CN101672676A - 气液多相流流量测量装置与测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液多相流流量测量装置，用于对非均相分布湿蒸汽流量的测量，其特是在直通管内依次置有A均相整流器、A流量计传感器、B均相整流器、B流量计传感器，内置气液多相流流量处理程序的数显表固定在直通管外。本发明还公开了利用这种气液多相流流量测量装置测量非均相分布湿蒸汽流量的方法，即通过采集A流量计传感器的流量特征值信号和B流量计传感器的流量特征值信号，由A流量计传感器与B流量计传感器的质量守恒方程，联立求解出非均相分布湿蒸汽流量。本发明不但能够测量出气液多相流的质量流量，而且具有测量精度高、稳定可靠、结构简单、制造成本低的优点。

Description

气液多相流流量测量装置与测量方法

技术领域

本发明涉及一种流量测量装置，特别是气液多相流流量测量装置。还涉及用这种流量测量装置测量气液多相流流量流量的方法。

背景技术

气液多相流是气液两相或气液两相以上的流体。在过程工业中，经常涉及到气液多相流的输送，例如，工业中的湿蒸汽传输、石油分离、油气集运等。为了对涉及气液多相流的生产过程进行监控和运行管理，就需要对气液多相流的流量进行测量和计量。由于常见的流量计只能测量单相流的流量，而气液多相流为非单相流，它在管道流动中，其流态常出现气泡流、气团流、分层流、波状流、段塞流、翻腾流和环状流等，所以对气液多相流流量的准确测量，是相当困难的。

申请号为200710055286.3的发明专利，公开了一种联合式湿蒸汽流量、干度测量装置及其测量方法，湿蒸汽就是气液两相流，属于气液多相流范畴。该测量装置的技术特征为：在蒸汽管道上串联安装两个流量计，一个为孔板流量计，另一个为文丘利管流量计，通过采集这两个流量计的前后流体压差，联立这两个流量计的流量公式，求解出湿蒸汽流量和干度。然而，这种湿蒸汽流量测量装置，所涉及的孔板流量计和文丘利管流量计，其流量测量原理是相似的，都是通过采集流量计的前后流体压差，来推算蒸汽流量和干度。由于这两种流量计的流量测量原理是相同的，理论上是属于同一类的压差型流量计，其流量公式的相似性，导致了在联立求解流量公式时，不能直接得出待求的湿蒸汽流量。虽然，该湿蒸汽流量测量装置在这两种流量计的流量公式中引入了“两相滑动比”参数、饱和蒸汽密度、饱和水密度和干度，对这两种流量计的流量公式进行了变形，使这两种流量公式在形式上有所不同，但这一措施并未改变这两种流量计其流量测量本质的相似性，所以，从测量原理可知，这种湿蒸汽流量测量装置，因选用了不恰当的两种流量计，导致其所测的蒸汽流量精度和测量的稳定性都不高。另外，湿蒸汽在蒸汽管道流动中，在管道横截面上常出现气相和液相的非均相分布，这给湿蒸汽质量流量的测量，带来了极大的难度，而联合式湿蒸汽流量测量装置，对这种非均相分布的湿蒸汽，是难于进行流量测量的。

发明内容

为了克服现有技术联合式湿蒸汽流量测量装置不能进行非均相分布湿蒸汽流量的测量的不足，本发明提供一种气液多相流流量测量装置，通过设置均相整流器和流量计传感器，可以对非均相分布湿蒸汽进行测量。

本发明还提供利用这种气液多相流流量测量装置测量非均相分布湿蒸汽流量的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种气液多相流流量测量装置，包括直通管、数显表，其特点是还包括A均相整流器、A流量计传感器、B均相整流器、B流量计传感器，连接发兰固连于直通管两端，在直通管内依次置有A均相整流器、A流量计传感器、B均相整流器、B流量计传感器，内置气液多相流流量处理程序的数显表固定在直通管外；所述均相整流器由轴流式涡轮和多孔板整流器组成，多孔板的外径与直通管的内径相同，且均匀分布有若干圆孔。

一种利用上述气液多相流流量测量装置测量非均相分布湿蒸汽的方法，其特征在于包括下述步骤：

(a)对A流量计传感器与B流量计传感器进行配对，A流量计传感器为涡街流量计传感器，B流量计传感器为靶式流量计传感器；

(b)通过数显表采集A流量计传感器流量特征值Y_A信号和B流量计传感器流量特征值Y_B信号；

(c)数显表由A流量计传感器的质量流量M_A公式

$M_A=\frac{\mathrm{\π}\·D^2\·m\·d_A\·f_A}{4\·\mathrm{Sr}}\·\mathrm{\ρ}=X_A\·f_A\·\mathrm{\ρ}---\left(1\right)$

