CN100437046C - 基于截面测量的气液两相流测量方法及装置 - Google Patents
基于截面测量的气液两相流测量方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100437046C CN100437046C CNB2006101297877A CN200610129787A CN100437046C CN 100437046 C CN100437046 C CN 100437046C CN B2006101297877 A CNB2006101297877 A CN B2006101297877A CN 200610129787 A CN200610129787 A CN 200610129787A CN 100437046 C CN100437046 C CN 100437046C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flow
- phase
- pipeline
- gas
- liquid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Abstract
本发明涉及一种气液两相流测量装置及其测量方法,属于流体计量测试技术领域。本发明的测量装置,在计量管道上依次设有电学层析成像传感器阵列、压力传感器、V形内锥式节流元件计,与节流元件配套设置差压变送器,在计量管道内还设置有温度传感器,所述的各个传感器、差压变送器分别与数据采集装置相连,数据采集装置采集的数据被传送至计算机。本发明同时提供一种此装置所采用的测量方法。本发明利用单相流测量仪表及基于电学敏感原理的过程层析成像技术解决了工程上难以解决的气液两相流测量问题,具有不需要两相分离、不需要两相均匀混合、具有温度、压力补偿功能、测量精度高、可靠、可获取测量信息多、成本低、使用范围广等特点,可用于石油、化工、能源动力、冶金等行业中气液两相流系统的测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种气液两相流测量方法及装置,属于流体计量测试技术领域,具体涉及基于电学敏感原理的过程层析成像技术、差压流量测量技术及过程参数检测技术。
背景技术
管路内气液两相流的流动工况在石油、化工、能源动力、冶金等工业是经常遇到的。将成熟的单相流量检测技术与测量仪表应用于两相流参数测量受到广泛的研究,其中,节流装置以其自身的特点,广泛运用于两相流量的测量。如,采用文丘里管对汽/水两相流的测量,采用孔板进行过空气/水两相流量的研究。随着对节流装置类型研究的不断深入,二十世纪80年代中期出现了一种新型V形内锥式流量计,它将流体节流收缩到管道中心轴线附近的概念从根本上改变为利用同轴安装在管道中的V形圆锥将流体逐渐地节流收缩到管道的内边壁,通过测量V形锥体前后的差压来测量流量。这种V形内锥式流量计为差压式流量计揭开了崭新的一页。经过10多年来的研究测试和应用,目前人们已普遍地理解它并且接受它作为一种更有效的流量仪表。实践证明:利用V形内锥流量计能在更短的直管段条件下,以更宽的量程比对洁净或脏污流体实现更准确更有效的流量测量。将内锥流量计运用到多相流测量必将是未来的一个很好的方向。为了使V形内锥这一新型的节流装置能够运用于我国的工业技术中。
基于电学敏感原理的过程层析成象技术将传统的对过程参数的单点、局部的测量,发展为多点、截面分布式的测量;它在不破坏、干扰流体流动的情况下,获得管道或设备内部两相/多相流体的二维/三维分布信息;为在工业条件下对基于热动力学、反应动力学和流体动力学原理建立的过程、设备模型的证实提供一种方便的手段;还可以为优化过程设备及装置的设计,改进过程工艺,实现两相/多相流体输送,反应复杂生产过程的调整与控制提供全面、准确的信息和辅助的研究手段。特别是由于其结构简单、响应速度快和成本低等特点,取得了较快的发展,目前,已进入到工业应用研究阶段。
发明内容
本发明的目的是提供一种与现有的气液两相流测量方法,更为精确的一种气液两相流测量方法,并提供一种采用此种测量方法的测量装置。
本发明提出的气液两相流的测量方法,包括下列步骤:
1)利用设置在管道内的电学层析成像传感器阵列及数据采集装置采集数据,进行数据分析、图像重现和显示,并提取特征参数,获取气液两相流在管道内的流型及截面含气率α;
2)利用设置在管道内的压力传感器获取两相流在管道内的压力P;
3)利用V形内锥式节流元件,并经差压变送器获取两相流体在截流装置上下游取压孔处的差压ΔPM;
4)利用温度传感器测量管道中两相流体的温度T;
5)根据理想气体状态方程,利用管道内的压力P、温度T计算工作条件下的气体密ρG;
6)通过实验标定V形内锥式节流元件的流出系数C和获得修正系数θ;
7)根据公式 计算干度,式中,ρL为液体密度,在工作条件下近似为一恒定值;。
8)根据不同流型下两相流混合质量流量公式: 计算两相混合质量流量,式中,A为管道有效流通截面积;
9)根据两相混合质量流量和干度x,分别计算气相质量流量和液相质量流量。
本发明同时提供一种采用上述测量方法的气液两相流的测量装置:在计量管道上依次设有电学层析成像传感器阵列、压力传感器、V形内锥式节流元件,与节流元件配套设置差压变送器,在计量管道内还设置有温度传感器,所述的各个传感器、差压变送器分别与数据采集装置相连,数据采集装置采集的数据被传送至计算机。
