
【０１１９】
２−３．第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法における液流量の計算例
次に、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１を用いたバッチ式多相流量計測方法における液流量の計算例について、油、水及びガスの３種からなる気液多相流体を用いた場合を例に取り説明する。以下に説明する例では、油と水が分離している（エマルションではない）ものと仮定した場合について説明する。
【０１２０】
図１５は、液流量の計算例について説明するための図である。図１５は、バッチ式多相流量測定装置１の要部の子午面断面について模式的に表している。また、図１５においては、第３工程（ステップＳ１０４）において、液面が短管２０２と短管２０３との間に位置し、水油界面が短管２０１と短管２０２の間に位置している場合を表している。
【０１２１】
ここで、短管２０１の高さを基準とした水油界面の高さをｈＷ、短管２０１の高さを基準とした短管２０２の高さをｈ１、短管２０１の高さを基準とした液面の高さをｈＬと表す。また、気体流量計５００で計測した圧力Ｐ及び温度Ｔの下で計算した油の密度をρＯ、気体流量計５００で計測した圧力Ｐ及び温度Ｔの下で計算した水の密度をρＷ、重力加速度をｇ、差圧発信器２１０が出力する差圧をｄＰＷ−１、差圧発信器２２０が出力する差圧をｄＰＬ、第１工程（ステップＳ１００）の開始から第２工程（ステップＳ１０２）の完了までの経過時間をｄｔＬとする。
【０１２２】
油の密度ρＯが水の密度ρＷよりも小さい場合、短管２０１の高さを基準とした液面の高さｈＬは、次の式（１）で表される。
【０１２３】
【数１】
【０１２４】
また、短管２０１の高さを基準とした水油界面の高さｈＷは、次の式（２）で表される。
【０１２５】
【数２】
【０１２６】
一方、短管２０１からの垂直高さをｈとすると、第１開閉手段１３１の上部から垂直高さｈまでの液体出口配管１２１及び気液分離器１００の容積Ｖは、液体出口配管１２１及び気液分離器１００の形状に応じたｈの関数として表すことができる。すなわち、Ｖ＝ｆＶ（ｈ）と表すことができる。図１６は、容積Ｖと高さｈとの関係の一例を表すグラフである。この関数を用いて、液流量（液体積流量）ＱＬを以下の式（３）で、水分率ＷＣを以下の式（４）で、それぞれ計算することができる。
【０１２７】
【数３】
【０１２８】
【数４】
【０１２９】
２−４．第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法におけるガス流量の計算例
次に、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法におけるガス流量の計算例について、油、水及びガスの３種からなる気液多相流体を用いた場合を例に取り説明する。
【０１３０】
第１工程（ステップＳ１００）の開始タイミング時刻をｔ１、第２工程（ステップＳ１０２）の開始タイミング時刻をｔ２、時刻ｔ１の後にガスの流量が安定するまでに必要な時間をｄｔとすると、平均ガス体積流量は、時刻ｔ１＋ｄｔから時刻ｔ２までに気体流量計５００によって計測されたガス体積流量ＱＧを平均値で表すことができる。すなわち、平均ガス体積流量は以下の式（５）で表すことができる。
【０１３１】
【数５】
【０１３２】
また、気液分離器１００で分離された液体が気液分離器１００内に溜まるに従い、気液分離器１００内に存在するガスが気体出口配管１２２に排出されるため、より正確な平均ガス体積流量は、以下の式（６）で表すことができる。
【０１３３】
【数６】
【０１３４】
なお、時刻ｔ１＋ｄｔから時刻ｔ２までの平均温度及び平均圧力を用いて、標準状態のガス体積流量に換算することができる。
【０１３５】
２−５．第２実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置
図１７は、第２実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置２の子午線断面の模式図の一例である。なお、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１３６】
バッチ式多相流量測定装置２は、気液分離器１００の胴部１３に設けられ圧力の測定箇所となる短管２０４を有している。図１７に示す例では、各単管の位置は、低い方から短管２０１、短管２０４、短管２０２、短管２０３順に配置されている。また、図１７に示す例では、短管２０４から短管２０３までの間は、気液分離器１００内の水平断面積が同一となっている。短管２０４は、設計上許容できる範囲で、気液分離器１００内の水平断面積が同一となる範囲の最下部に近い位置に配置されることが好ましい。
【０１３７】
バッチ式多相流量測定装置２の圧力計測部２００は、差圧発信器２１０に代えて、短管２０１での圧力と短管２０４での圧力の差に基づいた信号を出力する差圧発信器２１１、短管２０４での圧力と短管２０２での圧力の差に基づいた信号を出力する差圧発信器２１２を含んで構成されている。
【０１３８】
バッチ式多相流量測定装置２においても、「２−２．第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法」の項で説明したバッチ式多相流量計測方法と同様の方法で、気液多相流体に含まれる液体の流量を計測することができる。
【０１３９】
２−６．第２実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法における液流量の計算例
次に、第２実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置２を用いたバッチ式多相流量計測方法における液流量の計算例について、油、水及びガスの３種からなる気液多相流体を用いた場合を例に取り説明する。以下に説明する例では、油と水が分離していない（エマルションになっている）部分が下方にあるものと仮定した場合について説明する。
【０１４０】
図１８は、液流量の計算例について説明するための図である。図１８は、バッチ式多相流量測定装置２の要部の子午面断面について模式的に表している。また、図１８においては、第３工程（ステップＳ１０４）において、液面が短管２０２と短管２０３との間に位置している場合を表している。
【０１４１】
ここで、短管２０１の高さを基準とした短管２０２の高さをｈ１、短管２０１の高さを基準とした短管２０４の高さをｈ２、短管２０１の高さを基準とした液面の高さをｈＬと表す。また、気体流量計５００で計測した圧力Ｐ及び温度Ｔの下で計算した油の密度をρＯ、気体流量計５００で計測した圧力Ｐ及び温度Ｔの下で計算した水の密度をρＷ、重力加速度をｇ、差圧発信器２１１が出力する差圧をｄＰＷ−２、差圧発信器２１２が出力する差圧をｄＰＷ−３とする。
【０１４２】
油の密度ρＯが水の密度ρＷよりも小さく、短管２０２の高さよりも上方では油のみであるものと仮定できる場合、短管２０１の高さを基準とした液面の高さｈＬは、上述した式（１）で表される。
【０１４３】
一方、上述したように、短管２０１からの垂直高さをｈとすると、第１開閉手段１３１の上部から垂直高さｈまでの液体出口配管１２１及び気液分離器１００の容積Ｖは、液体出口配管１２１及び気液分離器１００の形状に応じたｈの関数として表すことができる。すなわち、Ｖ＝ｆＶ（ｈ）と表すことができる。この関数を用いて、水の体積ＶＷは、以下の式（７）で表すことができる。
【０１４４】
【数７】
【０１４５】
また、水の体積ＶＷを用いて、水分率ＷＣは、以下の式（８）で表すことができる。
【０１４６】
【数８】
【０１４７】
２−７．第３実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置
図１９は、第３実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置３の子午線断面の模式図の一例である。なお、第２実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置２と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１４８】
バッチ式多相流量測定装置３は、気液分離器１００の胴部１３に設けられ圧力の測定箇所となる短管２０５を有している。図１９に示す例では、各単管の位置は、低い方から短管２０１、短管２０４、短管２０５、短管２０２、短管２０３順に配置されている。
【０１４９】
バッチ式多相流量測定装置３の圧力計測部２００は、差圧発信器２１２に代えて、短管２０４での圧力と短管２０５での圧力の差に基づいた信号を出力する差圧発信器２１３、短管２０５での圧力と短管２０２での圧力の差に基づいた信号を出力する差圧発信器２１４を含んで構成されている。
【０１５０】
バッチ式多相流量測定装置３においても、「２−２．第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法」の項で説明したバッチ式多相流量計測方法と同様の方法で、気液多相流体に含まれる液体の流量を計測することができる。
【０１５１】
２−８．第３実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いた油密度及び水密度の計算例
次に、第３実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置３を用いた油密度及び水密度の計算例について、油、水及びガスの３種からなる気液多相流体を用いた場合を例に取り説明する。以下に説明する例では、油と水が分離している（エマルションではない）ものと仮定した場合について説明する。
【０１５２】
図２０は、油密度及び水密度の計算例について説明するための図である。図２０は、バッチ式多相流量測定装置３の要部の子午面断面について模式的に表している。また、図２０においては、第３工程（ステップＳ１０４）において、液面が短管２０２と短管２０３との間に位置し、水油界面が短管２０４と短管２０５の間に位置している場合を表している。
【０１５３】
ここで、短管２０１の高さを基準とした短管２０２の高さをｈ１、短管２０１の高さを基準とした短管２０４の高さをｈ２、短管２０１の高さを基準とした短管２０５の高さをｈ３と表す。また、重力加速度をｇ、差圧発信器２１１が出力する差圧をｄＰＷ、差圧発信器２１４が出力する差圧をｄＰＯとする。
【０１５４】
この場合、圧力下での油の密度ρＯを以下の式（９）で、圧力下での水の密度ρＷを以下の式（１０）で、それぞれ計算することができる。
【０１５５】
【数９】
【０１５６】
【数１０】
【０１５７】
２−９．第４実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置
図２１は、第４実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置４の子午線断面の模式図の一例である。なお、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１５８】
バッチ式多相流量測定装置４は、バッチ式多相流量測定装置１から短管２０２及び差圧発信器２２０を取り除いた構成となっている。図２１に示す例では、各単管の位置は、低い方から短管２０１、２０３順に配置されている。
【０１５９】
バッチ式多相流量測定装置４の圧力計測部２００は、差圧発信器２１０に代えて、短管２０１での圧力と短管２０３での圧力の差に基づいた信号を出力する差圧発信器２１５を含んで構成されている。
【０１６０】
バッチ式多相流量測定装置４においても、「２−２．第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法」の項で説明したバッチ式多相流量計測方法と同様の方法で、気液多相流体に含まれる液体の流量を計測することができる。
【０１６１】
２−１０．第４実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法における液流量の計算例
次に、第４実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置４を用いたバッチ式多相流量計測方法における液流量の計算例について、単相の液体（液密度が均一な液体）及びガスの２種からなる気液多相流体を用いた場合を例に取り説明する。
【０１６２】
図２２は、液流量の計算例について説明するための図である。図２２は、バッチ式多相流量測定装置４の要部の子午面断面について模式的に表している。また、図２２においては、第３工程（ステップＳ１０４）において、液面が短管２０１と短管２０３との間に位置している場合を表している。
【０１６３】
ここで、短管２０１の高さを基準とした液面の高さをｈＬと表す。また、気体流量計５００で計測した圧力Ｐ及び温度Ｔの下で計算した液体の密度をρＬ、重力加速度をｇ、差圧発信器２１５が出力する差圧をｄＰＬ、第１工程（ステップＳ１００）の開始から第２工程（ステップＳ１０２）の完了までの経過時間をｄｔＬとする。
【０１６４】
この場合、液面の高さｈＬを以下の式（１１）で、液流量ＱＬを以下の式（１２）で、それぞれ表すことができる。
【０１６５】
【数１１】
【０１６６】
【数１２】
【０１６７】
２−１１．第５実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置
図２３は、第５実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置５の子午線断面の模式図の一例である。なお、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１６８】
バッチ式多相流量測定装置５は、気体出口配管１２２に設けられ、気液分離器１００の気体出口部２２から排出される気体から液滴を分離する液滴分離器６００を有している。
【０１６９】
液滴分離器６００は、気体から液滴を分離するための構成であり、例えば、Ｔ字配管、Ｙ字配管、逆三角形状の配管、もしくは、流体の速度を低減させるために気体出口配管１２２の断面積より大きな断面積をもつ開口で気体出口配管１２２の下方で連通する漏斗状の配管として構成してもよい。液滴分離器６００の上流となる気体出口配管１２２の水平方向の長さは、気体から液滴の分離が促進されるのに十分な長さとすることが好ましく、水平配管もしくは下降傾斜配管が好ましい。図２３に示す例では、液滴分離器６００は、気体出口配管１２２の断面積より大きな断面積をもつ開口で気体出口配管１２２の下方で連通する漏斗状の配管として構成されている。液滴分離器６００により、気体出口配管１２２を通る気体に混入している液ミストや液相を、気体出口配管１２２より下方の配管６１０に誘導し、液体が液滴分離器６００よりも下流の気体出口配管１２２に流れるのを防ぐことができる。これにより、より正確なガス流量を計測することができる。
【０１７０】
また、液滴分離器６００を設けることにより、気体出口配管１２２への液滴の随伴状況の確認が容易になる。したがって、液飛散率を確認し、本計測の精度を確認することができる。例えば、液飛散率が高い場合には液流量及びガス流量の計測精度が低く、液飛散率が低い場合には液流量及びガス流量の計測精度が高いことが分かる。
【０１７１】
配管６１０は、短管６２０を介して気液分離器１００の内部空間と連通するように構成されていてもよい。液滴分離器６００で分離された液体を気液分離器１００に戻すことにより、より正確な液流量を計測することができる。
【０１７２】