以及B流量计传感器的质量流量M_B公式

$M_B=K\·D\·(\frac{D}{d_B}-\frac{d_B}{D})\sqrt{F_B}\·\sqrt{\mathrm{\ρ}}=X_B\·\sqrt{F_B}\·\sqrt{\mathrm{\ρ}}---\left(2\right)$

再根据直通管内质量流量的相同性，得到

M_A＝M_B                (3)

求解(3)式，得出气液多相流的密度ρ

$\mathrm{\ρ}=\frac{X_B^2\·F_B}{X_A^2\·f_A^2}---\left(4\right);$

(d)将得出的气液多相流密度ρ代入(1)式，得气液多相流质量流量M_A

$M_A=\frac{X_B^2\·F_B}{X_A\·f_A}---\left(5\right);$

式中，π是圆周率，D是直通管内直径，m是涡街流量计传感器的旋涡发生体两侧弓形面积与直通管内横截面面积之比，d_A是涡街流量计传感器的旋涡发生体迎面宽度，Sr是斯特劳哈尔数，f_A是涡街流量计传感器的旋涡发生频率，即涡街流量计传感器的流量传感特征值，ρ是气液多相流度，X_A是涡街流量计传感器的仪表系数；K是靶式流量计传感器的流量系数，d_B是靶式流量计传感器的靶片直径，F_B是靶式流量计传感器靶片所感受的气液多相流的冲击力，即靶式流量计传感器的流量传感特征值，X_B是靶式流量计传感器的仪表系数。

本发明的有益效果是：通过设置均相整流器和流量计传感器，数显表通过采集A流量计传感器所测的流量特征值信号，B流量计传感器所测的流量特征值信号，经信号处理，再由A流量计传感器与B流量计传感器的质量守恒方程，联立求解出待测的多相流的质量流量，实现了对非均相分布湿蒸汽进行测量，且测量精度高、稳定可靠、结构简单、制造成本低。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

附图是本发明气液多相流流量测量装置结构示意图。

图中，1-直通管，2-A均相整流器，3-A流量计传感器，4-数显表，5-B流量计传感器，6-连接发兰，7-B均相整流器。

具体实施方式

参照附图，本发明气液多相流的流量测量装置，测量的是管道内湿蒸汽两相流流量，采用90mm内径100mm外径的不锈钢直通管1、A均相整流器2、A流量计传感器3、B均相整流器7、B流量计传感器5、连接发兰6作为测量装置，并用内置有气液多相流流量处理程序的数显表4。其中，在直通管1内依次安装有A均相整流器2、A流量计传感器3、B均相整流器7、B流量计传感器5，并将直通管1两端的不锈钢连接发兰6接入待测气液多相流流量的管道内；数显表4固定在直通管1外，并分别与A流量计传感器3和B流量计传感器5通信连接。数显表4通过采集A流量计传感器3所测的流量传感特征值信号和B流量计传感器5所测的流量传感特征值信号，由内置的气液多相流流量处理程序得出待测的气液多相流质量流量，并在该数显表4上显示和存储。

A均相器整流器与B均相器整流器都是依次由轴流式涡轮和多孔板整流器组成，在直通管内，气液多相流先经过轴流式涡轮，再经过多孔板整流器。轴流式涡轮由不锈钢制成，其叶轮旋转直径为88mm，不锈钢材料制成的涡轮轴支架焊接在直通管1的内壁上。多孔板整流器为3mm厚的圆形不锈钢板，其直径与直通管1的内径相同，多孔板上均匀分布有若干直径为2mm的圆孔，然后将多孔板整流器的圆周焊接在直通管1的内壁上，使多孔板整流器的圆板垂直于直通管轴向。

利用这种气液多相流流量测量装置测量非均相分布湿蒸汽的方法，具体步骤为：

第一步、A流量计传感器与B流量计传感器为两个不相似的流量计传感器，其中，A流量计传感器为涡街流量计传感器，B流量计传感器为靶式流量计传感器。

第二步、数显表采集A流量计传感器所测的流量特征值Y_A信号、采集B流量计传感器所测的流量特征值Y_B信号。

第三步、数显表由A流量计传感器的质量流量M_A公式

$M_A=\frac{\mathrm{\π}\·D^2\·m\·d_A\·f_A}{4\·\mathrm{Sr}}\·\mathrm{\ρ}=X_A\·f_A\·\mathrm{\ρ}---\left(1\right)$