本发明结合了基于电学敏感原理的过程层析成像技术和V形内锥流量计实现对气/液两相流流量的测量,基于电学敏感原理的过程层析成象技术将传统的对过程参数的单点、局部的测量,发展为多点、截面分布式的测量,在不破坏、干扰流体流动的情况下,获得管道或设备内部两相的二维/三维分布信息;而基于V形内锥的计量技术,能在更短的直管段条件下和很少破坏流体流动的情况下,以更宽的量程比对洁净或脏污流体实现更准确更有效的流量测量;本发明具有不需要两相分离、不需要两相均匀混合、具有温度、压力补偿功能、测量精度高、可靠、可获取测量信息多、成本低、使用范围广等特点。本发明可适用于石油、化工、能源动力、冶金等行业中气液两相流系统的测量。
附图说明
附图1为本发明的气液两相流测量装置结构图。
其中:1-计量管道;2-电学层析成像传感器阵列;3-压力传感器;4-V形内锥式节流元件;5-温度传感器;6-数据采集卡一;7-差压变送器;8-数据采集卡二;9计算机。
附图2为工作温度为30℃,工作压力为0.15386-0.18067MPa范围内的修正系数θ与工作压力的关系曲线。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明作进一步的说明。
气液两相流的测量装置有计量管道1,在计量管道1上依次设有电学层析成像传感器阵列2;压力传感器3;V形内锥式节流元件4;温度传感器5;数据采集卡一6;差压变送器7;数据采集卡二8及计算机9。
被测气液两相流进入计量管道1,电学层析成像传感器阵列2获取代表两相流截面分布信息的边界测量电压信号并经数据采集卡一6送到计算机9。压力传感器3用来检测两相流工作压力并将压力信号转变为标准电信号经采集卡二8送到计算机9。差压传感器7与V形内锥式节流元件4配套安装,差压信号转变成标准电信号经数据采集系统二8送入计算机9。温度传感器5用来检测两相流体温度并将温度信号转变为标准电信号经采集卡二8送到计算机9。在计算机9中设有存储模块,存储V形内锥在不同锥体角度、不同节流面积、不同等效直径比、不同管道直径下的流出系数;根据实验标定所获得的在不同流型下的V形内锥的修正系数,以及气液两相流模型及其计算式等数据。计算机9实时处理经数据采集卡一6传来的信号,获得两相流的截面含气率及流型;实时处理经采集卡二8传来的信号,获得不同温度、压力工作状态下的气相密度;选择不同流动工作状态下V形内锥的修正系数和两相流模型及其计算式,分别求出气液两相各自的流量。
需要特别指出本发明采用V形内锥流量计,是由于其具有能在更短的直管段条件下,以更宽的量程比对洁净或脏污流体实现更准确、更有效测量的特性,这一特性非常适合两相流的测量。
两相流经过电学层析成像传感器阵列时,经数据采集卡一6采集到的边界电压信号数据送入装有数据分析、处理和图像重建算法的软件包,再通过一定的算法,提取出两相流的参数,如截面含气率和流型等,并可以在屏幕上显示测量截面的成像结果。有关电学层析成像传感器阵列及系统的两相流特征参数分析和提取的方法,以及截面图像重建和显示的技术,可以参见董峰等人已发表的论文:《化工自动化及仪表》2001年第28卷第6期“电阻层析成像技术在两相管流测量中的应用”;《自动化仪表》2002年第23卷第7期“电阻层析成像(ERT)技术在识别两相流流型中的应用”;《天津大学学报》2004年第37卷第6期“应用电阻层系成像技术测量垂直管道气/液两相流分相含率”;《仪器仪表学报》2004年第25卷第4期“基于ERT技术的垂直管道流型识别”;《FLOW MEASUREMENT ANDINSTRUMENTATION》2003年第14卷第4-5期“Application of electrical resistancetomography to two-phase pipe flow parameters measurement”;以及《IEEETRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT》2006年第55卷第5期“Two methodsfor measurement of gas-liquid flows in vertical upward pipe using dual-plane ERTsystem”等。
本实施例采用的电学层析成像传感器阵列,可以采用单截面的传感器阵列,也可以采用双截面的传感器阵列,获取有关两相流流动参数,只是采用双截面的传感器阵列获取的两相流信息除了流型和截面含气率,还可以获得两相流离散相的流速。两者采用的图像重建算法相同。有关的两相流参数获取和图像重现算法,在公开发表的论文中已有介绍。
两相流经过V形内锥节流元件时,受气液两相体积比变化的影响流型不同,其流动过程可以应用修正的分相流动模型描述。根据修正的分相流动模型所建立的节流元件孔板或丘里管测量气/液两相流的林宗虎关系式,其结构简单,修正系数仅与气液两相密度比有关,与气相或液相流量无关,可以根据实际测量数据进行修正和标定。由于V形内锥的测量原理与其他节流装置(如孔板、文丘里等)相同,所以本实施例将用于孔板和文丘里流量计测量气液两相流流量的林宗虎关系式推广到V形内锥流量计。
两相流总流量计算式:
式中,QM为总质量流量,ε为被测介质可膨胀系数,C为V形内锥流出系数,A为管道有效流通截面积,ΔPM为气、液混合后流过V形内锥产生的差压,ρL为液体密度,ρG为气体密度,β为V形内锥等效直径比,x为干度,θ为V形内锥修正系数。
对于流出系数C及其V形内锥修正系数θ可由实验获得,按照修正的分相流动模型,气相为不可压缩。应用中气相在工作条件下由于工作压力变化的量远小于工作压力的绝对值,可认为气相为不可压缩流体,则ε=1。则公式(1)转换为:
流出系数C及其V形内锥修正系数θ均可由实验标定获得,已知干度x,即可求得气液两相流的混合质量流量,再根据混合质量流量与分相流量的关系即可求得气液各相的质量流量。本实施例关键步骤如下:
