CN106092649A - 带有偏心孔板的湿气液相取样器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有偏心孔板的湿气液相取样器，包括连接在湿气流通的管路上的取样管路主路1、取样U型回路5和液相取样瓶7，在取样管路主路1上固定有偏心孔板2，孔的中心位于主管路中心轴线的上方，取样U型回路5的入口和出口分别位于取样管路主路1的偏心孔板的两侧，液相取样瓶7位于取样U型回路5下方，通过开关阀与取样U型回路5连接；取样U型回路5的入口处和出口处及其与液相取样瓶7之间均采用三通结构。本发明具有结构简单，效率高的特点，同时，实现了在湿气流动过程中的动态取样，取出的液相样品具有较好的代表性。

Description

带有偏心孔板的湿气液相取样器
技术领域
本发明属于湿气多相流流量测量技术领域，涉及一种带有偏心孔板的液相取样器。
背景技术
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。近几十年来，随着传统工业和新兴工业的快速发展，人们对湿气多相流量的计量提出了越来越高的要求。总所周知，湿气的流动形态十分复杂，在水平直管内的湿气流型——分层流、波状流、环状流、雾状流、环雾状流当中，最具代表性的，同时也是最具测量难度的流型为环雾状流。受重力影响，水平直管中环雾状流液模厚度的空间分布存在差异，管道顶部液膜比底部液膜薄；受气流的冲击影响，无论是顶部液模还是底部液模，液模的运动都会呈现波动状态；受气相夹带的影响，液相被气相卷吸至管道中心，以雾状液滴的形式随着气相流动；受重力作用，液滴颗粒在管道中的分布也是非均匀的，管道下部的液滴颗粒分布密度要高于管道上部。终上所述，环雾状流具有环状、雾状、分层、波动，非对称等多重特征，堪称最具有代表性，同时也是最具有测量难度的一种流型。由此可见，针对环雾状流的湿气液相取样方法研究具有更为重要的现实意义。
中国专利ZL 2008 1 0151346.6提出了一种双差压节流湿气测量装置，由直管内嵌锥形芯体和文丘里两个节流装置构成，采用外挂式独立的小型气液隔离罐实现气液隔离。实践证明，该气液隔离罐的设计目的在于实现气、液的隔离及排污，尽管工作状态下在小隔离罐腔室中的确可以存留一定的液体，然而该液体为长期滞留于一个类似死区空间内，当管道中液体组份变化时，不能跟随其变化，不具有流动流体的代表性，即不能代表管道中流动液体的真实情况，液样的代表性较差。
中国专利ZL2012104640258公开一种带有环室的气液隔离取压器的湿气两相流量测量装置，实践证明，该专利在气、液隔离的效果上好于专利ZL 2008 1 0151346.6，且压力测量稳定性更好、能够与测量装置主体管路同步排污，然而在同样原因，因隔离取压器中的液体由于长期滞留在环形腔室中，同样不具有流动液体的代表性，即液样的代表性差。
以上两个专利设计的目的在于实现气、液隔离，是为了利于湿气测量中取压信号的稳定性设计的，罐中的液体均存在液样表性差的缺点；此外，由于隔离罐的体积较小，存储的液量少，不能满足取样要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述问题，提供一种用于湿气多相流量测量装置的新的湿气液相取样器，本发明可以实现对典型湿气环雾状流动的液相取样，简单高效，同时，还可以实现在湿气流动过程中的动态取样，取出的液相样品具有较好的代表性。本发明采用如下技术方案：
一种带有偏心孔板的湿气液相取样器，包括连接在湿气流通的管路上的取样管路主路1、取样U型回路5和液相取样瓶7，在取样管路主路1上固定有偏心孔板2，孔的中心位于主管路中心轴线的上方，取样U型回路5的入口和出口分别位于取样管路主路1的偏心孔板的两侧，液相取样瓶7位于取样U型回路5下方，通过开关阀与取样U型回路5连接；取样U型回路5的入口处和出口处及其与液相取样瓶7之间均采用三通结构。
作为优选实施方式，取样管路主路1分为通过法兰连接的两部分，偏心孔板2通过法兰夹装固定。入口侧和出口侧均设置有开关阀，在入口侧还设置有调节阀6，在液相取样瓶7的下部设置有开关阀。偏心孔板1距离取样U型回路5的入口处及出口处为1～2D。
与现有技术相比，本发明具有如下的技术效果：
