CN102116653B - 分流分相式气液两相流体流量计及分流系数确定方法 - Google Patents

Abstract

一种分流分相式气液两相流体流量计及分流系数确定方法，由于采用了分流孔和限流阻力件可以分别控制液相和气相的分流比例，以此来分别实现分流分相式气液两相流体的分流系数的调控方法和确定方法，从而提高了分流分相式气液两相流体流量计的测量精度和可靠性，以便于在工程上广泛应用。

Description

分流分相式气液两相流体流量计及分流系数确定方法

技术领域

本发明属于两相流体流量测量技术领域，具体涉及一种分流分相式气液两相流体流量计及分流系数确定方法。

背景技术

近年来分流分相式气液两相流体流量计的研究和应用不断得到快速发展。而对应的分流分相式气液两相流体流量测量方法最早出现在中国发明专利ZL98113068.2和实用新型ZL98251787.4中，随后还有实用新型专利ZL200620009043.7及相关的分配方法ZL200410025900.8和专利申请200910209249.2。另外还有很多公开发表的文献。分流分相法的主要思路是，通过成比例地从被测两相流中分流出一部分两相混合物，然后将其分离成单相流体，再分别用单相流量计进行计量，并根据比例关系转换成被测流体的总流量，最后再将这部分流体返回被测两相流体的管道中。

在目前的分流过程中主要按等干度或相同组分的原则进行分流，即分流出的气液混合物与被测量的两相流体具有相同的干度或组分，气相分流比例与液相分流比例是相等的，并维持一个常数。这种原则在理论上是合理的，在分流过程中也容易保持分流回路与主回路之间的阻力平衡，从而保持分流比例的稳定。但在工程实践中，由于大多数两相流的干度都较高，再加上气相的密度远小于液相的密度，因而气相的体积流量往往很大，在分流后其流量相对容易测量；而相反，液相的体积流量往往很小，在分流后体积流量就更小，这给液相流量的实际测量带来很大的困难。因此，如果在分流时能将气相的分流比例控制地小一些，而液相的分流比例能大些，那么在分流分相后气相和液相两者的流量都变得相对容易测量，这样就更有利于提高测量精度，并能有利于进一步缩小测量装置的体积。但是与此同时就要求准确的得到对应的气相和液相的分流系数，并建立可靠的确定方法，这是目前迫切需要解决的一个难题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种分流分相式气液两相流体流量计及分流系数确定方法，由于采用了分流孔和限流阻力件可以分别控制液相和气相的分流比例，以此来分别实现分流分相式气液两相流体流量计的分流系数的调控方法和确定方法，从而提高了分流分相式气液两相流体流量计的测量精度和可靠性，以便于在工程上广泛应用。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种分流分相式气液两相流体流量计，包括圆柱形主管1，该圆柱形主管1的轴向和气液两相流体的流向一致，沿着该轴向在圆柱形主管1内依次设置旋流装置2、整流装置3、一个以上的沿主管1的内壁圆周均匀分布的分流孔4，以及一个圆环状阻挡环6，该阻拦环6的圆环面和轴向垂直，在包含分流孔4和阻挡环6的轴向位置范围处，圆柱形主管1外圆周面上环绕着中空的封闭式汇合环室7，分流孔4和汇合环室7相导通，而汇合环室7通过管道和分离器8的入口导通，分离器8上方的出口和下方的出口分别通过上管道13和下管道14导出并汇合到一处，并在阻挡环6下游位置通过管道和主管1导通，在上管道13和下管道14上分别设置气体流量计9和液体流量计10。

所述的旋流装置2为在旋流中心轴15上连接2个以上旋流叶片17的装置，该旋流中心轴15的轴向和主管1的轴向一致，该旋流叶片17相对于主管1的轴向之间存在预设的倾角。

