CN202171480U - 三差压气液两相流流量计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种流体流量测量装置，特别是一种能够对气、液混合流体进行测量的三差压气液两相流流量计量装置。该装置包括有水平管和竖直管，水平管和竖直管分别与弯管传感器的入口和出口连接；弯管传感器的内、外侧引压口连接到第一压差变送器；在竖直管上间隔设置有两个引压口连接到第二压差变送器；在水平管上也间隔设置有两个引压口连接到第三压差变送器；所述第二压差变送器的两个引压口间距与第三压差变送器的两个引压口间距相当；第一压差变送器、第二压差变送器和第三压差变送器的信号输出端均连接到积算仪上。本实用新型结构紧凑、无附加压力损失、耐磨损、耐高压、不易堵塞，其精度完全可以控制在1%以内，对气液二相流计量难题的解决又提供了一种新的思路，尤其在测量高压高流速介质的适用性与精确度均优于传统质量流量计。

Description

三差压气液两相流流量计量装置

技术领域

本发明涉及一种流体流量测量装置，特别是一种能够对气、液混合流体进行测量的三差压气液两相流流量计量装置。 

背景技术

普通的流量测量装置通常只能够对固定密度的气体或液体行计量。但在一些工业现场经常遇到气液二相流计量难题。 

例如饱和蒸汽计量，在相同温度、压力下液体成份比例可从0％(干饱和蒸汽)到100％(湿饱和蒸汽)，流体密度变化非常大，传统根据温、压补偿确定密度的方法无法准确计算密度。但由于没有找到可行方法，只能假定一个蒸汽湿度，这对流量计精度影响很大，湿度越大，误差越大。 

又例如，在石化行业，高压二氧化碳气井出口流量的测量也遇到此类问题。工况25-30℃，7.0Mpa条件正是气液混相区，在如此高压下，流体热焓的微小变化会造成气态和液态互相转化，传统方法根本不能确定液态比例。早期曾想用质量流量计，但流体压力过高不能正常工作，多年来因找不到合适流量计只能估算，给生产、管理带来很多不便。 

公开号为CN1609563A的中国专利申请公开了一种气、液两相流量测量装置，能够对气、液混合液体流量进行测量，其结构是在液体输送管道的不同输送段分别设置一个压差变送器和一个普通流量计，压差变送器和流量计的测量结果送入积算仪进行运算获得标准状态的气体和液体流量。这种结构的测量装置虽然能够对气、液两相流进行流量计量，但其计量精度依然较低，其计量误差可高达15％以上，难 以满足贸易计量的使用要求。另外，由于普通计量计的使用限制，上述结构的计量装置仅能够对压力较低的流体进行计量，无法满足高压条件下的使用要求。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种允许测量的流体压力大、计量精度高的三差压气液两相流流量计量装置。 

本发明的三差压气液两相流流量计量装置包括有内径和内壁表面粗糙度一致的相互垂直的一段水平管和一段竖直管，水平管和竖直管分别与一个弯管传感器的入口和出口连接；弯管传感器的内、外侧引压口分别通过引压管连接到第一压差变送器；在竖直管上间隔设置有两个引压口，这两个引压口分别通过引压管连接到第二压差变送器；在水平管上也间隔设置有两个引压口，这两个引压口分别通过引压管连接到第三压差变送器；所述第二压差变送器的两个引压口间距与第三压差变送器的两个引压口间距相当；第一压差变送器、第二压差变送器和第三压差变送器的信号输出端均连接到积算仪上，由积算仪对各部分的检测结果进行叠代运算，获得流体质量流量。 

本发明的装置巧妙利用90度弯管传感器内外侧压力差ΔP1和弯管传感器二侧竖直管与水平管产生的差压值ΔP2、ΔP3直接测量气液二相流体的质量，其结构紧凑、无附加压力损失、耐磨损、耐高压、不易堵塞，其精度完全可以控制在1％以内，对气液二相流计量难题的解决又提供了一种新的思路，尤其在测量高压高流速介质的适用性与精确度均优于传统质量流量计。 