バッチ式多相流量測定装置５は、配管６１０に設けられ、液滴分離器６００から短管６２０への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第５開閉手段１３５を有していてもよい。第５開閉手段１３５としては、種々の公知のバルブを採用することができる。図１４に示すフローチャートにおいては、ステップＳ１００の状態からステップＳ１０２、及びＳ１０４の状態では、第５開閉手段１３５を閉じた状態とし、ステップＳ１０４を終了した後、第５開閉手段１３５を開いた状態とし、液滴分離器６００で分離した液体を気液分離器１００に戻し、さらにステップＳ１０４を実行した後、第５開閉手段１３５を閉じた状態とした後又は閉じた状態とすると同時にステップＳ１０６に移行する。これにより、液滴分離器６００で分離された液体を気液分離器１００に戻し、液飛散率の確認ができる。短管６２０は、短管２０３と同じ高さ、もしくは、短管２０３よりも上方に位置することが望ましい。また、配管６１０が、短管６２０の高さよりも下方を経由しないことが望ましい。これにより、液滴分離器６００に溜まった液体を、気液分離器１００にスムーズに排出できる。
【０１７３】
２−１２．第６実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置
図２４は、第６実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置６の子午線断面の模式図の一例、図２５は、第６実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置６の流路切替手段１３０付近を平面的に見た模式図の一例である。なお、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第６実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置６の流路切替手段１３０は、気液分離器１００の入口部２０との高低差が小さい位置に設けられている。
【０１７４】
図２６は、スラグ流について説明するための模式図である。図２６は、配管の垂直断面を表しており、配管内の液体を斜線で、気体を白で表している。図２６に示す例において、白抜き矢印方向に供給された気液多相流体は、水平配管、垂直配管、水平配管の順に流れる。図２６の（１）で垂直配管に液体が満たされるスラグの形成が始まり、図２６の（２）でスラグの形成が完了する。図２６の（３）で垂直配管に気体の侵入が始まり、図２６の（４）で気体が垂直配管を貫通する。
【０１７５】
図２６に示すようなスラグ流が発生すると、液流量の測定精度が低下する。第６実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置６は、流路切替手段１３０が気液分離器１００の入口部２０との高低差が小さい位置に設けられているため、スラグ流の発生を抑制できる。したがって、測定精度が高いバッチ式多相流量測定装置を実現できる。
【０１７６】
なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、複数を適宜組み合わせることが可能である。
【０１７７】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１７８】
１，２，３，４，５，６ バッチ式多相流量測定装置、１０ 容器、１１ 頂部、１２底部、１３，１３ａ 胴部、２０ 入口部、２１ 液体出口部、２２ 気体出口部、３０ 内筒、４０ ガイド板、４１ ガイド板側部、４１ａ，４１ｂ 第１ガイド板、４２ ガイド板下部、４２ａ 第２ガイド板、７０，７０ａ 側部漏れ防止板、７２ 下部漏れ防止板、９０ 空隙、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ 気液分離器、１１０ 主配管、１１１ 気液多相流入口部、１１２ 気液多相流出口部、１１３ 分岐部、１１４ 合流部、１１４ａ 第１合流部、１１４ｂ 第２合流部、１２０ 入口配管、１２１ 液体出口配管、１２２ 気体出口配管、１３０ 流路切替手段、１３１ 第１開閉手段、１３２ 第２開閉手段、１３３ 第３開閉手段、１３４ 第４開閉手段、１３５ 第５開閉手段、２００ 圧力計測部、２０１，２０２，２０３，２０４ 短管、２１０，２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２２０ 差圧発信器、３００ 制御部、４００ 液流量計算部、５００ 気体流量計、６００ 液滴分離器、６１０ 配管、６２０ 短管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッチ式多相流量測定装置及び流量計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油田から汲み上げられた直後の流体は、原油以外にメタン、エタン、ブタン、ペンタン等のガス及び塩水等の水を含む。さらに、砂等の固体の異物を含むこともある。したがって、原油をタンカーあるいはパイプラインによって効率よく輸送するためには、あらかじめガス、水及び原油を分離するとともに、それぞれの流量を把握することが不可欠である。
【０００３】
ガスの分離には、石油業界では、主として気体の浮力を利用する分離タンク方式の気液分離器が使用されてきた。分離タンク方式の気液分離器は、大容量のタンクに原油を低速で十分な滞留時間を取って供給してこの間に液中からガスを浮上分離させるものであり、嵩高で重く、広い設置面積を必要とするが、陸上で使用する限り問題は少ない。しかし、洋上プラットホームにおいては、そのデッキの許容空間は限られているので、装置の寸法と重量の軽減は重要課題となり、分離タンク方式の気液分離器は、財務的に大きな負担をもたらす。また、コスト、許容空間の両面から、井戸毎に分離タンクを有することができないため、流量を計測するために、分離タンクを複数の井戸で共有することとなる。このため、洋上プラットホームの多くが、年に数日しか、井戸毎の生産量を計測していない。
【０００４】
井戸毎の生産量を把握することは、油田から最大量の油を汲み上げるための情報として重要である。例えば、油の生産量が減少し水の生産量が増えた場合は、井戸のバルブを閉めることで、水の流路を塞いで油の生産量を回復させることが、水の流路が確立する前であれば可能である。そのため、井戸毎の生産量を把握するため、もしくは、井戸毎の生産量計量頻度を上げるため、設置が容易な小型で低コストの多相流量測定装置の開発が進められた。このような多相流量測定装置には、油、水及びガスの分離を行わない方式と、油、水及びガスの分離を行う方式の２つの方式がある。
【０００５】
特許文献１には、油、水及びガスの分離を行わない方式を採用する多相流体流量計が開示されている。この多相流体流量計は、上流よりミキサー、ブレードの角度の違う２つの翼車と、翼車同士を繋ぐばねにより構成され、ミキサー前部から翼車後部までの圧力損失、翼車の回転速度、ばねに発生するトルク及び温度を計測するように構成されている。計測された温度は、油及び水の密度を決定するのに用いる。この多相流体流量計においては、油、水及びガスの多相流体をミキサーで均質化し、圧力損失、回転速度及びばねトルクを、それぞれ総体積流量、液密度及びガス体積流量割合（＝ガス体積流量／総体積流量）の実験式として用意している。そして、流量計測アルゴリズムは、計測された圧力損失、回転速度、ばねトルク及び温度を用いて実験式を解き、総体積流量、液密度及びガス体積流量割合を求め、ガス体積流量、液体積流量及び水分率を求めるものである。
【０００６】
しかし、この実験式は、流体組成により成立しない場合がある。また、各相の流量条件次第で、流動様式が変化し、この実験式が成立しない場合がある。よって、現場環境では、実験式の較正が必要である。しかし、較正用に用いる現場のデータは、ガス体積流量及び液体積流量についてそれぞれ相対誤差±１０％と、水分率について少なくとも誤差±３％を許容しなければならない。よって較正した実験式は、必ず誤差を含む。さらに、計測値自体も、機械的誤差範囲が存在し、また、固形物付着による誤差の可能性がある。以上の誤差要因が存在するが、特許文献１の多相流体流量計単独では、計測値誤差及び誤差要因を特定することは不可能である。また、実験式が現場環境に適していない場合においては、例えば、真の水分率が３０％であっても、実験式を解いて求めた水分率は、１００％を示す可能性がある。よって、現場環境では、この多相流体流量計を用いることは極めて困難であった。
【０００７】
非特許文献１には、油、水及びガスの分離を行わない方式を採用する他の多相流体流量計が開示されている。この多相流体流量計においても、実験式を用いた計測アルゴリズムとなるため、特許文献１の多相流体流量計と同様に、実験式に関する現場での較正を必要とし、単独での誤差及び誤差要因の特定は困難である。
【０００８】
一方、特許文献２には、油、水及びガスの分離を行う方式を採用する多相流体流量計が開示されている。この多相流体流量計は、非特許文献２に記載されているような内部に構造物を有さない最も単純なサイクロン型の気液分離器を用いている。そして、この多相流体流量計においては、気液分離器の分離ガス出口配管にガスフローメーターを、気液分離器の分離液出口配管にコリオリメーターを設置し、前者からはガス流量を、後者からは水と原油の流量を測定している。したがって、この多相流体流量計の計測精度は気液分離器の分離性能に依存することとなる。また、特許文献２には、気液分離器の性能が発揮できない場合の対処策として、この気液分離器の下流に２つの気液分離配管を組み合わせる技術が開示されている。
【０００９】
一方、非特許文献３には、油、水及びガスの分離を行う方式を採用する他の多相流体流量計が開示されている。この多相流体流量計は、垂直上昇流の流れを上下のバルブで閉じ込め、差圧伝送器で液面及び界面を計測し、水分率を求めるサンプリング方式である。この多相流体流量計では、みかけ液速度（液流量／管断面積）が０．５ｍ／ｓ以上であれば油及び水にスリップが発生せず、相対誤差±５％で計測が可能であることが記載されている。しかし、ガス体積流量割合が非常に大きい場合（例えば９９％以上）にこの多相流体流量計を用いて流量を計測する場合には、液量が少ないため、液体をサンプリングできるだけの長さを持つサンプリング管が必要となる。また、この多相流体流量計を用いて、流量に周期性のある多相流体の流量を測定する場合には、サンプリング回数を上げなければ代表的な水分率を求めることができない。
【００１０】
非特許文献４には、非特許文献３で開示されている多相流体流量計の問題を解決する技術として、油、水及びガスの分離を行う方式を採用する他の多相流体流量計の技術の一部が開示されている。非特許文献４に開示されている多相流体流量計は、４つのバルブと、気液分離器及び計測管と、液面と界面を計測する差圧伝送器と、圧力計と、温度計と、ガス流量計とを含んで構成されている。この多相流体流量計は、多相流体を気液分離器に供給し、多相流体をガスと液とに分離し、ガス体積流量をガス流量計で計測し、液を計測管に数分溜めて差圧伝送器により液面・界面を計測し、液体積流量と水分率を求めるバッチ方式である。なお、このバッチ方式は、計測を連続的に行うものではなく、計測後は液体排出操作が必要となる方式である。また、計測誤差要因の観点では、特許文献２に開示されている多相流体流量計は、分離液出口配管に気泡が混入することに起因する液体積流量の計測誤差の可能性があるのと同時に、水分率計測において、油流速と水流速の違いに起因する計測誤差の可能性がある。一方、非特許文献４に開示されている多相流体流量計は、液中の気泡は分離ガス出口配管に排出され、また、油流速と水流速の差を考慮する必要が無い。したがって、非特許文献４に開示されている多相流体流量計の計測誤差要因は、分離ガス出口配管への液の随伴に起因する計測誤差と、計器類の誤差の２つである。このうち、分離ガス出口配管への液の随伴は、分離ガス出口配管に液滴分離器を設けることにより確認できるとともに、これを計測管に戻すことにより、誤差要因の確認と軽減が可能である。
【００１１】
気液分離器についても、数多くの提案がなされてきた。非特許文献２に示された気液分離器は、特定の流量においては優れた性能を発揮する。しかしながら、その流量の適正範囲は狭く、それから外れると分離効率が低下する欠点があり、このような条件下では、分離ガス中への液の随伴及び分離液中へのガスの随伴を防止できない。例えば、油田から汲み上げられた直後のガスを含む原油の変動幅は５倍にも及ぶため、非特許文献２に示された気液分離器の上述の欠点は深刻な問題となる。
【００１２】
非特許文献２に示された気液分離器の上述の欠点を軽減する気液分離器の構造が、特許文献３に開示されている。この気液分離器の特徴の１つは、垂直円筒内部に上端がガス出口配管に繋がり下端が入口配管の入口部からやや下のレベルで下方に開放された内筒を設けたことである。これが隔壁として作用し、流入した気液多相流体から分離気体へ液滴が随伴される現象が軽減される。
【００１３】
サイクロン方式の気液分離器はミストセパレーターとしても機能することが知られている。例えば、特許文献４には、気体中に分散する液滴を遠心力によって分離する気液分離器が開示されている。特許文献４に開示されている気液分離器は、特許文献３に開示されている気液分離器と同様に、内筒とバッフルプレートを備えるが、内筒は下方に伸び、バッフルプレートを突き抜けて下方に開放されている。バッフルプレートは内筒下部に接続されてリングを形成し外筒と円環状の間隙を形成する。ミストを含む気体は外筒側壁に接線方向に取付けられた入口配管から外筒内に流入し外筒内壁に沿って旋回流を形成しながら下降し、ミストを外筒内壁に捕捉させて液状とし内壁を伝って下方へ流下させ、液出口配管に至らしめる。気体は、バッフルプレートが形成する外筒内壁近傍の円環状間隙を下方へ通過後、反転して中央の内筒内を上昇しガス出口配管に至る。長い内筒とその下部に設けた外筒近傍まで広がるバッフルプレートが、ミストを含む気体が十分旋回しないままガス出口配管に短絡することを防止する。これにより、サイクロン方式の気液分離器の分離効率が高まる。
【００１４】
非特許文献２、特許文献３及び特許文献４の従来技術においては、いずれも入口配管を外筒の側部接線方向に取付けることにより旋回流を発生させているが、特許文献５は別の原理によって旋回流を発生させるサイクロン方式の気液分離器を開示している。特許文献５に開示されている気液分離器では、入口配管を外筒の側部接線方向ではなく中心軸に向けて接続して外筒と内筒が形成する円環部に開口させ、その開口近傍において円環部を板状のガイドにより１箇所縦に遮断することにより、流入する気泡を含む液体をこのガイドと反対側へ誘導して旋回流を発生させている。
【００１５】
さらに、特許文献６に開示されているサイクロン方式の気液分離器おいては、ガイドは縦のガイドだけではなく気液多相流体入口配管開口部の下面にも及んでいる。すなわち、特許文献４に開示されている気液分離器では、入口配管を外筒の中心軸に向けて接続して開口させ、流路空間を確保しつつ、その前面、上下面及び目的とする旋回方向と反対側の面を完全に囲うことにより、入口配管から流入する気液多相流体をその旋回方向に誘導して旋回流を発生させている。
【００１６】
油田から汲み上げられた直後の気液多相流体の圧力は極めて高くかつ変動する。このため、気液分離器は設計に当たって耐圧が考慮される。非特許文献２、特許文献３及び特許文献４に開示されている気液分離器のように、入口配管が外筒の側部接線方向に接続されている構成と、特許文献５及び特許文献６に開示されている気液分離器のように、入口配管が、外筒の中心軸方向に接続されている構成とを比較すると、前者の構成は接続部に対称性がないため、内部の高圧流体に圧力変動があると、溶接部に偏荷重が繰り返し掛かり、疲労破壊をもたらす恐れがある。これに対して、後者の構成は接続部の形状に対称性があり、より安全である。
【００１７】