所述的整流装置3为在整流中心轴16上连接2个以上直叶片18的装置，该整流中心轴16的轴向和主管1的轴向一致，该直叶片18与主管轴线平行。

所述的分流孔4的形状可以是圆孔、椭圆孔或矩形孔。

所述的每个分流孔4的两边均设置有沿主管1轴向的导向板5，该导向板5在主管轴线方向的长度为分流孔长度的3倍，而导向板5的宽度为分流孔宽度的2倍。

所述的导向板5的沿主管1的轴向的前端面和阻拦环6的圆环迎流面相接触。

所述的主管1内沿阻拦环6的下游方向设置有主节流件12，所述的上管道13和下管道14导出并汇合到一处的下游的管道内设置有限流阻力件11。

所述的主节流件12和限流阻力件11为孔板、喷嘴或文丘里管。

所述的分流分相式气液两相流体流量计的分流系数确定方法：首先需要测量的气液两相流体流入主管1，当经过旋流装置2时产生旋转，随即气液两相流体的液相被甩向主管1的内壁面，气相则留在管道中心，形成一种对称的环状流，然后再经整流装置3后旋转被消除，在导向板5的导向下，并通过圆环状阻挡环6的阻挡，被阻挡的旋转被消除的气液两相流体经过分流孔4进入汇合环室7汇合后，流入分离器8进行气液分离形成气相和液相，被分离的气相和液相再分别通过上管道13和下管道14，这时用气体流量计9和液体流量计10分别测量得到被测的气相和被测的液相流量的大小，先计算出被测的气相流量和被测的液相流量之和，得到被测流量和，再计算出被测的气相流量与被测流量和之比，然后用下面的式1）和式2）分别计算出液相分流系数K_L和气相分流系数K_G：

$K_L=\mathrm{\φ}\frac{\mathrm{nd}}{\mathrm{\πD}}---1)$

式中，K_L为液相分流系数；φ为修正系数；n为分流孔数；d为分流孔4的有效宽度，当分流孔4为圆形时取孔直径，当为椭圆孔时取短轴尺寸，当为矩形时取孔在主管（1）圆周方向的尺寸即取短边尺寸；D为主管1的内径。

$K_G=\frac{K_0}{1+\mathrm{\θ}(1-\frac{k_0}{k_L})\sqrt{\frac{{\mathrm{\ρ}}_G}{{\mathrm{\ρ}}_L}}(\frac{1}{X_3}-1)}---2)$

式中，K_G为气相分流系数；K₀为两相流体干度等于1时的分流系数，可以通过计算或用单相气体进行标定；ρ_G为气体的密度，ρ_L为液体的密度，X₃为被测的气相流量与被测流量和之比；θ为实验标定系数。

本发明的一种分流分相式气液两相流体流量计及分流系数确定方法，由于采用了分流孔4和限流阻力件11可以分别控制液相和气相的分流比例，以此来分别实现分流系数的调控方法和确定方法，从而提高了分流分相式气液两相流体流量计的测量精度和可靠性，以便于在工程上广泛应用。

附图说明

图1是本发明的工作原理状态图，其中箭头表示流体的流向。

图2是本发明的旋流装置的结构示意图。

图3是本发明的整流装置的结构示意图。

图4是本发明的分流孔的形状示意图，其中图4（a）是圆形分流孔，图4（b）是椭圆分流孔，图4（c）是矩形分流孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更详细的说明。

如图1所示，分流分相式气液两相流体流量计，包括圆柱形主管1，该圆柱形主管1的轴向和气液两相流体的流向一致，沿着该轴向在圆柱形主管1内依次设置旋流装置2、整流装置3、一个以上的沿主管1的内壁圆周均匀分布的分流孔4，位于每个分流孔4两边的导向板5以及一个圆环状阻挡环6和主节流件12。该阻拦环6的圆环面和轴向垂直，在包含分流孔4和阻挡环6的轴向位置范围处，圆柱形主管1外圆周面上环绕着中空的封闭式汇合环室7，分流孔4和汇合环室7相导通，而汇合环室7通过管道和分离器8的入口导通，分离器8上方的出口和下方的出口分别通过上管道13和下管道14导出并汇合到一处，并在主节流件12的下游位置通过管道和主管1导通，在上管道13和下管道14上分别设置气体流量计9和液体流量计10。

