CN1247984C - 液液两相流测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液液两相流测量方法。包括计量管道、混流器、节流元件、流量计、差压传感器、温度传感器、A/D转换卡和计算机，各传感器均经A/D转换卡接计算机。本发明的特征是利用混流器将两相流搅匀成为均相流，利用流量计获取的两相流总体积流量，并根据节流元件处获取的压差和温度传感器获取的两相流温度测量值计算得到流体的混合密度、分相含率和分相流量。本发明利用简单的单相仪表解决了工程上一直难以很好解决的液液两相流测量问题，具有不需要液液两相分离、带温度补偿功能、测量精度高、可靠、可获测量信息多、成本低、适用范围广等特点，可用于化学工业溶剂萃取、石油工业油水等各种液液两相流系统的测量。

Description

液液两相流测量方法

技术领域

本发明属于计量技术领域，更进一步涉及化学工业溶剂萃取和石油工业油水等一种液液两相流测量方法。

背景技术

液液两相流系统普遍存在于化工、动力工程等领域。目前传统的计量方法是将两相流混合变成为均相流，利用单相流量计如节流式流量计、容积式流量计等来获取流量。但是得到的流量仅是总体积流量，无法获取各分相含率和分相流量数据。密度计结合单相流量计能解决分相测量问题，但是实际使用情况测量精度不够理想，成本高。常用的振动管密度计对介质的温度、压力等现场状况十分敏感，介质条件的变化直接影响密度和分相测量。而射线密度计又存在安全问题，对操作条件要求高。近几年出现的科里奥利质量流量计也可以用来解决分相测量问题，但是存在成本高，使用条件苛刻，安装维修不方便等缺点。

另外一种解决液液两相流测量问题的方法是先进行液液两相分离，然后分别单相计量。但是液液分离效果容易受多种因素影响，很难做到高度分离，从而影响单相计量精度，并且分离需要一定的时间，影响测量的实时性。

发明内容

本发明的目的是提供一种液液两相流测量新方法。

方法的步骤为：

1)利用容积式流量计或者涡轮流量计获取管路的总体积流量Q_V，利用差压传感器获取在节流元件处管道的压差Δp以及利用温度传感器获取两相流温度T；

2)基于节流元件的不可压缩流体体积流量计算公式和流量信号Q_V、差压信号Δp、温度信号T分别获得混合密度、分相含率和分相流量。其混合密度 $\mathrm{\ρ}=\frac{{2\mathrm{\α}}^2{A}^2\mathrm{\Δp}}{{Q_V}^2},$ 液液两相流组分1的含率为 $x_1=\frac{\mathrm{\ρ}-{\mathrm{\ρ}}_2}{{\mathrm{\ρ}}_1-{\mathrm{\ρ}}_2},$ 组分2的含率为 $x_2=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1-\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}_1-{\mathrm{\ρ}}_2}.$ 组分1的体积流量为Q_V1＝x₁Q_V，组分2的体积流量为Q_V2＝x₂Q_V。液液两相流总质量流量为Q_m＝ρQ_V，组分1的质量流量为Q_m1＝ρ₁Q_V1，组分2的质量流量为Q_m2＝ρ₂Q_V2。

其中：ρ₁，ρ₂——分别为组分1，组分2在温度为T时的密度，

      A——节流元件的开孔面积，

      α——节流元件流量系数。

本发明利用简单的单相仪表解决了工程上一直难以很好解决的液液两相流测量问题，具有不需要液液两相分离、带温度补偿功能、测量精度高、可靠、可获测量信息多、成本低、适用范围广等特点，可用于化学工业溶剂萃取、石油工业油水等各种液液两相流系统的测量。

附图说明

图1是液液两相流测量装置结构示意图；

图2是采用长喉颈文丘里管的液液两相流测量装置结构示意图。

具体实施方式

液液两相流的测量装置具有计量管道1，在计量管道1上依次设有混流器2、节流元件3、流量计4、温度传感器6，节流元件3配套设有差压传感器5，A/D转换卡7和流量计4、差压传感器5、温度传感器6相连，计算机8和A/D转换卡相连。

所说的节流元件3选用长喉颈文丘里管时，流量计4安装在长喉颈文丘里管的长喉颈处。

测量时液液两相流进入计量管道1，由于液液两相流存在相界面，流体先通过混流器2，使流体混合均匀变成均相流。差压传感器5与节流元件3配套安装。差压信号转变为标准电信号经A/D转换卡7送入计算机8。流量计4获取整个管路的体积流量并将流量信号转变为标准电信号经A/D转换卡7送入计算机8。温度传感器6用来检测两相流温度T并将温度信号转变为标准电信号经A/D转换卡7送入计算机8。在计算机8中设有存储模块，存储两相组分在不同温度下的密度以及文丘里管的流量系数、开孔面积等数据。计算机8进行实时处理，获取混合密度、分相含率和分相流量。