また、特許文献４に開示されている気液分離器が液滴（ミスト）が分散する気体を対象とするのとは対照的に、特許文献５に開示されている気液分離器は少量の気泡が分散する液体を対象としており、具体的にはオゾン水に混在する余剰オゾンをサイクロン方式により分離する気液分離器を開示している。このように、サイクロン方式の気液分離器は、種々の変形により、様々な気液混合比の気液多相流体にそれぞれ適した気液分離器として構成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００１−１６５７４１号公開
【特許文献２】米国特許第５，５２６，６８４号明細書
【特許文献３】米国特許第４，５９６，５８６号明細書
【特許文献４】特開２００１−２４６２１６号公報
【特許文献５】特開２０００−３１７２１２号公報
【特許文献６】米国特許第４，１８７，０８８号明細書
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】「Handbook of Multiphase Flow Metering」、［online］、The Norwegian Society for Oil and Gas Measurement, and The Norwegian Society of Chartered Technical and Scientific Professionals、［平成２２年８月１２日検索］、インターネット〈 URL：http://www.nfogm.no/docup/dokumentfiler/MPFM_Handbook_Revision2_2005_(ISBN-82-91341-89-3).pdf〉
【非特許文献２】G. Joel Rodger、「Multiphase Flow Measurement Class 8110」、［online］、Colorado Experiment Engineering Station Inc.、［平成２２年８月１２日検索］、インターネット〈 URL：http://www.ceesi.com/docs_library/events/ishm2002/Docs/8110.pdf〉
【非特許文献３】渡邉朋子、池田憲治、岡津弘明、「多相流量計測システムの開発」、平成１９年度技術センター年報、独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構、ｐ．８５−８８
【非特許文献４】渡邉朋子、池田憲治、市川真、川井通弘、山田光矢、藤原勝憲、「多相流量計測システムの開発」、平成２１年度石油技術協会春季講演会特別講演・シンポジウム・個人講演要旨集、石油技術協会、平成２１年６月２日、ｐ８５−８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上述したように、油、水及びガスの分離を行わない方式を採用する多相流体流量計は、現場での較正や、誤差要因の特定が困難である。一方、油、水及びガスの分離を行う方式を採用する多相流体流量計においては、気液分離器の分離ガス出口配管への液滴飛散及び分離液出口配管への気泡混入が問題となる。
【００２１】
また、非特許文献２、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に開示されている気液分離器及び多相流体流量計においては、高圧における安全性の面では、特許文献５及び特許文献６に開示されている気液分離器よりも劣る。また、特許文献５に開示されている気液分離器では、油田から汲み上げられた直後の気液多相流体を気液分離するための十分な遠心力が得られない。また、特許文献６に開示されている気液分離器では、構造が複雑であり、気液多相流体の圧力損失も大きい。
【００２２】
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、簡易な構成で、誤差要因の少ない流量測定装置及び流量計測方法を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
（１）本発明に係るバッチ式多相流量測定装置は、
頂部、底部及びその間を連結する中空型の胴部を有する容器と、前記胴部の側面から気液多相流体を供給する入口部と、前記底部から液体を排出する液体出口部と、前記頂部から気体を排出する気体出口部と、上端が前記頂部に連結され、下端が前記入口部の下端よりも低い位置で開口した中空型の内筒と、前記内筒の外側面及び前記胴部の内側面の少なくとも一方に設けられたガイド板と、を備えた気液分離器と、
前記気液多相流体が供給される気液多相流入口部と、前記気液多相流体が排出される気液多相流出口部と、前記気液多相流入口部から前記気液多相流出口部までの間に分岐部及び合流部を有する主配管と、
前記分岐部と前記入口部とを接続し、平面視において、前記入口部を介して前記胴部の中心軸に向かって設けられる入口配管と、
前記合流部と前記液体出口部とを接続する液体出口配管と、
前記合流部と前記気体出口部とを接続する気体出口配管と、
前記気液多相流体の流路が、前記気液分離器を介さない第１経路と、前記気液分離器を介する第２経路とのいずれか一方となるように切り替える流路切替手段と、
前記液体出口配管に設けられ、前記液体出口部から前記合流部への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第１開閉手段と、
前記気体出口配管に設けられ、前記気体出口部から前記合流部への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第２開閉手段と、
前記気液分離器及び前記液体出口配管のうち少なくとも一方の内部において、高さの異なる２つ以上の測定箇所で圧力を計測する圧力計測部と、
前記気体出口配管に設けられ、前記気体出口部から排出される気体の流量、温度及び圧力を計測する気体流量計と、を有し、
前記気液分離器は、
平面視において、前記胴部の内側面と、前記内筒の外側面とは同心円状となっており、
前記ガイド板は、非水平方向を長手方向とするガイド板側部と、非鉛直方向を長手方向とし、前記ガイド板側部と連続して設けられたガイド板下部とを有し、
前記ガイド板側部は、少なくとも、前記胴部の内側面のうち前記入口部の一方の側方となる位置、又は、前記内筒の外側面のうち前記入口部と対向する領域の一方の側方となる位置に設けられ、
前記ガイド板下部は、少なくとも、前記内筒の外側面のうち前記入口部と対向する領域の真下となる位置に設けられ、かつ、平面視において、前記内筒の外側面の一部に沿って設けられ、
前記ガイド板下部と、前記胴部との間の少なくとも一部に空隙を有する。
【００２４】
本発明によれば、ガイド板下部と、容器の胴部との間の少なくとも一部に空隙を有するように構成されているため、簡易な構成で、流量及び気液割合が経時的に大きく変化する気液多相流体を、高い分離効率で気体と液体に分離することができる気液分離器が実現できる。したがって、簡易な構成で、誤差要因の少ない多相流量測定装置が実現できる。
【００２５】
（２）このバッチ式多相流量測定装置は、
前記流路切替手段、前記第１開閉手段及び前記第２開閉手段を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記気液多相流体の流路を、前記第１経路から前記第２経路へと切り替えるように前記流路切替手段を制御するとともに、前記気体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第２開閉手段を制御する第１処理と、
前記気液多相流体の流路を、前記第２経路から前記第１経路へと切り替えるように前記流路切替手段を制御するとともに、前記気体出口部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように前記第２開閉手段を制御する第２処理と、
前記液体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第１開閉手段を制御する第３処理と、
前記液体出口部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように前記第１開閉手段を制御する第４処理と、
を行ってもよい。
【００２６】
これにより、液体出口配管への気泡の混入に起因する誤差を抑制した多相流量測定装置が実現できる。
【００２７】
（３）このバッチ式多相流量測定装置は、
前記流路切替手段は、
前記主配管に設けられ、前記分岐部から前記合流部への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第３開閉手段と、
前記入口配管に設けられ、前記分岐部から前記入口部への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第４開閉手段と、を含んでいてもよい。
【００２８】
（４）このバッチ式多相流量測定装置は、
前記制御部は、前記第１処理において、
前記分岐部から前記入口部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第４開閉手段を制御し、かつ、前記気体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第２開閉手段を制御した後に、前記分岐部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように前記第３開閉手段を制御してもよい。
【００２９】
これにより、より安全な操作で、流量を測定できる。
【００３０】
（５）このバッチ式多相流量測定装置は、
前記制御部は、前記第２処理において、
前記分岐部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第３開閉手段を制御した後に、前記分岐部から前記入口部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように前記第４開閉手段を制御してもよい。
【００３１】
これにより、より安全な操作で、流量を測定できる。
【００３２】
（６）このバッチ式多相流量測定装置は、
液流量を計算する液流量計算部を有し、
前記液流量計算部は、前記圧力計測部により高さの異なる２つ以上の測定箇所で計測される圧力と、前記流路切替手段により前記気液多相流体の流路が第２経路となる時間とに基づいて前記液流量を計算してもよい。
【００３３】
（７）このバッチ式多相流量測定装置は、
前記第１開閉手段は、前記合流部の水平高さよりも上方に設けられていてもよい。
【００３４】
これにより、気液分離器からの液体の排出が容易になる。
【００３５】
（８）このバッチ式多相流量測定装置は、
前記気体出口配管に設けられ、前記気体出口部から排出される気体から液滴を分離する液滴分離器を有していてもよい。
【００３６】
これにより、気体出口配管への液滴の随伴状況の確認が容易になる。したがって、液飛散率を確認し、本計測の精度を確認することができる。
【００３７】
（９）本発明に係るバッチ式多相流量計測方法は、
これらのいずれかのバッチ式多相流量測定装置を用いるバッチ式多相流量計測方法であって、
前記流路切替手段により、前記気液多相流体の流路を、前記第１経路から前記第２経路へと切り替えるとともに、前記第２開閉手段により、前記気体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替える第１工程と、
前記流路切替手段により、前記気液多相流体の流路を、前記第２経路から前記第１経路へと切り替えるとともに、前記第２開閉手段により、前記気体出口部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替える第２工程と、
前記第１開閉手段により、前記液体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替える第３工程と、
前記第１開閉手段により、前記液体出口部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替える第４工程と、
を含む。
【００３８】
これにより、簡易な構成の多相流量測定装置を用いて、誤差要因の少ない流量計測方法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１の構成例に係る気液分離器１００の子午面断面の模式図の一例。
【図２】第１の構成例に係る気液分離器１００を図１のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例。
【図３】入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見た内筒３０及びガイド板４０の構成の一例を示す部分拡大図。
【図４】図３に示す内筒３０及び内筒３０に設けられたガイド板４０の一例を示す斜視図。
【図５】入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見た内筒３０及びガイド板４０の構成の他の例を示す部分拡大図。
【図６】第２の構成例に係る気液分離器１００ａの子午面断面の模式図の一例。
【図７】第２の構成例に係る気液分離器１００ａを図６のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例。
【図８】第３の構成例に係る気液分離器１００ｂの子午面断面の模式図の一例。
【図９】第３の構成例に係る気液分離器１００ｂを図８のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例。
【図１０】第４の構成例に係る気液分離器１００ｃについて、図８のＡ−Ａに相当する位置における断面から平面視した場合の模式図の一例。
【図１１】本実施形態の変形例に係る気液分離器１００ｄの子午面断面の模式図の一例。
【図１２】第１の構成例に係る気液分離器１００を用いて液飛散率を測定した結果を示すグラフ。
【図１３】第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１の子午線断面の模式図の一例。
【図１４】第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１を用いたバッチ式多相流量計測方法の一例を説明するためのフローチャート。
【図１５】液流量の計算例について説明するための図。
【図１６】容積Ｖと高さｈとの関係の一例を表すグラフ。
【図１７】第２実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置２の子午線断面の模式図の一例。
【図１８】液流量の計算例について説明するための図。
【図１９】第３実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置３の子午線断面の模式図の一例。
【図２０】油密度及び水密度の計算例について説明するための図。
【図２１】第４実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置４の子午線断面の模式図の一例。
【図２２】液流量の計算例について説明するための図。
【図２３】第５実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置５の子午線断面の模式図の一例。
【図２４】第６実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置６の子午線断面の模式図の一例。
【図２５】第６実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置６の流路切替手段１３０付近を平面的に見た模式図の一例。
【図２６】スラグ流について説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００４１】
１．気液分離器の構成
本発明に係るバッチ式多相流量測定装置は、気液分離器を有している。以下では、まず、後述されるバッチ式多相流量測定装置に用いられる気液分離器の構成について説明する。