(1)V形内锥流出系数C的标定
流出系数C是节流装置中最重要的一个参数,已有研究表明流出系数C主要与节流元件的类型、开孔直径、取压方式、流体的流动状况(包括雷诺数、管道直径等)和管道条件(如管壁粗糙度)等因素有关。流出系数C的一个重要特性是当流体的雷诺数大于临界值时(一般为进入湍流状态时),C保持常数。
由于V形内锥式节流元件并不是标准节流装置,因此其流出系数C需要通过实验标定。按照修正的分相流动模型假设,气相为不可压缩流体,且两相流出系数相同。所以,分别用液相和气相进行标定,并比较标定结果差别程度。实际标定中所获得的两相标定结果相近,可取其平均值作为V形内锥的流出系数C。确定C值可按照GB/T 2624(或ISO 5167)对于流出系数标定的相关规定:
式中,Qm为单相流体的质量流量。ΔP为单相流体流过节流元件产生的差压;d为等效开孔直径;ρ为单相流体的密度。
(2)V形内锥修正系数θ的确定
在V形内锥节流元件中,对应每一个工作压力点,分别设定不同的气相流量和液相流量,得到不同的两相流流量配比,分别测得ΔPG(气相单独流过产生的差压)、ΔPL(液相单独流过产生的差压)和ΔPM(两相混合后同时流过时产生的差压),整理成马蒂内里(Martinelli)参数和以为横坐标,为纵坐标进行线性拟合,其斜率为对应该工作压力点(或气液密度比)下的修正系数θ。
图2为工作温度为30℃,工作压力为0.15386-0.18067MPa范围内的修正系数θ与工作压力的关系曲线。
(3)两相流中气体密度ρG的确定
由于计量管道比较短,可认为整个计量管道中两相流的温度一致。由理想气体状态方程可以得到温度T时的气体密度:
式中,P0和T0为标准状态的压力和温度(1标准大气压,273.15K):ρG0为标准状态下气体的密度。
(4)两相流干度值x的确定
根据电学层析成像传感器阵列及装置获取气液两相流的流型和截面含气率α;由关键步骤(2)和公式(4)可获得所对应的两相流干度值:
(5)两相流混合流量及分相流量的确定
根据公式(2)可以得到,不同流型下气液两相流混合质量流量:进一步可得:
气相质量流量:QG=QM·x; (6)
液相质量流量:QL=QM·(1-x)。 (7)
Claims (2)
1.一种气液两相流的测量方法,其特征在于,包括下列步骤:
1)利用设置在管道内的电学层析成像传感器阵列及数据采集装置采集数据,进行数据分析、图像重现和显示,并提取特征参数,获取气液两相流在管道内的流型及截面含气率α;
2)利用设置在管道内的压力传感器获取两相流在管道内的压力P;
3)利用V形内锥式节流元件,并经差压变送器获取两相流体在V形内锥式节流元件上下游取压孔处的差压ΔPM;
4)利用温度传感器测量管道中两相流体的温度T;
5)根据理想气体状态方程,利用管道内的压力P、温度T计算工作条件下的气体密ρG;
6)通过实验标定V形内锥式节流元件的流出系数C和修正系数θ;
7)根据公式 计算干度x;式中,ρL为液体密度,在工作条件下近似为一恒定值;
8)根据不同流型下两相流混合质量流量公式: 计算两相混合质量流量,式中,A为管道有效流通截面积,β为V形内锥式节流元件等效直径比;
9)根据两相流混合质量流量和干度x,分别计算气相质量流量和液相质量流量。
2.一种气液两相流的测量装置,其特征在于:在计量管道上依次设有电学层析成像传感器阵列、压力传感器、V形内锥式节流元件,与节流元件配套设置差压变送器,在计量管道内还设置有温度传感器,所述的各个传感器、差压变送器分别与数据采集装置相连,数据采集装置采集的数据被传送至计算机。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB2006101297877A CN100437046C (zh) | 2006-11-30 | 2006-11-30 | 基于截面测量的气液两相流测量方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB2006101297877A CN100437046C (zh) | 2006-11-30 | 2006-11-30 | 基于截面测量的气液两相流测量方法及装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1963403A CN1963403A (zh) | 2007-05-16 |
CN100437046C true CN100437046C (zh) | 2008-11-26 |
Family
ID=38082544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNB2006101297877A Expired - Fee Related CN100437046C (zh) | 2006-11-30 | 2006-11-30 | 基于截面测量的气液两相流测量方法及装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN100437046C (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102147382A (zh) * | 2011-02-28 | 2011-08-10 | 天津大学 | 基于多截面阻抗式双差压长腰内锥的多相流测量方法 |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5636006B2 (ja) * | 2009-03-05 | 2014-12-03 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 流路に流通する液体中の気泡を検出するセンサ |