测量装置中混流器采用液液相搅拌器。对于低粘物系，采用推进式叶轮、长薄叶螺旋桨及各式涡轮桨等其中一种；对于高粘物系，采用单螺带式桨或者双螺带式桨。

需要特别指出的是，文丘里管相对于孔板、喷嘴等其他节流元件形式，文丘里管管路压损低，加工容易。节流元件之所以优先选用长喉颈文丘里管除了管路压损低，另一个重要的原因是在于流量计可以安装在文丘里管的长喉颈处，缩短整个计量管道长度。相对于容积式流量计，涡轮流量计具有体积小、安装方便、不易堵塞、流量范围较大等优点。适于高压测量，可用于各种口径。

两相流通过混流器后再经过节流元件时，已变成均相流，因而可用单相流量计进行测量。不管本装置采用的是非标准节流元件还是标准节流元件，依据的测量原理仍是伯努利方程和连续性方程，因此可利用标准节流元件不可压缩流体体积流量计算公式：

$q_v=\mathrm{\αA}\sqrt{\frac{2\mathrm{\Δp}}{\mathrm{\ρ}}}---\left(1\right)$

其中：ρ——液液两相流混合密度，

       A——节流元件的开孔面积，

      α——节流元件流量系数。

流量系数α是节流装置中最重要的一个参数，研究表明α主要与节流元件的形式和开孔直径、取压方式、流体的流动状况(包括雷诺数、管道直径等)和管道条件(如管壁粗糙度)等因素有关。α的一个重要特性是当流体的雷诺数大于临界值时(一般为进入湍流状态时)，α保持常数，实际测量时α是可预知的。由于流体的不可压缩性，容积式流量计获取的体积流量Q_V即为流经节流元件的体积流量。所以可得如下结果：

$Q_V=\mathrm{\αA}\sqrt{\frac{2\mathrm{\Δp}}{\mathrm{\ρ}}}---\left(2\right)$

对式(2)进行等价变换可以得到：

$\mathrm{\ρ}=\frac{{2\mathrm{\α}}^2{A}^2\mathrm{\Δp}}{{Q_V}^2}---\left(3\right)$

由于整个计量管路比较短，可认为整个管路的温度是一致的。计算机根据温度测量值T从存储模块中提取出两相组分在温度为T时的分相密度ρ₁和ρ₂，设x₁和x₂分别是各组分的分相含率。根据ρ＝x₁ρ₁+x₂ρ₂和x₁+x₂＝1，可以得到：

组分1的分相含率： $x_1=\frac{\mathrm{\ρ}-{\mathrm{\ρ}}_2}{{\mathrm{\ρ}}_1-{\mathrm{\ρ}}_2};---\left(4\right)$

组分2的分相含率： $x_2=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1-\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}_1{-\mathrm{\ρ}}_2}.---\left(5\right)$

组分1的体积流量：Q_V1＝x₁Q_V；      (6)

组分2的体积流量：Q_V2＝x₂Q_V。      (7)

液液两相流总质量流量：Q_m＝ρQ_V；   (8)

组分1的质量流量：Q_m1＝ρ₁Q_V1；    (9)

组分2的质量流量：Qm₂＝ρ₂Q_V2。    (10)

Claims (1)

1.一种液液两相流的测量方法，其特征在于，方法的步骤为：

1)利用容积式流量计或者涡轮流量计获取管路的总体积流量Q_V，利用差压传感器获取在节流元件处管道的压差Δp以及利用温度传感器获取两相流温度T；

2)基于节流元件的不可压缩流体体积流量计算公式和流量信号Q_V、差压信号Δp、温度信号T分别获得混合密度、分相含率和分相流量，其混合密度 $\mathrm{\ρ}=\frac{2{\mathrm{\α}}^2{A}^2\mathrm{\Δp}}{{Q_V}^2},$ 液液两相流组分1的含率为 $x_1=\frac{\mathrm{\ρ}-{\mathrm{\ρ}}_2}{{\mathrm{\ρ}}_1-{\mathrm{\ρ}}_2},$ 组分2的含率为 $x_2=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1-\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}_1-{\mathrm{\ρ}}_2},$ 组分1的体积流量为Q_V1＝x₁Q_V，组分2的体积流量为Q_V2＝x₂Q_V，液液两相流总质量流量为Q_m＝ρQ_V，组分1的质量流量为Q_m1＝ρ₁Q_V1，组分2的质量流量为Q_m2＝ρ₂Q_V2，

其中：ρ₁，ρ₂——分别为组分1，组分2在温度为T时的密度，

      A——节流元件的开孔面积，

      α——节流元件流量系数。