【００４２】
１−１．第１の構成例
図１は、第１の構成例に係る気液分離器１００の子午面断面の模式図の一例である。図２は、第１の構成例に係る気液分離器１００を図１のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例である。
【００４３】
第１の構成例に係る気液分離器１００は、気液多相流体を気体と液体とに分離する気液分離器であって、頂部１１、底部１２及びその間を連結する中空型の胴部１３を有する容器１０と、胴部１０の側面から気液多相流体を供給する入口部２０と、底部１２から液体を排出する液体出口部２１と、頂部１１から気体を排出する気体出口部２２と、上端が頂部１１に連結され、下端が入口部２０の下端よりも低い位置で開口した中空型の内筒３０と、内筒３０の外側面に設けられたガイド板４０と、を備えている。平面視において、胴部１３の内側面と、内筒３０の外側面とは同心円状となっている。ガイド板４０は、非水平方向を長手方向とするガイド板側部４１と、非鉛直方向を長手方向とし、ガイド板側部４１と連続して設けられたガイド板下部４２とを有し、ガイド板側部４１は、少なくとも、胴部１３の内側面のうち入口部２０の一方の側方となる位置、又は、内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の一方の側方となる位置に設けられ、ガイド板下部４２は、少なくとも、内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置に設けられ、かつ、平面視において、内筒３０の外側面の一部に沿って設けられている。また、ガイド板下部４２と、胴部１３との間の少なくとも一部に空隙９０を有する。
【００４４】
容器１０は、頂部１１、底部１２及びその間を連結する中空型の胴部１３を有する。図１に示す例では、容器１０は、上下方向に細長い中空容器として構成されている。また、胴部１３の水平断面における内側面の形状は、円形に構成されている。図１に示す例では、胴部１３は、頂部１１から底部１２まで同一径に形成され、中心軸は鉛直方向となっている。なお、本発明はこの構成に限定されず、例えば、胴部１３の一部に異なる内径を有する箇所が存在していてもよい。
【００４５】
入口部２０は、容器１０の胴部１３に、容器１０の内部空間と連通する開口として設けられている。入口部２０の機能の一つは、後述される入口配管１２０と連通し、容器１０に気液多相流体を供給するための流路となることである。なお、図２に示す例では、入口配管１２０は、平面視において、入口配管１２０の中心線を通る水平横断面の気液多相流体の供給方向における延長面が、胴部１３の中心軸と交わるように設けられている。また、より高度な安全性を求めるために、容器１０の胴部１３と入口配管１２０との接続部分の対称性を考慮すると、入口配管１２０は、平面視において、入口配管１２０の中心線が、胴部１３の中心軸と交わるように設けられることがより好ましい。なお、図１及び図２に示す例では、入口部２０の形状は、円形に構成されている。
【００４６】
液体出口部２１は、容器１０の底部１２に、容器１０の内部空間と連通する開口として設けられている。液体出口部２１の機能の一つは、後述される液体出口配管１２１と連通し、気液分離器１００で分離された液体を、容器１０から排出するための流路となることである。図１に示す例では、液体出口部２１は、底部１２の中心に設けられている。なお、本発明はこの構成に限定されず、液体出口部２１は、例えば、底部１２の中心からずれた位置に設けられていてもよい。また、図１及び図２に示す例では、液体出口部２１の形状は、円形に構成されている。
【００４７】
気体出口部２２は、容器１０の頂部１１に、容器１０の内部空間と連通する開口として設けられている。気体出口部２２の機能の一つは、後述される気体出口配管１２２と連通し、気液分離器１００で分離された気体を、容器１０から排出するための流路となることである。図１に示す例では、気体出口部２２は、頂部１１の中心に設けられている。なお、本発明はこの構成に限定されず、気体出口部２２は、例えば、頂部１１の中心からずれた位置に設けられていてもよい。また、図１及び図２に示す例では、気体出口部２２の形状は、円形に構成されている。
【００４８】
内筒３０は、中空型の筒形状に構成されている。内筒３０は、その上端が容器１０の頂部１１と連結されている。図１に示す例では、内筒３０の上端と容器１０の頂部１１とは、気密に連結されている。内筒３０は、その下端が入口部２０の下端よりも低い位置で開口している。また、内筒３０は、気体出口部２２と連通するように設けられている。
【００４９】
内筒３０の断面における外側面の形状は、円形に構成されている。また、図２に示すように、平面視において、容器１０の胴部１３の内側面と、内筒３０の外側面とが同心円状となるように構成されている。また、図１及び図２に示す例では、内筒３０の水平断面における内側面の形状は、同一径で円形に構成されている。なお、本発明はこの構成に限定されず、例えば、内筒３０の一部に異なる内径、又は／及び、内筒３０の一部に異なる外径を有する箇所が存在していてもよい。
【００５０】
図１及び図２に示す例では、ガイド板４０は、内筒３０の外側面に設けられている。また、図２に示すように、ガイド板４０は、平面視において、部分円環形状に構成されている。ガイド板４０と、ガイド板４０が設けられる内筒３０の外側面とは、取り付け強度と気密性を確保するために、溶接等により密着されていることが好ましい。
【００５１】
図３は、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見た内筒３０及びガイド板４０の構成の一例を示す部分拡大図である。図４は、図３に示す内筒３０及び内筒３０に設けられたガイド板４０の一例を示す斜視図である。
【００５２】
図２及び図３に示すように、ガイド板４０は、非水平方向を長手方向とするガイド板側部４１と、非鉛直方向を長手方向とし、ガイド板側部４１と連続して設けられたガイド板下部４２とを有する。ガイド板側部４１は、少なくとも、内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の一方の側方となる位置に設けられている。ガイド板下部４２は、少なくとも、内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置に設けられ、かつ、平面視において、内筒３０の外側面の一部に沿って設けられている。
【００５３】
ガイド板４０により、入口部２０から供給された気液多相流体は、容器１０の胴部１３の内側面と内筒３０の外側面との間を流路として、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見て、入口部２０の一方の側方から他方の側方に向かって旋回することになる。これにより、気液多相流体に遠心力が作用し、気液多相流体を気体と液体に分離することができる。
【００５４】
内筒３０の外側面におけるガイド板下部４２が設けられる範囲は、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見て、少なくともガイド板側部４１の真下から内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置までを覆う範囲で、なおかつ、胴部１３の中心軸を基準として、平面視において４０度以上１８０度以下となる範囲であることが好ましい。図２に示す例では、ガイド板下部４２は、平面視において、ガイド板側部４１の真下から９０度の部分円環形状となるような範囲に設けられている。ガイド板下部４２が設けられる範囲を４０度以上とすることにより、入口部２０から供給された気液多相流体を所望の旋回方向に誘導しやすくなる。また、ガイド板下部４２が設けられる範囲を１８０度以下とすることにより、入口部２０から供給された気液多相流体の旋回が必要以上に維持されることを抑制し、圧力損失を抑えることができる。
【００５５】
ガイド板下部４２は、入口部２０の下端との距離が、入口部２０の鉛直方向における長さの２倍以下の範囲となる位置に設けられていることが好ましい。また、ガイド板下部４２は、入口部２０の下端との距離が、入口部２０の鉛直方向における長さの１倍以下の範囲となる位置に設けられていることがより好ましい。これにより、入口部２０から供給された気液多相流体が過度に下方に流れるのを抑制し、気液多相流体に十分な遠心力を与えることができる。
【００５６】
図３及び図４に示すように、ガイド板４０は、内筒３０の外側面に設けられ、ガイド板側部４１を構成する第１ガイド板４１ａと、内筒３０の外側面に設けられ、ガイド板下部４２を構成する第２ガイド板４２ａとを含んで構成されていてもよい。図３及び図４に示す例では、第１ガイド板４１ａ及び第２ガイド板４２ａは、内筒３０の外側面に密着されて設けられている。
【００５７】
図３及び図４に示す例では、第１ガイド板４１ａは、鉛直方向を長手方向とする板状に構成されている。また、図３及び図４に示す例では、第２ガイド板４２ａは、水平方向を長手方向とする板状に構成されている。また、図３及び図４に示す例では、第１ガイド板４１ａと第２ガイド板４２ａとが接するように構成されている。さらに、入口部２０から供給された気液多相流体が漏れないように、第１ガイド板４１ａと第２ガイド板４２ａとは、溶接等により密着されていることが好ましい。なお、本発明はこの構成に限定されず、例えば、第１ガイド板４１ａ（ガイド板側部４１）は、鉛直方向から傾いた板状に構成されていてもよく、第２ガイド板４２ａ（ガイド板下部４２）は、水平方向から傾いた板状に構成されていてもよい。また例えば、第１ガイド板４１ａ（ガイド板側部４１）及び第２ガイド板４２ａ（ガイド板下部４２）の少なくとも一方が湾曲した板状に構成されていてもよい。
【００５８】
また、図３及び図４に示す例では、第２ガイド板４２ａの上面は、水平となるように構成されている。なお、本発明はこの構成に限定されず、第２ガイド板４２ａ（ガイド板下部４２）の上面は、容器１０の内側面側が低くなるように傾いていたり、内筒３０の外側面側が低くなるように傾いていたりしていてもよい。
【００５９】
図５は、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見た内筒３０及びガイド板４０の構成の他の例を示す部分拡大図である。図５に示すように、ガイド板４０は、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見て、ガイド板側部４１とガイド板下部４２とが一体として構成されていてもよい。図５に示す例では、ガイド板４０は、１枚の板で構成され、内筒３０の外側面に密着されている。
【００６０】
図３又は図５、並びに図２に示すように、ガイド板下部４２は、容器１０の胴部１３との間の少なくとも一部に空隙９０を有する。図２及び図３に示す例では、ガイド板下部４２（第２ガイド板４２ａ）と容器１０の胴部１３との間に空隙９０を有するように構成されている。
【００６１】
空隙９０を有することにより、入口部２０から供給された気液多相流体がガイド板下部４２の側方終端部まで達する以前に、密度の大きい液体を分離して容器１０の内側面側に流下させることができる。すなわち、空隙９０は、分離された液体を、容器１０内の下方へ速やかに流出させるための流路となる。これにより、分離された気体の流路空間を拡大させることができるので、気液多相流体の液流量及び液割合が大きくなっても、高い分離効率で気体と液体に分離することができる。また、空隙９０を設けることにより、圧力損失を抑えることができる。なお、空隙９０は、１箇所に設けられても複数箇所に設けられていてもよい。
【００６２】
このように、第１の構成例に係る気液分離器１００によれば、簡易な構成で、流量及び気液割合が経時的に大きく変化する気液多相流体を、高い分離効率で気体と液体に分離することができる気液分離器が実現できる。
【００６３】
１−２．第２の構成例
図６は、第２の構成例に係る気液分離器１００ａの子午面断面の模式図の一例、図７は、第２の構成例に係る気液分離器１００ａを図６のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例である。
【００６４】
ガイド板下部４２は、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見て、少なくともガイド板側部４１の真下から内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置までの部分では連続して胴部１３の内側面との間に空隙を有さないように構成されていてもよい。すなわち、ガイド板４０は、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見て、少なくとも内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置では連続して容器１０の胴部１３の内側面と接していてもよい。図６及び図７に示す例では、第２ガイド板４２ａ（ガイド板下部４２）が、ガイド板側部４１の真下から内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置までの部分では連続して胴部１３の内側面との間に空隙を有さないように構成されている。
【００６５】
この構成により、入口部２０付近では流体に対する遠心力を与え、入口部２０から離れた位置では遠心力により容器１０の内側面側に移動した液体を空隙９０から効率良く流出させることができる。
【００６６】
また、図７に示すように、気液分離器１００ａは、ガイド板下部４２の側方終端部に近づくほど空隙９０の間隔が広くなるように構成されていてもよい。
【００６７】
この構成により、遠心力により容器１０の内側面側に移動した液体を空隙９０から効率よく流出させることができる。
【００６８】
１−３．第３の構成例
図８は、第３の構成例に係る気液分離器１００ｂの子午面断面の模式図の一例、図９は、第３の構成例に係る気液分離器１００ｂを図８のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例である。
【００６９】
図８及び図９に示すように、気液分離器１００ｂは、ガイド板下部４２と胴部１３との間を塞ぐ下部漏れ防止板７２を備え、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見て、ガイド板下部４２のうち少なくともガイド板側部４１の真下から内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置までの部分と、胴部１３との間が、下部漏れ防止板７２で塞がれていてもよい。図８及び図９に示す例では、下部漏れ防止板７２は、胴部１３の内側面に密着して設けられている。下部漏れ防止板７２は、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ａ）の真下から内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置までの部分のガイド板下部４２（第２ガイド板４２ａ）と密着されていてもよい。
【００７０】
第２ガイド板４２ａは内筒３０の外側面に設けられているため、加工によって、第２ガイド板４２ａと容器１０の胴部１３の内側面との間に空隙が生じる。したがって、胴部１３の内側面に下部漏れ防止板７２が備えられていることにより、第２ガイド板４２ａと容器１０の胴部１３の内側面との隙間からの気液多相流体の漏れを防ぐことができる。これにより、気液多相流体に対して効果的に遠心力を与えることができる。
【００７１】
また、図９に示すように、気液分離器１００ｂは、ガイド板下部４２の側方終端部に近づくほど空隙９０の間隔が広くなるように構成されていてもよい。
【００７２】
この構成により、遠心力により容器１０の内側面側に移動した液体を空隙９０から効率良く流出させることができる。
