CN106052775A - 双比值法湿气液相含率测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三差压长喉颈文丘里的湿气液相含率测量装置，包括长喉颈文丘里测量管道和三个差压变送器：第一差压变送器和第二差压变送器和第三差压变送器，在长喉颈文丘里测量管道的上游、喉部中下游位置及下游处各设置一个取压处，从上游和喉部中下游位置两个取压处接出的两个对外引压管分别接到第一差压变送器，从喉部中下游位置取压处和扩张段出口后下游直管段的取压处接出的两个对外引压管分别接到第二差压变送器；从文丘里上游取压位置和下游取压位置接出的两个对外引压管分别接到第三差压变送器，三个差压变送器测量的差压分别为前差压、后差压以总压损。本发明具有自诊断冗余功能。

Description

双比值法湿气液相含率测量装置

技术领域

本发明属于湿气气液两相流量测量技术领域，涉及一种基于三差压长喉颈文丘里的湿气液相含率的测量装置及测量方法。

背景技术

2012年ISO TR 11583技术报告中定义“气相体积含率大于95％的气液两相流可视为湿气”。湿气广泛存在于自然界及工业过程中，如石油、化工、冶金、核能、航空航天等领域，主要包含两大类，其一为湿饱和蒸汽，其二为湿天然气。近几十年来，随着传统工业和新兴工业的快速发展，人们对湿气两相流的中的液相计量提出了越来越高的要求。然而已有的研究成果表明，由于湿气流动的复杂性和多样性，要实现气液两相流量的准确测量，特别是液相含率的测量还具有很大的难度。目前常用的液相含率的手段为基于分离器的技术、示踪技术与射线技术。基于分离器的液相测量技术存在体积庞大笨重、造价高、管理及运行成本高的缺点；示踪技术需要在管道在线开孔取样，利用上下游示踪剂浓度的变化反应液相含率，往往在安全性和取样代表性方面存在问题；射线技术在使用方面则存在安全管理方面的严格要求，推广应用难度大。

中国专利CN 103048019A提出了一种“基于长喉颈文丘里的双差压湿气流量测量装置”。该装置通过采用复合型一体化环室气液隔离取压器进行取压，实现气液的快速有效隔离，降低了测量信号的信噪比低。实践证明，该设计仍然存在以下缺点：(1)环室取压器对上游和喉部的压力信号均衡能力较好，而下游取压位置处的环室压力信号具有不稳定性，分析其原因，由于在工况条件西，如不同压力、气相流速和含液率的条件下，下游取压处与文丘里扩张管段出口之间的距离限定为管道内径的5-9倍，实际上在该距离内，信号的稳定性不能有效保证；(2)基于双差压技术的湿气测量装置，当任意一个变送器出现故障时，无自诊断功能，直接导致计算错误。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述问题，改进原有测量装置的结构设计，优化下游取压位置，变双差压测量为三差压测量，提供一种具有自诊断冗余功能的湿气液相含率测量装置，本发明采用如下技术方案：

一种三差压长喉颈文丘里的湿气液相含率测量装置，包括长喉颈文丘里测量管道，其特征在于，设置三个差压变送器：第一差压变送器和第二差压变送器和第三差压变送器，在长喉颈文丘里测量管道的上游、喉部中下游位置及下游处各设置一个取压处，从上游和喉部中下游位置两个取压处接出的两个对外引压管分别接到第一差压变送器，从喉部中下游位置取压处和扩张段出口后下游直管段的取压处接出的两个对外引压管分别接到第二差压变送器；从文丘里上游取压位置和下游取压位置接出的两个对外引压管分别接到第三差压变送器，三个差压变送器测量的差压分别为前差压、后差压以总压损；利用长喉颈文丘里的前差压、后差压的比值及总压损与前差压的比值同时测量液相含率。

下游取压处与文丘里扩张管段出口之间的距离应该为管道内径的5-15倍。

本发明给出的双比值法湿气液相含率测量装置具有以下的有益效果：其一，无需分离，不依赖放射性技术和示踪技术对湿气液相含率进行测量，结构简单、安全；其二，利用文丘里双差压比值信息同时直接测量湿气中的液相含率，差压精度高，含率测量的准确度好，可实现自核查与校准；其三，三差压变送器实现了装置的冗余及自诊断功能，原理清晰，可靠性好。

附图说明

图1双比值法湿气液相含率测量装置系统图

附图说明如下：1压力变送器，2-1第一差压变送器2-2第二差压变送器，2-3第三差压变送器4温度变送器，5阀组，6环室取压器，7引压管-接取压装置，8引压阀，9排污阀，10-1上游取压位置，10-2喉部取压位置，10-3下游取压位置，11测量管道，12取压孔13湿气液相含率计算仪