如图2所示，所述的旋流装置2为在旋流中心轴15上连接2个以上旋流叶片17的装置，该旋流中心轴15的轴向和主管1的轴向一致，该旋流叶片17相对于主管1的轴向之间存在预设的倾角。

如图3所示，所述的整流装置3为在整流中心轴16上连接2个以上直叶片18的装置，该整流中心轴16的轴向和主管1的轴向一致，该直叶片18与主管轴线平行。

如图4所示，所述的分流孔4的形状可以是圆孔、椭圆孔或矩形孔。

另外所述的每个分流孔4的两边的导向板5在主管轴线方向的长度为分流孔长度的3倍，而导向板5的宽度为分流孔宽度的2倍。所述的导向板5的沿主管1的轴向的前端面和阻拦环6的圆环迎流面相接触。

所述的上管道13和下管道14导出并汇合到一处的下游的管道内设置有限流阻力件11。所述的主节流件12和限流阻力件11为孔板、喷嘴或文丘里管。

所述的分流分相式气液两相流体流量计的分流系数确定方法：首先需要测量的气液两相流体流入主管1，当经过旋流装置2时产生旋转，随即气液两相流体的液相被甩向主管1的内壁面，气相则留在管道中心，形成一种对称的环状流，然后再经整流装置3后旋转被消除，在导向板5的导向下，并通过圆环状阻挡环6的阻挡，被阻挡的旋转被消除的气液两相流体经过分流孔4进入汇合环室7汇合后，流入分离器8进行气液分离形成气相和液相，被分离的气相和液相再分别通过上管道13和下管道14，这时用气体流量计9和液体流量计10分别测量得到被测的气相和被测的液相流量的大小，先计算出被测的气相流量和被测的液相流量之和，得到被测流量和，再计算出被测的气相流量与被测流量和之比，然后用下面的式1）和式2）分别计算出液相分流系数K_L和气相分流系数K_G：

$K_L=\mathrm{\φ}\frac{\mathrm{nd}}{\mathrm{\πD}}---1)$

式中，K_L为液相分流系数；φ为修正系数；n为分流孔数；d为分流孔4的有效宽度，当分流孔4为圆形时取孔直径，当分流孔4为椭圆孔时取短轴尺寸，当分流孔4为矩形时取孔在主管（1）圆周方向的尺寸即取短边尺寸；D为主管1的内径。

$K_G=\frac{K_0}{1+\mathrm{\θ}(1-\frac{k_0}{k_L})\sqrt{\frac{{\mathrm{\ρ}}_G}{{\mathrm{\ρ}}_L}}(\frac{1}{X_3}-1)}---2)$

式中，K_G为气相分流系数；K₀为两相流体干度等于1时的分流系数，可以通过计算或用单相气体进行标定；ρ_G为气体的密度，ρ_L为液体的密度，X₃为被测的气相流量与被测流量和之比；θ为实验标定系数。

本发明的一种分流分相式气液两相流体流量计及分流系数确定方法，由于采用了分流孔4和限流阻力件11可以分别控制液相和气相的分流比例，以此来分别实现分流系数的调控方法和确定方法，从而提高了分流分相式气液两相流体流量计的测量精度和可靠性，以便于在工程上广泛应用。

Claims (7)