【００７３】
１−４．第１の構成例、第２の構成例及び第３の構成例の変形例
さらに、図２、図７又は図９に示すように、第１の構成例に係る気液分離器１００、第２の構成例に係る気液分離器１００ａ及び第３の構成例に係る気液分離器１００ｂは、ガイド板側部４１と、胴部１３との間を塞ぐ側部漏れ防止板７０を備えていてもよい。図２、図７及び図９に示す例では、側部漏れ防止板７０と胴部１３の内側面とは密着されている。側部漏れ防止板７０は、ガイド板側部４１と密着されていてもよい。
【００７４】
図２、図７及び図９に示す例では、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ａ）は内筒３０の外側面に設けられているため、加工によって、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ａ）と容器１０の胴部１３の内側面との間に空隙が生じる。したがって、胴部１３の内側面に側部漏れ防止板７０が備えられていることにより、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ａ）と容器１０の胴部１３の内側面との隙間からの気液多相流体の漏れを防ぐことができる。これにより、気液多相流体に対して効果的に遠心力を与えることができる。
【００７５】
なお、側部漏れ防止板７０と下部漏れ防止板７２とが一体として構成されていてもよい。例えば、側部漏れ防止板７０と下部漏れ防止板７２とが１枚の板で構成されていてもよい。
【００７６】
１−５．第４の構成例
図１０は、第４の構成例に係る気液分離器１００ｃについて、図８のＡ−Ａに相当する位置における断面から平面視した場合の模式図の一例である。気液分離器１００ｃの子午面断面は、図８に示す例と同様である。
【００７７】
図８及び図１０に示すように、ガイド板４０は、胴部１３の内側面に設けられ、ガイド板側部４１を構成する第１ガイド板４１ｂと、内筒３０の外側面に設けられ、ガイド板下部４２を構成する第２ガイド板４２ａとを含んで構成されていてもよい。すなわち、第１ガイド板４１ｂ（ガイド板側部４１）は、少なくとも、胴部１３の内側面のうち入口部２０の一方の側方となる位置に設けられ、第２ガイド板４２ａ（ガイド板下部４２）は、少なくとも、内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置に設けられ、かつ、平面視において、内筒３０の外側面の一部に沿って設けられている。図８及び図１０に示す例では、第１ガイド板４１ｂは胴部１３の内側面に密着されて設けられている。また、図８及び図１０に示す例では、第２ガイド板４２ａは内筒３０の外側面に密着されて設けられている。
【００７８】
図８及び図１０に示す例では、第１ガイド板４１ｂは、鉛直方向を長手方向とする板状に構成されている。また、図８及び図１０に示す例では、第２ガイド板４２ａは、水平方向を長手方向とする板状に構成されている。また、図８及び図１０に示す例では、第１ガイド板４１ｂと第２ガイド板４２ａとが接するように構成されている。なお、本発明はこの構成に限定されず、例えば、第１ガイド板４１ｂ（ガイド板側部４１）は、鉛直方向から傾いた板状に構成されていてもよく、第２ガイド板４２ａ（ガイド板下部４２）は、水平方向から傾いた板状に構成されていてもよい。また例えば、第１ガイド板４１ｂ（ガイド板側部４１）及び第２ガイド板４２ａ（ガイド板下部４２）の少なくとも一方が湾曲した板状に構成されていてもよい。
【００７９】
また、図８及び図１０に示す例では、第２ガイド板４２ａの上面は、水平となるように構成されている。なお、本発明はこの構成に限定されず、第２ガイド板４２ａ（ガイド板下部４２）の上面は、容器１０の内側面側が低くなるように傾いていたり、内筒３０の外側面側が低くなるように傾いていたりしていてもよい。
【００８０】
また、図１０に示すように、気液分離器１００ｃは、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ｂ）と内筒３０との間を塞ぐ側部漏れ防止板７０ａを備えていてもよい。図１０に示す例では、側部漏れ防止板７０ａと内筒３０の外側面とは密着されている。側部漏れ防止板７０ａは、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ｂ）と密着されていてもよい。
【００８１】
図１０に示す例では、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ｂ）は胴部１３の内側面に設けられているため、加工によって、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ｂ）と内筒３０の外側面との間に空隙が生じる。したがって、内筒３０の外側面に側部漏れ防止板７０ａが備えられていることにより、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ｂ）と内筒３０の外側面との隙間からの気液多相流体の漏れを防ぐことができる。これにより、気液多相流体に対して効果的に遠心力を与えることができる。
【００８２】
また、図８及び図１０に示すように、気液分離器１００ｃは、ガイド板下部４２と胴部１３との間を塞ぐ下部漏れ防止板７２を備え、入口部２０から胴部１３の中心軸を水平に見て、ガイド板下部４２のうち少なくともガイド板側部４１の真下から内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置までの部分と、胴部１３との間が、下部漏れ防止板７２で塞がれていてもよい。図８及び図１０に示す例では、下部漏れ防止板７２は、胴部１３の内側面に密着して設けられている。下部漏れ防止板７２は、ガイド板側部４１（第１ガイド板４１ｂ）の真下から内筒３０の外側面のうち入口部２０と対向する領域の真下となる位置までの部分のガイド板下部４２（第２ガイド板４２ａ）と密着されていてもよい。
【００８３】
第２ガイド板４２ａは内筒３０の外側面に設けられているため、加工によって、第２ガイド板４２ａと容器１０の胴部１３の内側面との間に空隙が生じる。したがって、胴部１３の内側面に下部漏れ防止板７２が備えられていることにより、第２ガイド板４２ａと容器１０の胴部１３の内側面との隙間からの気液多相流体の漏れを防ぐことができる。これにより、気液多相流体に対して効果的に遠心力を与えることができる。
【００８４】
１−６．第５の構成例
図１１は、本実施形態の変形例に係る気液分離器１００ｄの子午面断面の模式図の一例である。図１１に示す気液分離器１００ｄの容器１０ａは、頂部１１ａを含む蓋部と、底部１２ａ及び胴部１３ａを含む容器本体部とを有した構造となっている。蓋部と容器本体部とは、フランジ継手により繋ぎ合わせられている。他の構成は、図１に示す気液分離器１００と同一である。
【００８５】
図１１に示す気液分離器１００ｄの構成においても、上述した気液分離器１００と同様の理由により同様の効果を奏する。
【００８６】
１−７．実験例
次に、第１の構成例に係る気液分離器１００を用いて気液分離を行った場合の実験例について説明する。
【００８７】
実験に用いた気液分離器１００は、平面視において、胴部１３の内側面の直径が２００ｍｍ、内筒３０の外側面の直径が約１６５ｍｍ、胴部１３の内側面と内筒３０の外側面との間隔が約１７ｍｍ、入口部２０の直径が５０ｍｍとなっている。また、ガイド板下部４２は、平面視において、内筒３０の外側面のうちガイド板側部４１の真下から９０度の範囲に設けられている。空隙９０としては、ガイド板下部４２と胴部１３の内側面との間に約５ｍｍ存在している。
【００８８】
実験の手順は以下の通りである。まず、液体出口部２１を閉じる。次に、水と窒素ガスとをそれぞれ所定の流量で混合した水窒素二相流体を、入口部２０から供給する。次に、容器１０内の内筒３０の下端より下方の所定位置まで液面が上昇する時間ｔの間に供給された液量Ｖｌと、時間ｔの間に気体出口部２２から排出された液体を液滴分離器により捕捉した液飛散量Ｓとを測定する。以下、水と窒素ガスとのそれぞれの流量を変更して、上記手順を繰り返して、液量Ｖｌと液飛散量Ｓとを測定する。
【００８９】
水窒素二相流体における窒素ガスの流量Ｖｎは、０［ｍ３／ｈ］＜Ｖｎ＜３００［ｍ３／ｈ］の範囲で変更して測定した。また、水窒素二相流体における水の流量Ｖｈは、Ｖｈ＝１［ｍ３／ｈ］、５［ｍ３／ｈ］、１０［ｍ３／ｈ］、１５［ｍ３／ｈ］の４段階で変更して測定した。
【００９０】
上記手順により測定した液量Ｖｌと液飛散量Ｓとから、液飛散率を以下の式で求める。
【００９１】
液飛散率［％］＝（液飛散量Ｓ／（液飛散量Ｓ＋液量Ｖｌ））×１００
すなわち、液飛散率が小さいほど、気液分離効率は高いと言える。
【００９２】
図１２は、上述の手順により、第１の構成例に係る気液分離器１００を用いて液飛散率を測定した結果を示すグラフである。横軸は、水窒素二相流体における窒素ガスの流量、縦軸は、液飛散率を表す。また、測定点を表す符号の種類は、水窒素二相流体における水の流量を表す。
【００９３】
図１２に示すように、上述したいずれの測定条件においても、液飛散率は１％以下となっている。
【００９４】
このように、第１の構成例に係る気液分離器１００によれば、簡易な構成で、広い範囲での流量及び気液割合において、高い分離効率で気体と液体に分離することができることが示されている。
【００９５】
２．バッチ式多相流量測定装置
２−１．第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置
図１３は、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１の子午線断面の模式図の一例である。バッチ式多相流量測定装置１は、「１−１．第１の構成例」の項で説明した気液分離器１００を有している。なお、気液分離器１００に代えて、上述した気液分離器１００ａ、１００ｂ、１００ｃ及び１００ｄのいずれかを用いてもよい。
【００９６】
バッチ式多相流量測定装置１は、主配管１１０を有する。主配管１１０は、気液多相流体が供給される気液多相流入口部１１１と、気液多相流体が排出される気液多相流出口部１１２と、気液多相流入口部１１１から気液多相流出口部１１２までの間に分岐部１１３及び合流部１１４を有している。図１３に示す例では、合流部１１４は、相対的に気液多相流入口部１１１から近い側に位置する第１合流部１１４ａと、相対的に気液多相流入口部１１１から遠い側に位置する第２合流部１１４ｂを含んで構成されている。なお、この構成に限らず、合流部１１４は、相対的に気液多相流入口部１１１から遠い側に位置する第１合流部１１４ａと相対的に気液多相流入口部１１１から近い側に位置する第２合流部１１４ｂを含んで構成されていてもよい。
【００９７】
バッチ式多相流量測定装置１は、入口配管１２０を有している。入口配管１２０は、分岐部１１３と気液分離器１００の入口部２０とを接続する配管として構成されている。すなわち、入口配管１２０は、分岐部１１３で主配管１１０と連通し、入口部２０で気液分離器１００の内部空間と連通するように構成されている。また、入口配管１２０は、平面視において、気液分離器１００の入口部２０を介して気液分離器１００の胴部１３の中心軸に向かって設けられている。
【００９８】
バッチ式多相流量測定装置１は、液体出口配管１２１を有している。液体出口配管１２１は、合流部１１４と液体出口部２１とを接続する配管として構成されている。すなわち、液体出口配管１２１は、合流部１１４で主配管１１０と連通し、液体出口部２１で気液分離器１００の内部空間と連通するように構成されている。図１３に示す例では、液体出口配管１２１は、第１合流部１１４ａと液体出口部２１とを接続する配管として構成されている。
【００９９】
バッチ式多相流量測定装置１は、気体出口配管１２２を有している。気体出口配管１２２は、合流部１１４と気体出口部２２とを接続する配管として構成されている。すなわち、気体出口配管１２２は、合流部１１４で主配管１１０と連通し、気体出口部２２で気液分離器１００の内部空間と連通するように構成されている。図１３に示す例では、気体出口配管１２２は、第２合流部１１４ｂと気体出口部２２とを接続する配管として構成されている。
【０１００】
バッチ式多相流量測定装置１は、流路切替手段１３０を有している。流路切替手段１３０は、気液多相流体の流路が、気液分離器１００を介さない第１経路と、気液分離器１００を介する第２経路とのいずれか一方となるように切り替える。図１３に示す例では、流路切替手段１３０は、主配管１１０に設けられ、分岐部１１３から合流部１１４への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第３開閉手段１３３と、入口配管１２０に設けられ、分岐部１１３から気液分離器１００の入口部２０への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第４開閉手段１３４とを含んで構成されている。第３開閉手段１３３及び第４開閉手段１３４としては、種々の公知のバルブを採用することができる。なお、流路切替手段１３０は、第１経路と第２経路とを切り替える三方弁で構成されていてもよい。
【０１０１】
バッチ式多相流量測定装置１は、第１開閉手段１３１を有している。第１開閉手段１３１は、液体出口配管１２１に設けられ、気液分離器１００の液体出口部２１から合流部１１４への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える。第１開閉手段１３１としては、種々の公知のバルブを採用することができる。
【０１０２】
また、第１開閉手段１３１は、合流部１１４の水平高さよりも上方に設けられていてもよい。これにより、気液分離器１００からの液体の排出が容易になる。図１３に示す例では、第１開閉手段１３１は、気液分離器１００の水平高さよりも下方で第１合流部１１４ａの水平高さよりも上方に設けられている。第１開閉手段１３１と合流部１１４（第１合流部１１４ａ）との間の液体出口配管１２１は、直線的な配管であることが好ましい。これにより、液体出口配管１２１中に液溜まりが残留することを防ぎ、気液分離器１００から液体を排出する時間を短縮できる。
【０１０３】
バッチ式多相流量測定装置１は、第２開閉手段１３２を有している。第２開閉手段１３２は、気体出口配管１２２に設けられ、気液分離器１００の気体出口部２２から合流部１１４ｂへの経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える。第２開閉手段１３２としては、種々の公知のバルブを採用することができる。
【０１０４】
バッチ式多相流量測定装置１は、圧力計測部２００を有している。圧力計測部２００は、気液分離器１００及び液体出口配管１２１のうち少なくとも一方の内部において、高さの異なる２つ以上の測定箇所で圧力を計測する。図１３に示す例では、圧力計測部２００は、液体出口配管１２１に設けられ圧力の測定箇所となる圧力計測用の短管２０１、気液分離器１００の胴部１３に設けられ圧力の測定箇所となる圧力計測用の短管２０２及び２０３、短管２０１での圧力と短管２０２での圧力の差に基づいた信号を出力する差圧発信器２１０、短管２０２での圧力と短管２０３での圧力の差に基づいた信号を出力する差圧発信器２２０を含んで構成されている。図１３に示す例では、各単管の位置は、低い方から短管２０１、短管２０２、短管２０３順に配置されている。後述される液流量の計測精度の観点からは、短管２０１は、第１開閉手段１３１に近い位置に設けられることが好ましい。
【０１０５】