图2三差压示意图

图3、双比值DPR/PLR与液相体积含率LVF的关系。

具体实施方式

下面参照附图对本发明做进一步详述。

本发明以三差压技术长喉颈文丘里装置为基础，利用三差压信息构成“双比值”法直接测量湿气中的液相含率。具体实施方式如下：

三个差压变送器在长喉颈文丘里的上游、喉部、下游的分别取压，共用三个环室气液隔离取压器。上游入口处装有压力变送器，该变送器的引压管可由第一差压变送器的上游引压管旁路引出，与前差压和总压损在上游引压端共一个环室气液隔离取压器；前差压与后差压在喉部共用一个环室气液隔离取压器；后差压在总压损的下游引压端共用一个环室气液隔离取压器。温度变送器固定在装置最下游，用于测量管路内的温度。

如图1所示，本发明装置，测量管道为文丘里测量管道，测量管道的上游10-1、喉部10-2和下游处10-3设置三个取压点，本发明装置在上游10-1和喉部10-2分别取压，连接到第一差压变送器2-1上，在下游10-3和喉部10-2分别取压，连接到第二差压变送器2-2上，在上游10-1和下游10-3分别取压，连接到第三差压变送器2-3上，每个取压点固定在一个环室结构的取压室5内。后差压将下游直管段上的取压位置作为高端压力，喉部取压位置作为低端压力，高端压力的取压与扩张管段出口之间的距离为管道内径的5～15倍，喉部取压位置位于喉部的中下游。根据量程范围需求不同，喉部长度为与中国专利[CN103048019A]相同。扩张段的扩张角度为3～6°；节流比为0.35～0.7之间。喉部的环室气液隔离取压器的结构与中国专利？在喉部的取压设计相同，文丘里上、下游取压位置处的环室气液隔离取压器与喉部的结构相类似，每一环室均设计两个对外的引压装置，本别接到第一、第二、第三差压变送器。

如图2所示，三差压分别为文丘里上游与喉部形成的前差压ΔP_F、喉部与下游形成的后差压ΔP_B以及上、下游之间形成的总压损ΔP_Loss。前、后差压的比值为DPR(Differential Pressure Ratio)，总压损与前差压的比值为PLR(Pressure Loss Ratio)。如图3所示，图中横轴为液相含率的百分比(0～5％之间)，纵轴左侧为DPR,右侧为PLR。则，双比值法测量湿气液相含率的方法为：

因DPR与液相含率的关系为具有单调变化规律，可利用DPR测量液相含率，固有下式：

LVF(％)＝Ψ(ΔP_F/ΔP_B)＝Ψ(DPR)

$LVF\left(\%\right)=a\left(1\right)*{\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_g}{{\mathrm{\ρ}}_l}\right)}^{b\left(1\right)}*{\left(\frac{U_{sg}}{\sqrt{gD}}\right)}^{c\left(1\right)}*{(DPR-d(1\left)\right)}^{e\left(1\right)}$

PLR与液相含率同样具有单调变化规律，只是比值的幅度不同，因此同样可利用PLR实现对液相含率的有效核查与校准，有

LVF(％)＝Φ(ΔP_Loss/ΔP_F)＝Φ(PLR)

$LVF\left(\%\right)=a\left(2\right)*{\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_g}{{\mathrm{\ρ}}_l}\right)}^{b\left(2\right)}*{\left(\frac{U_{sg}}{\sqrt{gD}}\right)}^{c\left(2\right)}*{(PLR-d(2\left)\right)}^{e\left(2\right)}$

其中，Ψ和Φ为分别为关于两个比值与液相含率的多项式拟合函数。

Claims (2)

1.一种三差压长喉颈文丘里的湿气液相含率测量装置，包括长喉颈文丘里测量管道，其特征在于，设置三个差压变送器：第一差压变送器和第二差压变送器和第三差压变送器，在长喉颈文丘里测量管道的上游、喉部中下游位置及下游处各设置一个取压处，从上游和喉部中下游位置两个取压处接出的两个对外引压管分别接到第一差压变送器，从喉部中下游位置取压处和扩张段出口后下游直管段的取压处接出的两个对外引压管分别接到第二差压变送器；从文丘里上游取压位置和下游取压位置接出的两个对外引压管分别接到第三差压变送器，三个差压变送器测量的差压分别为前差压、后差压以总压损；利用长喉颈文丘里的前差压、后差压的比值及总压损与前差压的比值同时测量液相含率。

2.根据权利要求1所述的湿气液相含率测量装置，其特征在于，下游取压处与文丘里扩张管段出口之间的距离为管道内径的5-15倍。