CN101650292B (zh) * | 2009-09-02 | 2011-01-05 | 昆明理工大学 | 一种衡量流体混合效果的方法 |
CN101822957B (zh) * | 2010-04-07 | 2012-12-19 | 昆明理工大学 | 基于统计学及遍历性理论的判断多相混合均匀性的方法 |
CN102116755B (zh) * | 2011-02-28 | 2012-12-05 | 天津大学 | 基于多截面阻抗式长腰内锥及相关测速的多相流测量方法 |
CN102116754B (zh) * | 2011-02-28 | 2012-12-05 | 天津大学 | 基于双截面阻抗式长腰内锥传感器的多相流测量方法 |
CN102147385B (zh) * | 2011-02-28 | 2012-12-05 | 天津大学 | 基于单截面阻抗式长腰内锥传感器的多相流测量方法 |
EP2687829A4 (en) * | 2011-03-15 | 2014-09-17 | Toyota Motor Co Ltd | THROUGHPUT MEASURING DEVICE |
CN102322907B (zh) * | 2011-05-17 | 2012-10-31 | 重庆梅安森科技股份有限公司 | 双流量测量头一体化智能气体流量计 |
US10077997B2 (en) | 2012-07-24 | 2018-09-18 | Haimo Technologies Group Corp. | Wet gas flow measuring method and apparatus |
CN105675070A (zh) * | 2016-03-28 | 2016-06-15 | 中国海洋石油总公司 | 异型文丘里流量计和用其测量多相流中气液相流量的方法 |
CN105784785B (zh) * | 2016-04-26 | 2019-04-02 | 重庆大学 | 基于电阻层析成像的核反应堆棒束通道两相流测量系统 |
CN106768117B (zh) * | 2017-02-20 | 2019-09-20 | 天津大学 | 一种湿蒸汽干度流量双参数测量方法 |
CN107561044B (zh) * | 2017-04-26 | 2020-02-21 | 中山大学 | 两相管道视窗、测量系统、视图获取方法、三维重构方法及空泡率测量 |
CN108627547B (zh) * | 2018-05-25 | 2021-04-13 | 西南石油大学 | 基于螺杆泵与ert相结合测量流体相含量分布的装置及方法 |
CN111609905A (zh) * | 2019-02-25 | 2020-09-01 | 国家电投集团科学技术研究院有限公司 | 气液两相分离计量装置及方法 |
CN110108331B (zh) * | 2019-05-23 | 2021-07-27 | 西安电子科技大学 | 基于ert的同质气液混合两相流流量测试方法及系统 |
CN112197889B (zh) * | 2020-09-07 | 2022-07-19 | 合肥通用机械研究院有限公司 | 一种两相流换热实验方法 |
CN112284471B (zh) * | 2020-09-30 | 2024-01-26 | 迈科洛(广州)仪表有限公司 | 通用差压式气体质量流量测量方法及其变送器、计算系统 |
CN112285165B (zh) * | 2020-10-23 | 2022-08-30 | 天津大学 | 基于电学层析技术的管道多相流流速和浓度的标定系统 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1414382A (zh) * | 2002-08-30 | 2003-04-30 | 天津大学 | 基于电阻层析成像的气液两相流分相含率的检测器及方法 |
US6681189B1 (en) * | 2001-08-22 | 2004-01-20 | The Texas A&M University System | Method and system for determining flow rates and/or fluid density in single and multiple-phase flows utilizing discharge coefficient relationships |
CN2670916Y (zh) * | 2003-12-18 | 2005-01-12 | 刘慎民 | 内锥式流量计 |
-
2006
- 2006-11-30 CN CNB2006101297877A patent/CN100437046C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6681189B1 (en) * | 2001-08-22 | 2004-01-20 | The Texas A&M University System | Method and system for determining flow rates and/or fluid density in single and multiple-phase flows utilizing discharge coefficient relationships |