バッチ式多相流量測定装置１は、流路切替手段１３０、第１開閉手段１３１、第２開閉手段１３２及び圧力計測部２００を制御する制御部３００を有していてもよい。制御部３００は、専用回路により実現して後述される各制御を行うようにすることもできるし、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）が記憶手段（不図示）等に記憶された制御プログラムを実行してコンピューターとして機能させ、後述される各制御を行うようにすることもできる。制御部３００が行う制御例については、「２−２．第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法」の項で後述される。
【０１０６】
バッチ式多相流量測定装置１は、液流量計算部４００を有していてもよい。液流量計算部４００は、気液多相流体に含まれる液体の流量（液流量）を計算する。液流量計算部４００は、圧力計測部２００により高さの異なる２つ以上の測定箇所で計測される圧力と、流路切替手段１３０により気液多相流体の流路が第２経路となる時間とに基づいて液流量を計算する。液流量計算部４００が行う計算例の詳細については、「２−３．液流量の計算例」の項で後述される。
【０１０７】
バッチ式多相流量測定装置１は、気体流量計５００を有している。気体流量計５００は、気体出口配管１２２に設けられ、気液分離器１００の気体出口部２２から排出される気体の流量を計測する。気体流量計５００としては、例えば、容積式流量計や質量流量計を用いることができる。また、気体流量計５００は、標準状態の気体流量を計算するために必要な温度計及び圧力計、もしくは温度及び圧力を計測する機能を含んでいる。気体流量計５００は、第２開閉手段１３２の上流に設けられていても下流に設けられていてもよい。ただし、以下で述べられる油密度、水密度及び液密度の計算に使う温度Ｔ及び圧力Ｐは、気体流量計５００が第２開閉手段１３２より上流であれば、液流量が計算されるときに計測されている温度Ｔ、圧力Ｐを用い、気体流量計５００が第２開閉手段１３２より下流であれば、第２開閉手段が開から閉に制御される直前の気体が安定して流動している状態での平均の温度Ｔ及び平均の圧力Ｐを用いることが望ましい。
【０１０８】
２−２．第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法
次に、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１を用いたバッチ式多相流量計測方法について説明する。図１４は、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１を用いたバッチ式多相流量計測方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【０１０９】
図１４に示すバッチ式多相流量計測方法は、流路切替手段１３０により、気液多相流体の流路を、第１経路から第２経路へと切り替えるとともに、第２開閉手段１３２により、気体出口部２２から合流部１１４への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替える第１工程（ステップＳ１００）と、流路切替手段１３０により、気液多相流体の流路を、第２経路から第１経路へと切り替えるとともに、第２開閉手段１３２により、気体出口部２２から合流部１１４への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替える第２工程（ステップＳ１０２）と、圧力計測部２００により、気液分離器１００及び液体出口配管１２１のうち少なくとも一方の内部において、高さの異なる２つ以上の測定箇所で圧力を計測する第３工程（ステップＳ１０４）と、第１開閉手段１３１により、液体出口部２１から合流部１１４への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替える第４工程（ステップＳ１０６）と、第１開閉手段１３１により、液体出口部２１から合流部１１４への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替える第５工程（ステップＳ１０８）と、を含んでいる。
【０１１０】
以下では、図１４に示すバッチ式多相流量計測方法を、主として制御部３００による制御によって実現する例について説明する。なお、図１４に示すバッチ式多相流量計測方法を、手動操作等により実現することも可能である。
【０１１１】
第１工程（ステップＳ１００）において、制御部３００は、気液多相流体の流路を、第１経路から第２経路へと切り替えるように流路切替手段１３０を制御するとともに、気体出口部２２から合流部１１４への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように第２開閉手段１３２を制御する第１処理を行う。例えば、制御部３００は、第１処理において、分岐部１１３から気液分離器１００の入口部２０への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように第４開閉手段１３４を制御し、かつ、気体出口部２２から合流部１１４への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように第２開閉手段を制御した後に、分岐部１１３から合流部１１４への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように第３開閉手段１３３を制御してもよい。これにより、気液多相流体の流れを遮断することを抑制できるため、より安全な操作で、流量を測定できる。
【０１１２】
第２工程（ステップＳ１０２）において、制御部３００は、気液多相流体の流路を、第２経路から第１経路へと切り替えるように流路切替手段１３０を制御するとともに、気体出口部２２から合流部１１４への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように第２開閉手段１３２を制御する第２処理を行う。例えば、制御部３００は、第２処理において、分岐部１１３から合流部１１４への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように第３開閉手段１３３を制御した後に、分岐部１１３から気液分離器１００の入口部２０への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように第４開閉手段１３４を制御してもよい。これにより、気液多相流体の流れを遮断することを抑制できるため、より安全な操作で、流量を測定できる。
【０１１３】
制御部３００が第１工程（ステップＳ１００）を開始するタイミングは、例えば、計測結果の記録をスタートしてから所定時間ｔｄ１経過後としてもよい。また例えば、制御部３００が第２工程（ステップＳ１０２）を開始するタイミングは、圧力計測部２００によって所定の圧力が計測されるタイミングとしてもよい。図１３に示す例では、制御部３００が第２工程（ステップＳ１０２）を開始するタイミングは、差圧発信器２２０で所定値ｄＰ１以上の圧力差が計測されるタイミングとしてもよい。所定値ｄＰ１は、例えば、液面が短管２０２と短管２０３との間に位置する状態に相当する圧力差であってもよい。
【０１１４】
第３工程（ステップＳ１０４）において、制御部３００は、気液分離器１００及び液体出口配管２２のうち少なくとも一方の内部において、高さの異なる２つ以上の測定箇所で圧力を計測するように圧力計測部２００を制御する第３処理を行う。図１３に示す例では、短管２０１、２０２及び２０３が設けられている３つの測定箇所で圧力を計測している。圧力計測部２００によって計測された圧力に基づいて、液流量が計算できる。液流量の計算は、液流量計算部４００が行ってもよい。液流量の計算例については後述される。
【０１１５】
制御部３００が第３工程（ステップＳ１０４）を開始するタイミングは、例えば、第２工程（ステップＳ１０２）が完了してから所定時間ｔｄ２経過後としてもよい。ここでの所定時間ｔｄ２は、例えば、要求される計測精度の範囲内で液面が安定するまでの時間としてもよい。このような所定時間ｔｄ２は、バッチ式多相流量測定装置１の仕様に応じて実験的に決定することができる。
【０１１６】
なお、第３工程（ステップＳ１０４）に加えて、第３工程（ステップＳ１０４）以外の期間においても制御部３００が第３処理を行ってもよい。例えば、第１工程（ステップＳ１００）の開始前から第５工程（ステップＳ１０８）の完了後までの期間において継続的に制御部３００が第３処理を行ってもよい。
【０１１７】
第４工程（ステップＳ１０６）において、制御部３００は、液体出口部２１から合流部１１４への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように第１開閉手段１３１を制御する第４処理を行う。制御部３００が第４工程（ステップＳ１０６）を開始するタイミングは、例えば、第３工程（ステップＳ１０４）が完了した後のタイミングとしてもよい。
【０１１８】
第５工程（ステップＳ１０８）において、制御部３００は、液体出口部２１から合流部１１４への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように第１開閉手段１３１を制御する第５処理を行う。図１３に示す例では、制御部３００が第５工程（ステップＳ１０８）を開始するタイミングは、差圧発信器２１０で所定値ｄＰ２以下の圧力差が計測されるタイミングとしてもよい。所定値ｄＰ２は、例えば、液面が短管２０１よりも低い状態に相当する圧力差であってもよい。
【０１１９】
２−３．第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法における液流量の計算例
次に、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１を用いたバッチ式多相流量計測方法における液流量の計算例について、油、水及びガスの３種からなる気液多相流体を用いた場合を例に取り説明する。以下に説明する例では、油と水が分離している（エマルションではない）ものと仮定した場合について説明する。
【０１２０】
図１５は、液流量の計算例について説明するための図である。図１５は、バッチ式多相流量測定装置１の要部の子午面断面について模式的に表している。また、図１５においては、第３工程（ステップＳ１０４）において、液面が短管２０２と短管２０３との間に位置し、水油界面が短管２０１と短管２０２の間に位置している場合を表している。
【０１２１】
ここで、短管２０１の高さを基準とした水油界面の高さをｈＷ、短管２０１の高さを基準とした短管２０２の高さをｈ１、短管２０１の高さを基準とした液面の高さをｈＬと表す。また、気体流量計５００で計測した圧力Ｐ及び温度Ｔの下で計算した油の密度をρＯ、気体流量計５００で計測した圧力Ｐ及び温度Ｔの下で計算した水の密度をρＷ、重力加速度をｇ、差圧発信器２１０が出力する差圧をｄＰＷ−１、差圧発信器２２０が出力する差圧をｄＰＬ、第１工程（ステップＳ１００）の開始から第２工程（ステップＳ１０２）の完了までの経過時間をｄｔＬとする。
【０１２２】
油の密度ρＯが水の密度ρＷよりも小さい場合、短管２０１の高さを基準とした液面の高さｈＬは、次の式（１）で表される。
【０１２３】
【数１】
【０１２４】
また、短管２０１の高さを基準とした水油界面の高さｈＷは、次の式（２）で表される。
【０１２５】
【数２】
【０１２６】
一方、短管２０１からの垂直高さをｈとすると、第１開閉手段１３１の上部から垂直高さｈまでの液体出口配管１２１及び気液分離器１００の容積Ｖは、液体出口配管１２１及び気液分離器１００の形状に応じたｈの関数として表すことができる。すなわち、Ｖ＝ｆＶ（ｈ）と表すことができる。図１６は、容積Ｖと高さｈとの関係の一例を表すグラフである。この関数を用いて、液流量（液体積流量）ＱＬを以下の式（３）で、水分率ＷＣを以下の式（４）で、それぞれ計算することができる。
【０１２７】
【数３】
【０１２８】
【数４】
【０１２９】
２−４．第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法におけるガス流量の計算例
次に、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法におけるガス流量の計算例について、油、水及びガスの３種からなる気液多相流体を用いた場合を例に取り説明する。
【０１３０】
第１工程（ステップＳ１００）の開始タイミング時刻をｔ１、第２工程（ステップＳ１０２）の開始タイミング時刻をｔ２、時刻ｔ１の後にガスの流量が安定するまでに必要な時間をｄｔとすると、平均ガス体積流量は、時刻ｔ１＋ｄｔから時刻ｔ２までに気体流量計５００によって計測されたガス体積流量ＱＧを平均値で表すことができる。すなわち、平均ガス体積流量は以下の式（５）で表すことができる。
【０１３１】
【数５】
【０１３２】
また、気液分離器１００で分離された液体が気液分離器１００内に溜まるに従い、気液分離器１００内に存在するガスが気体出口配管１２２に排出されるため、より正確な平均ガス体積流量は、以下の式（６）で表すことができる。
【０１３３】
【数６】
【０１３４】
なお、時刻ｔ１＋ｄｔから時刻ｔ２までの平均温度及び平均圧力を用いて、標準状態のガス体積流量に換算することができる。
【０１３５】
２−５．第２実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置
図１７は、第２実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置２の子午線断面の模式図の一例である。なお、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１３６】
バッチ式多相流量測定装置２は、気液分離器１００の胴部１３に設けられ圧力の測定箇所となる短管２０４を有している。図１７に示す例では、各単管の位置は、低い方から短管２０１、短管２０４、短管２０２、短管２０３順に配置されている。また、図１７に示す例では、短管２０４から短管２０３までの間は、気液分離器１００内の水平断面積が同一となっている。短管２０４は、設計上許容できる範囲で、気液分離器１００内の水平断面積が同一となる範囲の最下部に近い位置に配置されることが好ましい。
【０１３７】
バッチ式多相流量測定装置２の圧力計測部２００は、差圧発信器２１０に代えて、短管２０１での圧力と短管２０４での圧力の差に基づいた信号を出力する差圧発信器２１１、短管２０４での圧力と短管２０２での圧力の差に基づいた信号を出力する差圧発信器２１２を含んで構成されている。
【０１３８】
バッチ式多相流量測定装置２においても、「２−２．第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法」の項で説明したバッチ式多相流量計測方法と同様の方法で、気液多相流体に含まれる液体の流量を計測することができる。
【０１３９】
２−６．第２実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法における液流量の計算例
次に、第２実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置２を用いたバッチ式多相流量計測方法における液流量の計算例について、油、水及びガスの３種からなる気液多相流体を用いた場合を例に取り説明する。以下に説明する例では、油と水が分離していない（エマルションになっている）部分が下方にあるものと仮定した場合について説明する。
【０１４０】
図１８は、液流量の計算例について説明するための図である。図１８は、バッチ式多相流量測定装置２の要部の子午面断面について模式的に表している。また、図１８においては、第３工程（ステップＳ１０４）において、液面が短管２０２と短管２０３との間に位置している場合を表している。
【０１４１】