(1)取样器的取样管路主路采用偏心孔板的设计方式，偏心孔板可有效阻挡环状液膜流动，形成“截流堤堰”，使得无论处于上方的液膜还是下方的液膜都可被及时“刮”下来，除此之外，气核中部分夹带的液滴撞击到孔板上游端面时，也可沿着壁面顺流而下，使得液相从湿气分离出来，分离效率高很高。
(2)U型取样旁路的上游三通和取样瓶入口处的三通结构使得气、液进一步分离，使得连同偏心孔板截流下来的液相更容易顺旁路流出；
(3)调节阀的作用起到分流阻力调节孔板的作用，可以满足不同井口工况的需求，工作时调整调节阀的开度，直到U型回路基本为流动液相为止。
(4)U型回路的下方装有取样瓶，液相顺利流入。
(5)其余4个开关阀实现对取样管道开关动作的逻辑控制。工作状态时开关阀8、9、10均处于打开状态，11处于关闭状态。此时在取样管路中有液体流动。取样时，关闭开关阀8、9、关闭，再打开开关阀11，从将取样瓶中的液样放出。该设计保障了取样操作整体动作流程的安全性。
附图说明
图1本发明的带有偏心孔板的液相取样器结构示意图，(a)为正视图，(b)为剖面图。
图2带有偏心孔板的液相取样器在压力为0.2MPa和0.8MPa，气相流速为3m/s和20m/s，体积含液率LVF为0.05％～0.3％时，取样瓶集满1000ml所需时间(单位：分钟)。
附图说明如下：1取样管路主路，2偏心孔板，3夹装孔板的法兰，4取样U型回路，5调节阀，6,7,8，9为开关阀；10液相取样瓶；11，12法兰。
具体实施方式
下面参照附图对本发明做进一步详述。
本发明为湿气多相流量测量装置中使用的一种带有偏心孔板的湿气液相取样器，结构示意图如图1所示。湿气多相流量测量装置的原理不受限制，可以是用于湿气测量锥形、文丘里、喷嘴与孔板等各种标准与非标准的节流装置，也可以用于超声、质量、热式等原理的湿气多相测量装置中。
如图1所示。本发明的取样器在湿气流动的管路上安装。取样器的主管路1与湿气流动的主路内径大小一致，偏心孔板2安装于取样器主路1上，用法兰3，4夹装固定，方便拆卸，孔板的孔径与主管路内经的比值即孔径比在0.2～0.8之间，取样器U型回路5内经大小与主路内经之比为0.1～1之间，且U型回路5的内径大于15毫米。偏心孔板1距离上游U型回路5上游入口处1～2D，距离下游出口1～2D；调节阀门6的口径与U型回路5的内径一致，通过控制开度实现液相流通能力的控制。取样瓶7容积大小在250毫升～1000毫升之间。取样器7以法兰12，13的形式与湿气主管路连接。取样器耐压设计根据湿气流动管线的设计要求确定。
实验验证表明，即使在超低含液率的湿气流动过程中，该设计也能起到良好的取样效果。如图2所示，给出了实验介质为空气和水，在0.2MPa,0.8MPa工作压力下，气相流速为3m/s,20m/s时，含液率(LVF)仅为0.05％～0.3％的超低含液率情况下，集满1000ml时所需时间(单位：分钟)，对于0.3％的含液率，取样时间只有1-3分钟；对于0.05％的超低含液率，除了0.8MPa,20m/s数据点之外，时间为18分钟，其余均小于5分钟。

Claims (4)

1.一种带有偏心孔板的湿气液相取样器，包括连接在湿气流通的管路上的取样管路主路(1)、取样U型回路(5)和液相取样瓶(7)，在取样管路主路(1)上固定有偏心孔板(2)，孔的中心位于主管路中心轴线的上方，取样U型回路(5)的入口和出口分别位于取样管路主路(1)的偏心孔板的两侧，液相取样瓶(7)位于取样U型回路(5)下方，通过开关阀与取样U型回路(5)连接；取样U型回路(5)的入口处和出口处及其与液相取样瓶(7)之间均采用三通结构。
2.根据权利要求1所述的湿气液相取样器，其特征在于，取样管路主路(1)分为通过法兰连接的两部分，偏心孔板(2)通过法兰夹装固定。
3.根据权利要求1所述的湿气液相取样器，其特征在于，入口侧和出口侧均设置有开关阀，在入口侧还设置有调节阀(6)，在液相取样瓶(7)的下部设置有开关阀。
4.根据权利要求2所述的湿气液相取样器，其特征在于，偏心孔板(1)距离取样U型回路(5)的入口处及出口处为1～2D。
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