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。 

具体实施方式

本发明的装置包括有内径和内壁表面粗糙度一致的相互垂直的一段水平管1和一段竖直管2，水平管和竖直管分别与一个弯管传感器3的入口和出口连接；弯管传感器3的内、外侧引压口分别通过引压管连接到第一压差变送器4；在竖直管上间隔设置有两个引压口，这两个引压口分别通过引压管连接到第二压差变送器5；在水平管上也间隔设置有两个引压口，这两个引压口分别通过引压管连接到第三压差变送器6；第二压差变送器的两个引压口间距与第三压差变送器的两个引压口间距相当；第一压差变送器、第二压差变送器和第三压差变送器的信号输出端均连接到积算仪上，由积算仪对两部分的检测结果进行叠代运算，获得流体质量流量。 

本发明装置的计量原理如下： 

1.由第二压差变送器两个引压口测得的压力值为P₁、P₂，根据伯努利方程 

$P_1+\frac{1}{2}{\mathrm{\ρV}}_1^2+{\mathrm{\ρgh}}_1=P_2+\frac{1}{2}{\mathrm{\ρV}}_2^2+{\mathrm{\ρgh}}_2+\mathrm{\δP}$

其中，V₁≈V₂； 

δP——两个引压口之间的阻力损失 

上式可简化为 

P₁+ρgh₁＝P₂+ρgh₂+δP 

P₁-P₂＝ρg(h₂-h₁)+δP 

ΔP₂＝ρgh+δP                         (1) 

2.求1-2沿程阻力损失δP 

传统方法要先根据流体力学求不同流速下的雷诺数，再确定沿程阻力损失系数，进而得到沿程阻力损失。此计算过程比较复杂，而且随着流量的不同，雷诺数和沿程阻力损失系数不断变化，不能简单用一个系数代表全部。流量越大，此矛盾越突出。为此，本发明的装置增加了第三压差变送器，其引压口的间距与第二压差 变送器的引压口间距一样，沿程阻力损失也一样，只是没有高度差引起的重力作用产生的压强。 

则ΔP₃＝δP               (2) 

3.求二相流体密度ρ 

(1)、(2)联立： 

ΔP₂＝ρgh+δP＝ρgh+ΔP₃

得出 $\mathrm{\ρ}=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_2-{\mathrm{\ΔP}}_3}{\mathrm{gh}}---\left(3\right)$

4.流体流速 

根据弯管传感器的数学模型，利用弯管流量计内外侧的差压值ΔP1进行计算 

$v=\mathrm{C\α}(\mathrm{Re},\mathrm{Fr},\mathrm{Ma},\frac{R}{D},\frac{L_1}{D},\frac{L_2}{D},\frac{{\mathrm{\λ}}_1}{D},\frac{{\mathrm{\λ}}_2}{D},\frac{{\mathrm{\λ}}_3}{D},\frac{{\mathrm{\λ}}_4}{D},\frac{\mathrm{\Δ}}{D},{\mathrm{\β}}_1,{\mathrm{\β}}_2)\sqrt{\frac{\mathrm{\Δp}1}{\mathrm{\ρ}}}---\left(4\right)$

其中： 

v为流速， 

Cα为实验修正系数(0.996≤C≤1.004)， 

Re为雷诺数，表示粘性力与惯性力的比值， 

Fr为富鲁德数，表示重力与惯性力的比值， 

Ma为马赫数，表示弹性力与惯性力的比值， 

R/D，L1/D，L2/D，λ1/D，λ2/D，λ3/D，λ4/D，Δ/D为弯管流量计几何特征量，Δp1为弯管传感器内、外侧引压口的压力差。 

5.求质量流量 

(3)、(4)联立： 

$Q=0.9\mathrm{\π}{D}^2\mathrm{\α}\sqrt{\frac{R}{D}}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ΔP}}_1({\mathrm{\ΔP}}_2-{\mathrm{\ΔP}}_3)}{\mathrm{gh}}}(t/h)$ 。

Claims (1)

1.一种三差压气液两相流流量计量装置，其特征是：它包括有内径和内壁表面粗糙度一致的相互垂直的一段水平管（1）和一段竖直管（2），水平管和竖直管分别与一个弯管传感器（3）的入口和出口连接；弯管传感器（3）的内、外侧引压口分别通过引压管连接到第一压差变送器（4）；在竖直管上间隔设置有两个引压口，这两个引压口分别通过引压管连接到第二压差变送器（5）；在水平管上也间隔设置有两个引压口，这两个引压口分别通过引压管连接到第三压差变送器（6）；第二压差变送器的两个引压口间距与第三压差变送器的两个引压口间距相当；第一压差变送器、第二压差变送器和第三压差变送器的信号输出端均连接到积算仪上。