CN1414382A (zh) * | 2002-08-30 | 2003-04-30 | 天津大学 | 基于电阻层析成像的气液两相流分相含率的检测器及方法 |
CN2670916Y (zh) * | 2003-12-18 | 2005-01-12 | 刘慎民 | 内锥式流量计 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
"V"型内锥式流量计的应用前景. 孙志民.中国仪器仪表,第7期. 2005 * |
基于空隙率的油气两相流流量测量的研究. 岳伟挺,张宏建.高校化学工程学报,第19卷第3期. 2005 * |
气液两相流参数检测新方法研究. 王微微.浙江大学博士论文. 2006 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102147382A (zh) * | 2011-02-28 | 2011-08-10 | 天津大学 | 基于多截面阻抗式双差压长腰内锥的多相流测量方法 |
CN102147382B (zh) * | 2011-02-28 | 2012-11-28 | 天津大学 | 基于多截面阻抗式双差压长腰内锥的多相流测量方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN1963403A (zh) | 2007-05-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100437046C (zh) | 基于截面测量的气液两相流测量方法及装置 | |
US7942065B2 (en) | Isokinetic sampling method and system for multiphase flow from subterranean wells | |
CN101178347B (zh) | 狭缝文丘里节流装置及气液两相流测量系统 | |
CN100434870C (zh) | 气液多相流分离整流装置及其测量装置 | |
WO2013102312A1 (zh) | 一种蒸汽流量计量装置及计量方法 | |
Zhang et al. | High GVF and low pressure gas–liquid two-phase flow measurement based on dual-cone flowmeter | |
CN101441099A (zh) | 旋流浓集的稀疏气固两相流电容层析成像测量方法及装置 | |
Dong et al. | Application of dual-plane ERT system and cross-correlation technique to measure gas–liquid flows in vertical upward pipe | |
CN106840294A (zh) | 一种多相流计量检测系统 | |
Hamad et al. | Evaluation of hot-film, dual optical and Pitot tube probes for liquid–liquid two-phase flow measurements | |
CN104266702A (zh) | 多相湿气流流量与相含率在线测量方法及装置 | |
CN109506729A (zh) | 一种气液两相流参数在线检测方法及装置 | |
Dong et al. | Two methods for measurement of gas-liquid flows in vertical upward pipe using dual-plane ERT system | |
Zheng et al. | Error analysis of gas and liquid flow rates metering method based on differential pressure in wet gas | |
CN105486358A (zh) | 基于文丘里管双差压的气液两相流参数测量方法 | |
CN101666770A (zh) | 低含气率原油测量装置及方法 | |
CN106092236A (zh) | 一种多相流计量检测系统 | |
CN204944978U (zh) | 新型灌浆记录仪比重监测装置 | |
CN104515562A (zh) | 一种多相流微压差测量装置及流量计量方法 | |
CN204373715U (zh) | 一种多相流微压差测量装置 | |
CN105806424B (zh) | 一种多相流不分离在线测量装置及其测量方法 | |
Guo et al. | Rapid on-line and non-invasive flow rate measurement of gas–liquid slug flow based only on basic differential pressure fluctuations | |
CN201327400Y (zh) | 湿蒸汽两相流流量计 | |
CN201032457Y (zh) | 基于标准文丘里管与涡街流量计的低含气率气液两相流测量装置 | |
CN110987097B (zh) | 一种利用压力波动测量气液多相流流量的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20081126 Termination date: 20201130 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |