CN104236848A - 一种气液两相流相含率控制及气液两相混合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气液两相流相含率控制及气液两相混合装置，主要包括液体输送管道、液体流量计、液体流量调节阀门、气体输送管道、气体流量计、气体流量调节阀门、气液两相流混合器和输出管道，气液两相流混合器为双层圆筒结构，在内层筒壁上设置有沿圆周方向和轴向均匀布置的进气小孔，内层筒壁分别与液体输送管道和输出管道连接，外层筒壁与气体输送管道连接，气液两相混合前，通过流量计和调节阀门对气液两相进行流量测量和调节。本发明不仅结构简单、成本低、易于制造、安全可靠，对流动的影响较小，更重要的是能够精确地控制稳定状态下气液两相的相含率，能将气液两相进行充分均匀混合。

Description

一种气液两相流相含率控制及气液两相混合装置

技术领域

本发明属于多相流相含率测量和控制领域，尤其是一种气液两相流相含率控制及气液两相混合装置。

背景技术

气液两相流广泛存在于石油、化工、能源、动力、航空航天及制药等工业领域，其混合方法、流型和相含率等参数的测量和控制对两相流系统的运行监控、过程控制及安全保证等具有十分重要的意义。由于气液两相流动的复杂性，如何实现气液两相流有效的混合及相含率测量和控制一直以来是科学研究和工业应用领域中长期未能得以很好解决的难题。

关于两相流中各参数的测量和两相流混合方法国内外学者进行了大量有意义的研究。例如，中国专利CN101556234A公开了一种气水两相流多参数测量方法和装置，根据节流元件获取压差、电导传感器获取电导信号、压力变送器获取压力及温度变送器获取的温度得到气水两相流的流型、空隙率、干度和流量等参数。但该方法所涉及的元件多、成本高、操作复杂，且没有阐述气水两相流的混合方法。中国专利CN102068928A公开了一种汽液两相流混合器，采用具有内置相反旋向来福线的两圆锥管来对两相流进行充分混合，但该方法不能控制相含率及气泡的均匀度。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种气液两相流相含率控制及气液两相混合装置，不仅实现了装置的结构简单、成本低、易于制造、安全可靠等指标，更重要的是能够精确地控制稳定状态下气液两相的相含率，能将气液两相进行充分均匀混合。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种气液两相流相含率控制及气液两相混合装置，包括液体输送管道、液体流量计、液体流量调节阀门、气体输送管道、气体流量调节阀门、气体流量计、气液两相流混合器和输出管道；所述液体流量计和液体流量调节阀门安装在液体输送管道上；所述气体流量调节阀门和气体流量计安装在气体输送管道上；所述的气液两相流混合器为双层圆筒结构，内层筒壁上设置有沿圆周方向和轴向均匀布置的内圈进气孔，外层筒壁上设置有第一外圈进气孔，所述液体输送管道与气液两相流混合器的第一外圈进气孔连接，所述液体输送管道和输出管道分别与气液两相流混合器的内筒两端连接。

进一步地，所述气液两相流混合器外层筒壁上还设有第二外圈进气孔，所述气体流量计与气液两相流混合器之间的气体输送管道上还连接有气体分流管路，所述气体分流管路的另一端与气液两相流混合器的第二外圈进气孔连接。

进一步地，所述的第一外圈进气孔和第二外圈进气孔沿管道轴线对称布置。

进一步地，所述的气液两相流混合器为透明有机玻璃制成，通过法兰与液体输送管道、输出管道连接。

进一步地，在气体输送管道上还设置有一止回阀，所述止回阀位于气体流量计和气液两相流混合器之间。

进一步地，所述输出管道与气液两相流混合器之间还连接有锥管，所述锥管的上下游管径比不小于2:1。

进一步地，所述锥管与输出管道之间还连接有气泡调节器，所述气泡调节器的截面上设置有蜂窝状小孔，所述蜂窝状小孔的轴向长度不小于输出管道的管路管径。

进一步地，所述气泡调节器的材料为塑料或有机玻璃或金属，通过法兰与锥管和输出管道连接，所述蜂窝状小孔通过铸造或钻孔制成，紧邻所述气泡调节器的输出管道为有机玻璃制成的。

在上述解决方案中，在气液两相流混合之前，通过液体流量调节阀门和液体流量计控制和测量液相的流量，通过气体流量调节阀门和气体流量计所调节和测量气相的流量，从而精确地控制稳定状态下气液间的相含率；在气体输送管道上设置止回阀，防止液体输送管路的压力过大而使液体进入气体输送管路，破坏气体压缩机；气液两相流混合器采用双层圆筒结构，使所述气体输送管道的气相首先进入两层圆筒之间的夹层，然后再通过内层筒壁上的内圈进气孔进入内层筒内，与液相混合，一方面是为了使气泡均匀的进入液体流道中，而不对流动造成较大影响，另一方面也可以增加气泡数量，使得气泡与液体充分均匀混合。在外层筒壁上设置两个外圈进气孔，能够使位于两层圆筒之间的夹层的气相的压强分布更均匀，进一步提高气液两相混合的效果。在气液两相混合器与气泡调节器之间设置一锥管，使得密度相对小而浮于液体上部的气泡具有一定的径向速度而向管道中心的主流区汇聚；在气泡调节器内设置蜂窝状小孔，蜂窝状小孔的轴向长度不小于输出管道的直径，是为了提供足够的空间让通过小孔的气泡能相互独立开来，并且更加均匀。

本发明的有益效果是：提供了一种结构简单、成本低、易于制造、安全可靠的气液两相流相含率控制及气液两相混合装置，能够精确地测量和控制稳定状态下气液两相的相含率，实现了气液两相的充分均匀地混合，使气泡独立开来，控制气泡均匀度，同时对流动的影响较小，减小了管路中的损失。

附图说明

图1为本发明所述气液两相流相含率控制及气液两相混合装置一实施例的结构图。

图2为气液两相流混合器的轴向截面图。

图3为气液两相流混合器的径向截面图。

图4为气泡调节器的轴向截面图。

图5为气泡调节器的左视图。

附图标记说明如下：

1-液体输送管道，2-液体流量计，3-液体流量调节阀门，4-气体分流管路，5-气液两相流混合器，6-内圈进气孔，7-锥管，8-气泡调节器，9-有机玻璃管，10-下游管路，11-止回阀，12-气体流量计，13-气体流量调节阀门，14-气体输送管道，15-第一外圈进气孔，16-第二外圈进气孔，17-蜂窝状小孔。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

图1～图5所示为本发明所述一种气液两相流相含率控制及气液两相混合装置一实施例的结构示意图。包括液体输送管道1、液体流量计2、液体流量调节阀门3，气体分流管路4、气液两相流混合器5、内圈进气孔6、锥管7、气泡调节器8、有机玻璃管9、下游管路10、止回阀11、气体流量计12、气体流量调节阀门13、气体输送管道14、第一外圈进气孔15、第二外圈进气孔16和蜂窝状小孔17。

所述液体输送管道1上按照液体流动方向安装依次安装液体流量计2和液体流量调节阀门3，所述气体输送管道14上按照气体输送方向依次设置气体流量调节阀门13、气体流量计12和止回阀11；所述气液两相流混合器5为透明有机玻璃制成，且为双层圆筒结构，外层筒壁上设有沿管道轴线对称布置的第一外圈进气孔15和第二外圈进气孔16，如图2所示，内层筒壁上设置有沿圆周方向和轴向均匀布置的内圈进气孔6，如图3所示。所述液体输送管道1通过法兰与气液两相流混合器5的内筒轴向连接，所述气体输送管道14与气液两相流混合器5的第一外圈进气孔15螺纹连接。在止回阀11和气液两相流混合器5之间的气体输送管道14上连接一气体分流管路4，所述气体分流管路4的另一端与气液两相流混合器5的第二外圈进气孔16连接。气液两相流混合器5与气泡调节器8之间由一锥管7连接，所述锥管7上下游管径比不小于2:1。所述气泡调节器8的截面上设置有蜂窝状小孔17，如图4和图5所示，所述蜂窝状小孔17的轴向长度不小输出管道的管路管径。所述气泡调节器8的材料为塑料或有机玻璃或金属，通过法兰与锥管7和输出管道连接，所述蜂窝状小孔17通过铸造或钻孔制成，紧邻所述气泡调节器8连接有机玻璃管9，所述有机玻璃管9通过法兰与下游管路10连接。

在管路中设置止回阀11是为了防止液体输送管路的压力过大而使液体进入气体输送管路，破坏气体压缩机。在气液两相流混合器5沿管道轴线对称设置第一外圈进气孔15、第二外圈进气孔16和若干内圈进气孔6，一方面是为了使气泡均匀的进入液体流道中，而不对流动造成较大影响，另一方面也可以增加气泡数量，使得气泡与液体充分均匀混合。在气液两相混合器5与气泡调节器8之间设置一锥管7，是为了使得密度相对小而浮于液体上部的气泡具有一定的径向速度而向管道中心的主流区汇聚。气泡调节器8内的若干蜂窝状小孔17的大小可根据实际研究问题的需要而定，其轴向长度不小于输出管道的直径是为了提供足够的空间让通过小孔的若干气泡能相互独立开来，并且更加均匀。

本发明的气液两相流相含率控制及气液两相混合装置的工作过程如下所述：从液体输送管道1流过的液体经液体流量调节阀门3和液体流量计2进行流量的调节和测量后进入气液两相流混合器5。同时，从气体输送管道14流过的气体依次流经气体流量调节阀门13、气体流量计12进行气体流量的测量和控制，再经过止回阀11和气体分流管路4首先进入气液两相流混合器5的两层圆筒之间的夹层，然后再通过内层筒壁上的内圈进气孔6均匀的进入内层筒内，与液体充分混合。考虑到气体的密度一般情况下小于液体的密度而会漂浮于管道上部，因此将经过气液两相流混合器5后的气液两相流经过一锥管7使漂浮于液体上部的气体在流动过程中具有一径向的速度而使其与液体充分混合；再进入具有蜂窝状小孔17的气泡调节器8使气泡均匀，并且相互独立开来；最后流入有机玻璃管9内进行两相流的观察和研究。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种气液两相流相含率控制及气液两相混合装置，其特征在于：

包括液体输送管道(1)、液体流量计(2)、液体流量调节阀门(3)、气体输送管道(14)、气体流量调节阀门(13)、气体流量计(12)、气液两相流混合器(5)和输出管道；

所述液体流量计(2)和液体流量调节阀门(3)安装在液体输送管道(1)上；

所述气体流量调节阀门(13)和气体流量计(12)依次安装在气体输送管道(14)上；

所述的气液两相流混合器(5)为双层圆筒结构，内层筒壁上设置有沿圆周方向和轴向均匀布置的内圈进气孔(6)，外层筒壁上设置有第一外圈进气孔(15)，所述气体输送管道(14)与气液两相流混合器(5)的第一外圈进气孔(15)连接，所述液体输送管道(1)和输出管道分别与气液两相流混合器(5)的内筒两端连接。

2.根据权利要求1所述的气液两相流相含率控制及气液两相混合装置，其特征在于：

所述气液两相流混合器(5)外层筒壁上还设有第二外圈进气孔(16)，所述气体流量计(12)与气液两相流混合器(5)之间的气体输送管道(14)上还连接有气体分流管路(4)，所述气体分流管路(4)的另一端与气液两相流混合器(5)的第二外圈进气孔(16)连接。

3.根据权利要求2所述的气液两相流相含率控制及气液两相混合装置，其特征在于：

所述的第一外圈进气孔(15)和第二外圈进气孔(16)沿管道轴线对称布置。

4.根据权利要求3所述的气液两相流相含率控制及气液两相混合装置，其特征在于：

所述的气液两相流混合器(5)为透明有机玻璃制成，通过法兰与液体输送管道(1)、输出管道连接。

5.根据权利要求1或2所述的气液两相流相含率控制及气液两相混合装置，其特征在于：

在气体输送管道(14)上还设置有一止回阀(11)，所述止回阀(11)位于气体流量计(12)和气液两相流混合器(5)之间。

6.根据权利要求1或2所述的气液两相流相含率控制及气液两相混合装置，其特征在于：

所述输出管道与气液两相流混合器(5)之间还连接有锥管(7)，所述锥管(7)的上下游管径比不小于2:1。

7.根据权利要求6所述的气液两相流相含率控制及气液两相混合装置，其特征在于：

所述锥管(7)与输出管道之间还连接有气泡调节器(8)，所述气泡调节器(8)的截面上设置有蜂窝状小孔(17)，所述蜂窝状小孔(17)的轴向长度不小于输出管道的管路管径。

8.根据权利要求7所述的气液两相流相含率控制及气液两相混合装置，其特征在于：

所述气泡调节器(8)的材料为塑料或有机玻璃或金属，通过法兰与锥管(7)和输出管道连接，所述蜂窝状小孔(17)通过铸造或钻孔制成，紧邻所述气泡调节器(8)的输出管道为有机玻璃制成的。