ここで、短管２０１の高さを基準とした短管２０２の高さをｈ１、短管２０１の高さを基準とした短管２０４の高さをｈ２、短管２０１の高さを基準とした液面の高さをｈＬと表す。また、気体流量計５００で計測した圧力Ｐ及び温度Ｔの下で計算した油の密度をρＯ、気体流量計５００で計測した圧力Ｐ及び温度Ｔの下で計算した水の密度をρＷ、重力加速度をｇ、差圧発信器２１１が出力する差圧をｄＰＷ−２、差圧発信器２１２が出力する差圧をｄＰＷ−３とする。
【０１４２】
油の密度ρＯが水の密度ρＷよりも小さく、短管２０２の高さよりも上方では油のみであるものと仮定できる場合、短管２０１の高さを基準とした液面の高さｈＬは、上述した式（１）で表される。
【０１４３】
一方、上述したように、短管２０１からの垂直高さをｈとすると、第１開閉手段１３１の上部から垂直高さｈまでの液体出口配管１２１及び気液分離器１００の容積Ｖは、液体出口配管１２１及び気液分離器１００の形状に応じたｈの関数として表すことができる。すなわち、Ｖ＝ｆＶ（ｈ）と表すことができる。この関数を用いて、水の体積ＶＷは、以下の式（７）で表すことができる。
【０１４４】
【数７】
【０１４５】
また、水の体積ＶＷを用いて、水分率ＷＣは、以下の式（８）で表すことができる。
【０１４６】
【数８】
【０１４７】
２−７．第３実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置
図１９は、第３実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置３の子午線断面の模式図の一例である。なお、第２実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置２と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１４８】
バッチ式多相流量測定装置３は、気液分離器１００の胴部１３に設けられ圧力の測定箇所となる短管２０５を有している。図１９に示す例では、各単管の位置は、低い方から短管２０１、短管２０４、短管２０５、短管２０２、短管２０３順に配置されている。
【０１４９】
バッチ式多相流量測定装置３の圧力計測部２００は、差圧発信器２１２に代えて、短管２０４での圧力と短管２０５での圧力の差に基づいた信号を出力する差圧発信器２１３、短管２０５での圧力と短管２０２での圧力の差に基づいた信号を出力する差圧発信器２１４を含んで構成されている。
【０１５０】
バッチ式多相流量測定装置３においても、「２−２．第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法」の項で説明したバッチ式多相流量計測方法と同様の方法で、気液多相流体に含まれる液体の流量を計測することができる。
【０１５１】
２−８．第３実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いた油密度及び水密度の計算例
次に、第３実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置３を用いた油密度及び水密度の計算例について、油、水及びガスの３種からなる気液多相流体を用いた場合を例に取り説明する。以下に説明する例では、油と水が分離している（エマルションではない）ものと仮定した場合について説明する。
【０１５２】
図２０は、油密度及び水密度の計算例について説明するための図である。図２０は、バッチ式多相流量測定装置３の要部の子午面断面について模式的に表している。また、図２０においては、第３工程（ステップＳ１０４）において、液面が短管２０２と短管２０３との間に位置し、水油界面が短管２０４と短管２０５の間に位置している場合を表している。
【０１５３】
ここで、短管２０１の高さを基準とした短管２０２の高さをｈ１、短管２０１の高さを基準とした短管２０４の高さをｈ２、短管２０１の高さを基準とした短管２０５の高さをｈ３と表す。また、重力加速度をｇ、差圧発信器２１１が出力する差圧をｄＰＷ、差圧発信器２１４が出力する差圧をｄＰＯとする。
【０１５４】
この場合、圧力下での油の密度ρＯを以下の式（９）で、圧力下での水の密度ρＷを以下の式（１０）で、それぞれ計算することができる。
【０１５５】
【数９】
【０１５６】
【数１０】
【０１５７】
２−９．第４実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置
図２１は、第４実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置４の子午線断面の模式図の一例である。なお、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１５８】
バッチ式多相流量測定装置４は、バッチ式多相流量測定装置１から短管２０２及び差圧発信器２２０を取り除いた構成となっている。図２１に示す例では、各単管の位置は、低い方から短管２０１、２０３順に配置されている。
【０１５９】
バッチ式多相流量測定装置４の圧力計測部２００は、差圧発信器２１０に代えて、短管２０１での圧力と短管２０３での圧力の差に基づいた信号を出力する差圧発信器２１５を含んで構成されている。
【０１６０】
バッチ式多相流量測定装置４においても、「２−２．第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法」の項で説明したバッチ式多相流量計測方法と同様の方法で、気液多相流体に含まれる液体の流量を計測することができる。
【０１６１】
２−１０．第４実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置を用いたバッチ式多相流量計測方法における液流量の計算例
次に、第４実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置４を用いたバッチ式多相流量計測方法における液流量の計算例について、単相の液体（液密度が均一な液体）及びガスの２種からなる気液多相流体を用いた場合を例に取り説明する。
【０１６２】
図２２は、液流量の計算例について説明するための図である。図２２は、バッチ式多相流量測定装置４の要部の子午面断面について模式的に表している。また、図２２においては、第３工程（ステップＳ１０４）において、液面が短管２０１と短管２０３との間に位置している場合を表している。
【０１６３】
ここで、短管２０１の高さを基準とした液面の高さをｈＬと表す。また、気体流量計５００で計測した圧力Ｐ及び温度Ｔの下で計算した液体の密度をρＬ、重力加速度をｇ、差圧発信器２１５が出力する差圧をｄＰＬ、第１工程（ステップＳ１００）の開始から第２工程（ステップＳ１０２）の完了までの経過時間をｄｔＬとする。
【０１６４】
この場合、液面の高さｈＬを以下の式（１１）で、液流量ＱＬを以下の式（１２）で、それぞれ表すことができる。
【０１６５】
【数１１】
【０１６６】
【数１２】
【０１６７】
２−１１．第５実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置
図２３は、第５実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置５の子午線断面の模式図の一例である。なお、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１６８】
バッチ式多相流量測定装置５は、気体出口配管１２２に設けられ、気液分離器１００の気体出口部２２から排出される気体から液滴を分離する液滴分離器６００を有している。
【０１６９】
液滴分離器６００は、気体から液滴を分離するための構成であり、例えば、Ｔ字配管、Ｙ字配管、逆三角形状の配管、もしくは、流体の速度を低減させるために気体出口配管１２２の断面積より大きな断面積をもつ開口で気体出口配管１２２の下方で連通する漏斗状の配管として構成してもよい。液滴分離器６００の上流となる気体出口配管１２２の水平方向の長さは、気体から液滴の分離が促進されるのに十分な長さとすることが好ましく、水平配管もしくは下降傾斜配管が好ましい。図２３に示す例では、液滴分離器６００は、気体出口配管１２２の断面積より大きな断面積をもつ開口で気体出口配管１２２の下方で連通する漏斗状の配管として構成されている。液滴分離器６００により、気体出口配管１２２を通る気体に混入している液ミストや液相を、気体出口配管１２２より下方の配管６１０に誘導し、液体が液滴分離器６００よりも下流の気体出口配管１２２に流れるのを防ぐことができる。これにより、より正確なガス流量を計測することができる。
【０１７０】
また、液滴分離器６００を設けることにより、気体出口配管１２２への液滴の随伴状況の確認が容易になる。したがって、液飛散率を確認し、本計測の精度を確認することができる。例えば、液飛散率が高い場合には液流量及びガス流量の計測精度が低く、液飛散率が低い場合には液流量及びガス流量の計測精度が高いことが分かる。
【０１７１】
配管６１０は、短管６２０を介して気液分離器１００の内部空間と連通するように構成されていてもよい。液滴分離器６００で分離された液体を気液分離器１００に戻すことにより、より正確な液流量を計測することができる。
【０１７２】
バッチ式多相流量測定装置５は、配管６１０に設けられ、液滴分離器６００から短管６２０への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第５開閉手段１３５を有していてもよい。第５開閉手段１３５としては、種々の公知のバルブを採用することができる。図１４に示すフローチャートにおいては、ステップＳ１００の状態からステップＳ１０２、及びＳ１０４の状態では、第５開閉手段１３５を閉じた状態とし、ステップＳ１０４を終了した後、第５開閉手段１３５を開いた状態とし、液滴分離器６００で分離した液体を気液分離器１００に戻し、さらにステップＳ１０４を実行した後、第５開閉手段１３５を閉じた状態とした後又は閉じた状態とすると同時にステップＳ１０６に移行する。これにより、液滴分離器６００で分離された液体を気液分離器１００に戻し、液飛散率の確認ができる。短管６２０は、短管２０３と同じ高さ、もしくは、短管２０３よりも上方に位置することが望ましい。また、配管６１０が、短管６２０の高さよりも下方を経由しないことが望ましい。これにより、液滴分離器６００に溜まった液体を、気液分離器１００にスムーズに排出できる。
【０１７３】
２−１２．第６実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置
図２４は、第６実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置６の子午線断面の模式図の一例、図２５は、第６実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置６の流路切替手段１３０付近を平面的に見た模式図の一例である。なお、第１実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置１と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第６実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置６の流路切替手段１３０は、気液分離器１００の入口部２０との高低差が小さい位置に設けられている。
【０１７４】
図２６は、スラグ流について説明するための模式図である。図２６は、配管の垂直断面を表しており、配管内の液体を斜線で、気体を白で表している。図２６に示す例において、白抜き矢印方向に供給された気液多相流体は、水平配管、垂直配管、水平配管の順に流れる。図２６の（１）で垂直配管に液体が満たされるスラグの形成が始まり、図２６の（２）でスラグの形成が完了する。図２６の（３）で垂直配管に気体の侵入が始まり、図２６の（４）で気体が垂直配管を貫通する。
【０１７５】
図２６に示すようなスラグ流が発生すると、液流量の測定精度が低下する。第６実施形態に係るバッチ式多相流量測定装置６は、流路切替手段１３０が気液分離器１００の入口部２０との高低差が小さい位置に設けられているため、スラグ流の発生を抑制できる。したがって、測定精度が高いバッチ式多相流量測定装置を実現できる。
【０１７６】
なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、複数を適宜組み合わせることが可能である。
【０１７７】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１７８】
１，２，３，４，５，６ バッチ式多相流量測定装置、１０ 容器、１１ 頂部、１２底部、１３，１３ａ 胴部、２０ 入口部、２１ 液体出口部、２２ 気体出口部、３０ 内筒、４０ ガイド板、４１ ガイド板側部、４１ａ，４１ｂ 第１ガイド板、４２ ガイド板下部、４２ａ 第２ガイド板、７０，７０ａ 側部漏れ防止板、７２ 下部漏れ防止板、９０ 空隙、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ 気液分離器、１１０ 主配管、１１１ 気液多相流入口部、１１２ 気液多相流出口部、１１３ 分岐部、１１４ 合流部、１１４ａ 第１合流部、１１４ｂ 第２合流部、１２０ 入口配管、１２１ 液体出口配管、１２２ 気体出口配管、１３０ 流路切替手段、１３１ 第１開閉手段、１３２ 第２開閉手段、１３３ 第３開閉手段、１３４ 第４開閉手段、１３５ 第５開閉手段、２００ 圧力計測部、２０１，２０２，２０３，２０４ 短管、２１０，２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２２０ 差圧発信器、３００ 制御部、４００ 液流量計算部、５００ 気体流量計、６００ 液滴分離器、６１０ 配管、６２０ 短管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂部、底部及びその間を連結する中空型の胴部を有する容器と、前記胴部の側面から気液多相流体を供給する入口部と、前記底部から液体を排出する液体出口部と、前記頂部から気体を排出する気体出口部と、上端が前記頂部に連結され、下端が前記入口部の下端よりも低い位置で開口した中空型の内筒と、前記内筒の外側面及び前記胴部の内側面の少なくとも一方に設けられたガイド板と、を備えた気液分離器と、
前記気液多相流体が供給される気液多相流入口部と、前記気液多相流体が排出される気液多相流出口部と、前記気液多相流入口部から前記気液多相流出口部までの間に分岐部及び合流部を有する主配管と、
前記分岐部と前記入口部とを接続し、平面視において、前記入口部を介して前記胴部の中心軸に向かって設けられる入口配管と、
前記合流部と前記液体出口部とを接続する液体出口配管と、
前記合流部と前記気体出口部とを接続する気体出口配管と、
前記気液多相流体の流路が、前記気液分離器を介さない第１経路と、前記気液分離器を介する第２経路とのいずれか一方となるように切り替える流路切替手段と、
前記液体出口配管に設けられ、前記液体出口部から前記合流部への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第１開閉手段と、
前記気体出口配管に設けられ、前記気体出口部から前記合流部への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第２開閉手段と、
前記気液分離器及び前記液体出口配管のうち少なくとも一方の内部において、高さの異なる２つ以上の測定箇所で圧力を計測する圧力計測部と、
前記気体出口配管に設けられ、前記気体出口部から排出される気体の流量、温度及び圧力を計測する気体流量計と、を有し、
前記気液分離器は、
平面視において、前記胴部の内側面と、前記内筒の外側面とは同心円状となっており、
前記ガイド板は、非水平方向を長手方向とするガイド板側部と、非鉛直方向を長手方向とし、前記ガイド板側部と連続して設けられたガイド板下部とを有し、