以及B流量计传感器的质量流量M_B公式

$M_B=K\·D\·(\frac{D}{d_B}-\frac{d_B}{D})\sqrt{F_B}\·\sqrt{\mathrm{\ρ}}=X_B\·\sqrt{F_B}\·\sqrt{\mathrm{\ρ}}---\left(2\right)$

再根据直通管内质量流量的相同性，得到

M_A＝M_B                    (3)

求解(3)式，得出气液多相流的密度ρ

$\mathrm{\ρ}=\frac{X_B^2\·F_B}{X_A^2\·f_A^2}---\left(4\right)$

第四步、数显表将得出的气液多相流密度ρ代入(1)式，就得出了待测的气液多相流质量流量M_A。

$M_A=\frac{X_B^2\·F_B}{X_A\·f_A}---\left(5\right)$

上述(1)～(5)式中，π为圆周率，D为直通管内直径，m为涡街流量计传感器的旋涡发生体两侧弓形面积与直通管内横截面面积之比，d_A为涡街流量计传感器的旋涡发生体迎面宽度，Sr为斯特劳哈尔数，f_A为涡街流量计传感器的旋涡发生频率，也就是涡街流量计传感器的流量传感特征值，ρ为气液多相流度，X_A为涡街流量计传感器的仪表系数；K为靶式流量计传感器的流量系数，d_B为靶式流量计传感器的靶片直径，F_B为靶式流量计传感器靶片所感受的气液多相流的冲击力，也就是靶式流量计传感器的流量传感特征值，X_B为靶式流量计传感器的仪表系数。

Claims (2)

1、一种气液多相流流量测量装置，包括直通管、数显表，其特征在于：还包括A均相整流器、A流量计传感器、B均相整流器、B流量计传感器，连接发兰固连于直通管两端，在直通管内依次置有A均相整流器、A流量计传感器、B均相整流器、B流量计传感器，内置气液多相流流量处理程序的数显表固定在直通管外；所述均相整流器由轴流式涡轮和多孔板整流器组成，多孔板的外径与直通管的内径相同，且均匀分布有若干圆孔。

2、一种利用权利要求1所述气液多相流流量测量装置测量非均相分布湿蒸汽的方法，其特征在于包括下述步骤：

(a)对A流量计传感器与B流量计传感器进行配对，A流量计传感器为涡街流量计传感器，B流量计传感器为靶式流量计传感器；

(b)通过数显表采集A流量计传感器流量特征值Y_A信号和B流量计传感器流量特征值Y_B信号；

(c)数显表由A流量计传感器的质量流量M_A公式

$M_A=\frac{\mathrm{\π}\·D^2\·m\·d_A\·f_A}{4\·\mathrm{Sr}}\·\mathrm{\ρ}=X_A\·f_A\·\mathrm{\ρ}---\left(1\right)$

以及B流量计传感器的质量流量M_B公式

$M_B=K\·D\·(\frac{D}{d_B}-\frac{d_B}{D})\sqrt{F_B}\·\sqrt{\mathrm{\ρ}}=X_B\·\sqrt{F_B}\·\sqrt{\mathrm{\ρ}}---\left(2\right)$

再根据直通管内质量流量的相同性，得到

M_A＝M_B                                (3)

求解(3)式，得出气液多相流的密度ρ

$\mathrm{\ρ}=\frac{X_B^2\·F_B}{X_A^2\·f_A^2}---\left(4\right);$

(d)将得出的气液多相流密度ρ代入(1)式，得气液多相流质量流量M_A

$M_A=\frac{X_B^2\·F_B}{X_A\·f_A}---\left(5\right);$

式中，π是圆周率，D是直通管内直径，m是涡街流量计传感器的旋涡发生体两侧弓形面积与直通管内横截面面积之比，d_A是涡街流量计传感器的旋涡发生体迎面宽度，Sr是斯特劳哈尔数，f_A是涡街流量计传感器的旋涡发生频率，即涡街流量计传感器的流量传感特征值，ρ是气液多相流度，X_A是涡街流量计传感器的仪表系数；K是靶式流量计传感器的流量系数，d_B是靶式流量计传感器的靶片直径，F_B是靶式流量计传感器靶片所感受的气液多相流的冲击力，即靶式流量计传感器的流量传感特征值，X_B是靶式流量计传感器的仪表系数。

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