CN107271499B - 一种气液两相流截面含气率测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气液两相流截面含气率测量装置及测量方法,测量装置包括沿气液两相流的流通方向顺序连通的入口阀、下管段、探测管段、中管段、出口阀、上管段和处理终端管段;测量方法包括如下步骤:将气液两相流持续通入管道,同时关闭管道两端的阀门,使得管道内部形成密封空间,流体分层,获取当前状态下管道上极板电容的电容值,根据测定的电容值与液面高度对应关系获取当前液面高度,根据液面高度和密封空间体积计算气体体积,进一步计算气液两相流的截面含气率;本发明采用高精度的极板电容测量液面高度,利用液面高度来计算气体体积及液体体积,可实现自动读取、显示数据,通过简单数据处理后即可得到待测气液两相流的截面含气率。
Description
技术领域
本发明涉及一种气液两相流截面含气率测量装置和测量方法,可对气液两相流中的截面含气率进行测量,属于两相流测量技术领域,可应用于地质勘测、海洋地层勘测等领域。
背景技术
多相流的相关技术及理论广泛应用于人类的生产生活中,涉及到能源、动力、石油、化工、国防科技、农业和航空航天等多种工业部门,对国民经济的发展起到了非常重要的促进和推动作用。尤其是对于海洋油气及地质勘测的煤层气等多相流而言,多相流中的截面含气率是预测油气产量、计算油气参数及制定开采方案等的重要参数之一,因此对截面含气率的测量研究至关重要。
传统的截面含气率测量方法主要包括快关阀门法、射线衰减法、电导探针法、层析成像法、电阻成像法等,其中射线衰减法所需设备较为复杂,成本较为昂贵,不利于迁移及大规模推广;而电导探针法由于受温度等环境因素影响,误差较大;而层析成像法及电阻成像法则对设备及算法均有较高要求,因此更加复杂且成本较高,不利于迁移及大规模推广;而快关阀门法最为经典且简单实用,但该方法采用人工肉眼读取读取读书,误差较大,因此,研发一种操作简单、成本低、精度高的截面含气率测量装置和测量方法成为业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,而提供一种利用电容原理高精度自动读取数据,并通过简单数据处理后即可得到截面含气率的测量装置和测量方法。
实现本发明目的所采用的技术方案为,一种气液两相流截面含气率测量装置,至少包括供气液两相流流通的管单元以及安装在管单元上的阀门,所述管单元包括下管段、探测管段、中管段、上管段和处理终端管段,阀门设置两个,分别为入口阀和出口阀,入口阀、下管段、探测管段、中管段、出口阀、上管段和处理终端管段从下至上顺序连通;
所述探测管段包括舱体,一个以上极板电容,以及与极板电容电极数量相同的保护罩,极板电容包括两个电极,其中一个电极接电源正极、另一个电极接电源负极,所述舱体外侧壁上沿其周向对称加工有安装平台,安装平台中心开设凹槽,电极固定于凹槽中并且通过保护罩封装于舱体舱壁中,保护罩通过螺钉安装于安装平台上;
所述处理终端管段包括壳体、底座、液晶屏、1个以上按钮、面板、绝缘支柱、电路板和外罩,所述壳体外侧壁上加工有上平台和下平台,底座通过螺钉安装于上平台上,底座上开设有与液晶屏和按钮数量相同的凹槽,液晶屏以及各按钮分别放置于底座上对应的凹槽内,面板上加工有与液晶屏和按钮数量相同且形状相匹配的镂空孔,面板置于底座上表面,封装液晶屏和各按钮;所述电路板通过绝缘支柱支撑、安装于下平台上,外罩置于壳体上、通过螺钉固定,封装电路板,极板电容、液晶屏和按钮的信号线均接入电路板。
所述按钮以及液晶屏的下端均外扩构成凸台,面板镂空孔的尺寸小于对应凸台的尺寸。
所述入口阀和出口阀均为电控阀,电控阀接入电路板。
所述电极粘贴于舱体的凹槽内。
本发明还对应提供了基于上述装置的测量方法,包括如下步骤:
(1)关闭入口阀和出口阀,在管道内形成密封空间,测定密封空间的体积,以及极板电容的电容值与密封空间内液面高度的对应关系;
(2)开启入口阀和出口阀,将气液两相流流体从下至上持续通入管道,流体自管道入口阀流入、处理终端管段上端流出,待流体流动稳定后同时关闭入口阀和出口阀,管道内部形成密封空间,静置使得密封空间中的气液两相流分层,流体中的液体由于重力作用下沉到密封空间底部,气体上升至密封空间上部,形成明显的液面;
(3)通过电路板自动获取当前状态下极板电容的电容值,并根据测定的电容值与液面高度对应关系确定当前液面高度,根据液面高度和密封空间体积计算密封空间内的气体体积,将气体体积除以密封空间体积的即得到气液两相流的截面含气率。
与现有技术相比,本发明的优点如下:
(1)本发明以快关阀门法为基本原理,通过两个阀门封堵流通管道形成密封空间,管道竖直放置,使得内部的流体在自重作用下自然分层,利用极板电容测量液面高度,极板电容的电容值大小与两个电极之间的介质有关,液面高度不同,则电容值不同,因此可在测量前将电容值与液面高度一一对应,测试过程中根据电容值判定液面高度,液面高度确定后,由于封闭空间体积已知,因此封闭空间中的气体体积和液体体积也就知道了,截面含气率即为气体体积除以整个封闭空间体积。测量方法简单易行,无需复杂算法运算,可直接获得测量结果。
(2)本发明提供的测量装置结构简单,利于迁移,其中无复杂昂贵的设备,易于操作,成本低,可大规模推广;装置可直接应用在气液两相流的输送管道上,在管道上安装极板电容,电容接入普通电路板,极板电容测量精度高,与液晶屏和电路板配合可实现自动读取、显示数据,通过简单数据处理后即可得到待测气液两相流的截面含气率,整个测量过程不超过2分钟,与现有的高精度测量装置和方法相比,采用本发明的装置和方法测得的截面含气率与之误差不超过0.1%。
附图说明
图1为本发明提供的气液两相流截面含气率测量装置的整体结构图。
图2为探测管段的主视图。
图3为探测管段的A-A向剖面图。
图4为探测管段拆除保护罩后的侧视图。
图5为处理终端管段的主视图。
图6为处理终端管段的B-B向剖面图。
图7为处理终端管段的侧视图。
上述图中:1-入口阀;2-下管段;3-探测管段,301-第一保护罩,302-第一电极,303-保护罩固定螺钉,304-舱体,305-第二电极,306-第二保护罩;4-中管段;5-出口阀;6-上管段;7-处理终端管段,701-壳体,702-开启按钮,703-暂停按钮,704-底座,705-面板固定螺钉,706-液晶屏,707-底座固定螺钉,708-面板,709-外罩固定螺钉,710-绝缘支柱,711-外罩,712-电路板,713-电路板固定螺钉,714-凸台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明,本发明的内容不局限于以下实施例。
一种气液两相流截面含气率测量装置,其结构如图1所示,至少包括供气液两相流流通的管单元以及安装在管单元上的阀门,所述管单元包括下管段2、探测管段3、中管段4、上管段6和处理终端管段7,阀门设置两个,分别为入口阀1和出口阀5,入口阀1、下管段2、探测管段3、中管段4、出口阀5、上管段6和处理终端管段7沿气液两相流的流通方向依次螺纹连接并顺序连通,本实施例中气液两相流的流通方向为自下而上,整个装置竖直布置;
参见图2、图3和图4,所述探测管段3包括舱体304、极板电容和2个保护罩301、306,极板电容包括两个电极302、305,其中一个电极302接直流电源正极、另一个电极305接直流电源负极,所述舱体304为一筒状结构,其外侧壁上沿其周向对称加工有两个安装平台,安装平台为一平面、中心开设凹槽,两个电极302、305分别粘贴固定于对应的凹槽中并且通过对应的保护罩301、306封装于舱体304舱壁中,保护罩通过螺钉303安装于安装平台上,保护两个电极;
参见图5、图6和图7,所述处理终端管段7包括壳体701、底座704、液晶屏706、2个按钮、面板708、绝缘支柱710、电路板712和外罩711,所述壳体701外侧壁上沿其周向对称加工有上平台和下平台,上平台和下平台均为平面,其上加工有多个螺纹盲孔,供其他零件安装,底座704通过底座固定螺钉707安装于上平台上,底座704上开设有与液晶屏706和按钮数量相同的凹槽,液晶屏706以及两个按钮分别放置于底座704上对应的凹槽内,按钮以及液晶屏的下端均外扩构成凸台714,面板708上加工有与液晶屏706和按钮数量相同且形状相匹配的镂空孔,面板镂空孔的尺寸小于对应凸台714的尺寸,面板708罩扣于底座704上表面并且通过面板固定螺钉705固定,由于按钮以及液晶屏706的下端较大,使得面板708与底座704共同卡紧、封装液晶屏706和两个按钮;所述电路板712通过绝缘支柱710支撑、安装于下平台上,以防止电路板与其他零件接触后短路,绝缘支柱710为中空支柱,内设内螺纹,通过电路板固定螺钉713固定在下平台上,外罩711置于壳体701上、通过外罩固定螺钉709固定,封装电路板712;
所述极板电容、液晶屏706和按钮的信号线(图中未示出)均接入电路板712,探测管段与处理终端管段之间的管段侧壁上开设走线槽(图中未示出),信号线汇集在走线槽中,探测管段上则是将安装平台中心的凹槽一侧打通(如图3所示,电极所在空间的上部为通槽),供信号线走线,整个装置外表面看不出任何电线,两个按钮分别为开启按钮702和暂停按钮703,开启按钮702用于开始装置的运行,暂停按钮703用于暂停装置的运行,入口阀1和出口阀5可采用手阀或电控阀,采用电控阀时将电控阀接入电路板712。
一种基于上述气液两相流截面含气率测量装置的测量方法,包括如下步骤:
(1)关闭入口阀和出口阀,在管道内形成密封空间,测定密封空间的体积,以及极板电容的电容值与密封空间内液面高度的对应关系,由于极板电容电容值的大小与两个电极之间的介质有关,因此当气液两相流被截流到密封空间内部时,不同的液面高度值则对应着不同的电容值,据此原理对密封空间内部密封空间的液面高度进行测量,在电路板中写入对应的控制程序,并将该对应关系以及密封空间的体积输入电路板;
(2)开启入口阀和出口阀,将气液两相流流体从下至上持续通入管道,流体自管道入口阀流入、处理终端管段上端流出,待流体流动稳定后同时关闭入口阀和出口阀,流体流速保持一致和相同时间内流量不变则可视为流体流动稳定,若入口阀1和出口阀5均采用电控阀,则由电路板712直接控制阀门开合,在电路板712中预先设定气液两相流流体的流通时间,流体通入管道,流动设定时间后电路板控制两个阀门同时关闭,管道内部形成密封空间;
(3)静置使得密封空间中的气液两相流分层,流体中的液体由于重力作用下沉到密封空间底部,气体上升至密封空间上部,形成明显的液面;
(4)通过电路板自动获取当前状态下极板电容的电容值,并根据测定的电容值与液面高度对应关系确定当前液面高度,具体为探测管段3的探测信号经信号线(图中未示出)输入电路板712,电路板712在对信号进行分析处理后自动得出此时密封空间内部的液面高度,即得出此时密封空间内部的液体体积及气体体积,将气体体积除以密封空间体积的即得到气液两相流的截面含气率,电路板712控制该截面含气率在液晶屏706上显示。
Claims (5)
1.一种气液两相流截面含气率测量装置,至少包括供气液两相流流通的管单元以及安装在管单元上的阀门,其特征在于:所述气液两相流截面含气率测量装置竖直布置;
所述管单元包括下管段、探测管段、中管段、上管段和处理终端管段,阀门设置两个,分别为入口阀和出口阀,入口阀、下管段、探测管段、中管段、出口阀、上管段和处理终端管段从下至上顺序连通;
所述探测管段包括舱体,一个以上极板电容,以及与极板电容电极数量相同的保护罩,极板电容包括两个电极,其中一个电极接电源正极、另一个电极接电源负极,所述舱体外侧壁上沿其周向对称加工有安装平台,安装平台中心开设凹槽,电极固定于凹槽中并且通过保护罩封装于舱体舱壁中,保护罩通过螺钉安装于安装平台上;
所述处理终端管段包括壳体、底座、液晶屏、1个以上按钮、面板、绝缘支柱、电路板和外罩,所述壳体外侧壁上加工有上平台和下平台,底座通过螺钉安装于上平台上,底座上开设有与液晶屏和按钮数量相同的凹槽,液晶屏以及各按钮分别放置于底座上对应的凹槽内,面板上加工有与液晶屏和按钮数量相同且形状相匹配的镂空孔,面板置于底座上表面,封装液晶屏和各按钮;所述电路板通过绝缘支柱支撑、安装于下平台上,外罩置于壳体上、通过螺钉固定,封装电路板,极板电容、液晶屏和按钮的信号线均接入电路板。
2.根据权利要求1所述的气液两相流截面含气率测量装置,其特征在于:所述按钮以及液晶屏的下端均外扩构成凸台,面板镂空孔的尺寸小于对应凸台的尺寸。
3.根据权利要求1所述的气液两相流截面含气率测量装置,其特征在于:所述入口阀和出口阀均为电控阀,电控阀接入电路板。
4.根据权利要求1所述的气液两相流截面含气率测量装置,其特征在于:所述电极粘贴于舱体的凹槽内。
5.一种基于权利要求1所述气液两相流截面含气率测量 装置的测量方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)关闭入口阀和出口阀,在管道内形成密封空间,测定密封空间的体积,以及极板电容的电容值与密封空间内液面高度的对应关系;
(2)开启入口阀和出口阀,将气液两相流流体从下至上持续通入管道,流体自管道入口阀流入、处理终端管段上端流出,待流体流动稳定后同时关闭入口阀和出口阀,管道内部形成密封空间,静置使得密封空间中的气液两相流分层,流体中的液体由于重力作用下沉到密封空间底部,气体上升至密封空间上部,形成明显的液面;
(3)通过电路板自动获取当前状态下极板电容的电容值,并根据测定的电容值与液面高度对应关系确定当前液面高度,根据液面高度和密封空间体积计算密封空间内的气体体积,将气体体积除以密封空间体积的即得到气液两相流的截面含气率。
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