1.一种分流分相式气液两相流体流量计，包括圆柱形主管（1），其特征在于：该圆柱形主管（1）的轴向和气液两相流体的流向一致，沿着该轴向在圆柱形主管（1）内依次设置旋流装置（2）、整流装置（3）、一个以上的沿主管（1）的内壁圆周均匀分布的分流孔（4），位于每个分流孔（4）两边的导向板（5）以及一个圆环状阻挡环（6）和主节流件（12），该阻挡环（6）的圆环面和轴向垂直，在包含分流孔（4）和阻挡环（6）的轴向位置范围处，圆柱形主管（1）外圆周面上环绕着中空的封闭式汇合环室（7），分流孔（4）和汇合环室（7）相导通，而汇合环室（7）通过管道和分离器（8）的入口导通，分离器（8）上方的出口和下方的出口分别通过上管道（13）和下管道（14）导出并汇合到一处，并在主节流件（12）下游位置通过管道和主管（1）导通，在上管道（13）和下管道（14）上分别设置气体流量计（9）和液体流量计（10）；所述的旋流装置（2）为在旋流中心轴（15）上连接2个以上旋流叶片（17）的装置，该旋流中心轴（15）的轴向和主管（1）的轴向一致，该旋流叶片（17）相对于主管（1）的轴向之间存在预设的倾角；所述的整流装置（3）为在整流中心轴（16）上连接2个以上直叶片（18）的装置，该整流中心轴（16）的轴向和主管（1）的轴向一致，该直叶片（18）与主管轴线平行。

2.根据权利要求1所述的分流分相式气液两相流体流量计，其特征在于：所述的分流孔（4）的形状是圆孔、椭圆孔或矩形孔。

3.根据权利要求1所述的分流分相式气液两相流体流量计，其特征在于：所述的每个分流孔（4）两边的导向板（5）在主管轴线方向的长度为分流孔长度的3倍，而导向板（5）的宽度为分流孔宽度的2倍。

4.根据权利要求3所述的分流分相式气液两相流体流量计，其特征在于：所述的导向板（5）的沿主管（1）的轴向的前端面和阻挡环（6）的圆环迎流面相接触。

5.根据权利要求1所述的分流分相式气液两相流体流量计，其特征在于：所述的上管道（13）和下管道（14）导出并汇合到一处的下游的管道内设置有限流阻力件（11）。

6.根据权利要求5所述的分流分相式气液两相流体流量计，其特征在于：所述的主节流件（12）和限流阻力件（11）为孔板、喷嘴或文丘里管。

7.根据权利要求1所述的分流分相式气液两相流体流量计的分流系数确定方法，其特征在于：首先需要测量的气液两相流体流入主管（1），当经过旋流装置（2）时产生旋转，随即气液两相流体的液相被甩向主管（1）的内壁面，气相则留在管道中心，形成一种对称的环状流，然后再经整流装置（3）后旋转被消除，在导向板（5）的导向下，并通过圆环状阻挡环（6）的阻挡，被阻挡的旋转被消除的气液两相流体经过分流孔（4）进入汇合环室（7）汇合后，流入分离器（8）进行气液分离形成气相和液相，被分离的气相和液相再分别通过上管道（13）和下管道（14），这时用气体流量计（9）和液体流量计（10）分别测量得到被测的气相和被测的液相流量的大小，先计算出被测的气相流量和被测的液相流量之和，得到被测流量和，再计算出被测的气相流量与被测流量和之比，然后用下面的式1）和式2）分别计算出液相分流系数K_L和气相分流系数K_G：

$K_L=\mathrm{\φ}\frac{\mathrm{nd}}{\mathrm{\πD}}---1)$

式中，K_L为液相分流系数；φ为修正系数；n为分流孔数；d为分流孔（4）的有效宽度，当分流孔（4）为圆形时取孔直径，当为椭圆孔时取短轴尺寸，当为矩形时取孔在圆周方向的尺寸；D为主管（1）的内径；

$K_G=\frac{K_0}{1+\mathrm{\θ}(1-\frac{K_0}{K_L})\sqrt{\frac{{\mathrm{\ρ}}_G}{{\mathrm{\ρ}}_L}}(\frac{1}{X_3}-1)}---2)$

式中，K_G为气相分流系数；K₀为两相流体干度等于1时的分流系数，可以通过计算或用单相气体进行标定；ρ_G为气体的密度，ρ_L为液体的密度，X₃为被测的气相流量与被测流量和之比；θ为实验标定系数。

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