前記ガイド板側部は、少なくとも、前記胴部の内側面のうち前記入口部の一方の側方となる位置、又は、前記内筒の外側面のうち前記入口部と対向する領域の一方の側方となる位置に設けられ、
前記ガイド板下部は、少なくとも、前記内筒の外側面のうち前記入口部と対向する領域の真下となる位置に設けられ、かつ、平面視において、前記内筒の外側面の一部に沿って設けられ、
前記ガイド板下部と、前記胴部との間の少なくとも一部に空隙を有する、バッチ式多相流量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバッチ式多相流量測定装置において、
前記流路切替手段、前記第１開閉手段、前記第２開閉手段及び前記圧力計測部を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記気液多相流体の流路を、前記第１経路から前記第２経路へと切り替えるように前記流路切替手段を制御するとともに、前記気体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第２開閉手段を制御する第１処理と、
前記気液多相流体の流路を、前記第２経路から前記第１経路へと切り替えるように前記流路切替手段を制御するとともに、前記気体出口部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように前記第２開閉手段を制御する第２処理と、
前記気液分離器及び前記液体出口配管のうち少なくとも一方の内部において、高さの異なる２つ以上の測定箇所で圧力を計測するように前記圧力計測部を制御する第３処理と、
前記液体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第１開閉手段を制御する第４処理と、
前記液体出口部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように前記第１開閉手段を制御する第５処理と、
を行う、バッチ式多相流量測定装置。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載のバッチ式多相流量測定装置において、
前記流路切替手段は、
前記主配管に設けられ、前記分岐部から前記合流部への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第３開閉手段と、
前記入口配管に設けられ、前記分岐部から前記入口部への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第４開閉手段と、を含む、バッチ式多相流量測定装置。
【請求項４】
請求項２に従属する請求項３に記載のバッチ式多相流量測定装置において、
前記制御部は、前記第１処理において、
前記分岐部から前記入口部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第４開閉手段を制御し、かつ、前記気体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第２開閉手段を制御した後に、前記分岐部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように前記第３開閉手段を制御する、バッチ式多相流量測定装置。
【請求項５】
請求項２に従属する請求項３、及び請求項４のいずれか１項に記載のバッチ式多相流量測定装置において、
前記制御部は、前記第２処理において、
前記分岐部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第３開閉手段を制御した後に、前記分岐部から前記入口部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように前記第４開閉手段を制御する、バッチ式多相流量測定装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のバッチ式多相流量測定装置において、
液流量を計算する液流量計算部を有し、
前記液流量計算部は、前記圧力計測部により高さの異なる２つ以上の測定箇所で計測される圧力と、前記流路切替手段により前記気液多相流体の流路が第２経路となる時間とに基づいて前記液流量を計算する、バッチ式多相流量測定装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のバッチ式多相流量測定装置において、
前記第１開閉手段は、前記合流部の水平高さよりも上方に設けられている、バッチ式多相流量測定装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のバッチ式多相流量測定装置において、
前記気体出口配管に設けられ、前記気体出口部から排出される気体から液滴を分離する液滴分離器を有する、バッチ式多相流量測定装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のバッチ式多相流量測定装置を用いるバッチ式多相流量計測方法であって、
前記流路切替手段により、前記気液多相流体の流路を、前記第１経路から前記第２経路へと切り替えるとともに、前記第２開閉手段により、前記気体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替える第１工程と、
前記流路切替手段により、前記気液多相流体の流路を、前記第２経路から前記第１経路へと切り替えるとともに、前記第２開閉手段により、前記気体出口部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替える第２工程と、
前記圧力計測部により、前記気液分離器及び前記液体出口配管のうち少なくとも一方の内部において、高さの異なる２つ以上の測定箇所で圧力を計測する第３工程と、
前記第１開閉手段により、前記液体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替える第４工程と、
前記第１開閉手段により、前記液体出口部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替える第５工程と、
を含む、バッチ式多相流量計測方法。
【請求項１】
頂部、底部及びその間を連結する中空型の胴部を有する容器と、前記胴部の側面から気液多相流体を供給する入口部と、前記底部から液体を排出する液体出口部と、前記頂部から気体を排出する気体出口部と、上端が前記頂部に連結され、下端が前記入口部の下端よりも低い位置で開口した中空型の内筒と、前記内筒の外側面及び前記胴部の内側面の少なくとも一方に設けられたガイド板と、を備えた気液分離器と、
前記気液多相流体が供給される気液多相流入口部と、前記気液多相流体が排出される気液多相流出口部と、前記気液多相流入口部から前記気液多相流出口部までの間に分岐部及び合流部を有する主配管と、
前記分岐部と前記入口部とを接続し、平面視において、前記入口部を介して前記胴部の中心軸に向かって設けられる入口配管と、
前記合流部と前記液体出口部とを接続する液体出口配管と、
前記合流部と前記気体出口部とを接続する気体出口配管と、
前記気液多相流体の流路が、前記気液分離器を介さない第１経路と、前記気液分離器を介する第２経路とのいずれか一方となるように切り替える流路切替手段と、
前記液体出口配管に設けられ、前記液体出口部から前記合流部への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第１開閉手段と、
前記気体出口配管に設けられ、前記気体出口部から前記合流部への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第２開閉手段と、
前記気液分離器及び前記液体出口配管のうち少なくとも一方の内部において、高さの異なる２つ以上の測定箇所で圧力を計測する圧力計測部と、
前記気体出口配管に設けられ、前記気体出口部から排出される気体の流量、温度及び圧力を計測する気体流量計と、を有し、
前記気液分離器は、
平面視において、前記胴部の内側面と、前記内筒の外側面とは同心円状となっており、
前記ガイド板は、非水平方向を長手方向とするガイド板側部と、非鉛直方向を長手方向とし、前記ガイド板側部と連続して設けられたガイド板下部とを有し、
前記ガイド板側部は、少なくとも、前記胴部の内側面のうち前記入口部の一方の側方となる位置、又は、前記内筒の外側面のうち前記入口部と対向する領域の一方の側方となる位置に設けられ、
前記ガイド板下部は、少なくとも、前記内筒の外側面のうち前記入口部と対向する領域の真下となる位置に設けられ、かつ、平面視において、前記内筒の外側面の一部に沿って設けられ、
前記ガイド板下部と、前記胴部との間の少なくとも一部に空隙を有する、バッチ式多相流量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバッチ式多相流量測定装置において、
前記流路切替手段、前記第１開閉手段、前記第２開閉手段及び前記圧力計測部を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記気液多相流体の流路を、前記第１経路から前記第２経路へと切り替えるように前記流路切替手段を制御するとともに、前記気体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第２開閉手段を制御する第１処理と、
前記気液多相流体の流路を、前記第２経路から前記第１経路へと切り替えるように前記流路切替手段を制御するとともに、前記気体出口部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように前記第２開閉手段を制御する第２処理と、
前記気液分離器及び前記液体出口配管のうち少なくとも一方の内部において、高さの異なる２つ以上の測定箇所で圧力を計測するように前記圧力計測部を制御する第３処理と、
前記液体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第１開閉手段を制御する第４処理と、
前記液体出口部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように前記第１開閉手段を制御する第５処理と、
を行う、バッチ式多相流量測定装置。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載のバッチ式多相流量測定装置において、
前記流路切替手段は、
前記主配管に設けられ、前記分岐部から前記合流部への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第３開閉手段と、
前記入口配管に設けられ、前記分岐部から前記入口部への経路が開いた状態と閉じた状態とを切り替える第４開閉手段と、を含む、バッチ式多相流量測定装置。
【請求項４】
請求項２に従属する請求項３に記載のバッチ式多相流量測定装置において、
前記制御部は、前記第１処理において、
前記分岐部から前記入口部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第４開閉手段を制御し、かつ、前記気体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第２開閉手段を制御した後に、前記分岐部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように前記第３開閉手段を制御する、バッチ式多相流量測定装置。
【請求項５】
請求項２に従属する請求項３、及び請求項４のいずれか１項に記載のバッチ式多相流量測定装置において、
前記制御部は、前記第２処理において、
前記分岐部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替えるように前記第３開閉手段を制御した後に、前記分岐部から前記入口部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替えるように前記第４開閉手段を制御する、バッチ式多相流量測定装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のバッチ式多相流量測定装置において、
液流量を計算する液流量計算部を有し、
前記液流量計算部は、前記圧力計測部により高さの異なる２つ以上の測定箇所で計測される圧力と、前記流路切替手段により前記気液多相流体の流路が第２経路となる時間とに基づいて前記液流量を計算する、バッチ式多相流量測定装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のバッチ式多相流量測定装置において、
前記第１開閉手段は、前記合流部の水平高さよりも上方に設けられている、バッチ式多相流量測定装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のバッチ式多相流量測定装置において、
前記気体出口配管に設けられ、前記気体出口部から排出される気体から液滴を分離する液滴分離器を有する、バッチ式多相流量測定装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のバッチ式多相流量測定装置を用いるバッチ式多相流量計測方法であって、
前記流路切替手段により、前記気液多相流体の流路を、前記第１経路から前記第２経路へと切り替えるとともに、前記第２開閉手段により、前記気体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替える第１工程と、
前記流路切替手段により、前記気液多相流体の流路を、前記第２経路から前記第１経路へと切り替えるとともに、前記第２開閉手段により、前記気体出口部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替える第２工程と、
前記圧力計測部により、前記気液分離器及び前記液体出口配管のうち少なくとも一方の内部において、高さの異なる２つ以上の測定箇所で圧力を計測する第３工程と、
前記第１開閉手段により、前記液体出口部から前記合流部への経路を閉じた状態から開いた状態へと切り替える第４工程と、
前記第１開閉手段により、前記液体出口部から前記合流部への経路を開いた状態から閉じた状態へと切り替える第５工程と、
を含む、バッチ式多相流量計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１２−１２７６７１（Ｐ２０１２−１２７６７１Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７６７３３（Ｐ２０１０−２７６７３３）
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【特許番号】特許第４６８８９７４号（Ｐ４６８８９７４）
【特許公報発行日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（５０４１１７９５８）独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 (101)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【特許番号】特許第４６８８９７４号（Ｐ４６８８９７４）
【特許公報発行日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（５０４１１７９５８）独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 (101)
【Ｆターム（参考）】
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