CN203745019U - 密相气力输送过程的固相流量测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种密相气力输送过程的固相流量测量系统。所述固相流量测量系统包括依次连通的一输入管道、一文丘里管和一输出管道；所述输入管道、所述文丘里管和所述输出管道在一条直线上，所述输入管道和所述输出管道的长度分别独立地为大于或等于80D，D为所述输入管道和所述输出管道的直径；所述的文丘里管包括依次连通的一收缩段、一喉段和一扩张段，所述输入管道与所述收缩段相连通，所述扩张段与所述输出管道相连通；所述的固相流量测量系统还包括一流速测量仪、一第一压力测试仪、一第二压力测试仪和一温度测量仪。本实用新型能够实现密相气力输送过程中固相流量的实时、连续测量，直接获得瞬时值；且偏差仅在±10%以内。

Description

密相气力输送过程的固相流量测量系统

技术领域

本实用新型涉及密相气力输送过程的固相流量测量系统。

背景技术

气力输送是一项利用气体能量输送固体颗粒的古老而有效的技术，在化工、冶金、食品加工、医药和能源等领域得到了广泛应用。实际应用中，为了满足生产过程中所需的连续测量及自动化控制，达到安全、高效和经济运行的要求，粉体质量流量的在线瞬时测量已成为气力输送系统中亟待解决的关键课题。在气流床粉煤加压气化工艺中，如果进入气化炉的煤粉质量流率不稳定，重要的操作参数如氧碳比等也就不稳定，结果会造成气化炉内局部过热，影响反应的稳定进行和气化炉的稳定操作，而且产生的局部高温还有可能损坏反应器衬里和喷嘴。如果能以一定的置信水平实现对煤粉质量流量的在线测量，便可建立起煤粉流量的控制调节系统。因此，人们对气固两相流连续测量的重要性和需求不断增加。

然而，密相气力输送是一个非常复杂的气固两相流系统。尽管具有输送能力强、输送能耗低、输送固气比大、气固分离量小等优点，但是输送过程中管道内的固体颗粒运动受到气流场分布、颗粒与管壁的摩擦以及颗粒与颗粒的相互碰撞等因素的影响，造成颗粒分布状态在时空尺度上不均匀，流动的波动与不稳定是该系统的主要特征之一。对于这一复杂体系，固相流量测量一直是个难题。

目前，冶金工业中高炉喷吹煤粉的质量流量是采用电子秤称重的方法来计算一段时间内的平均值，不能实现实时连续测量，直接获得瞬时值。气流床粉煤加压气化工艺采用进口固体质量流量计测量煤粉的质量流量，仪表使用前需要对其进行使用工况下的实物标定，操作复杂，仪器价格昂贵。而且标定结果受输送煤粉性质影响，当煤粉物性发生变化时，测量结果会出现不同程度的偏差。文丘里流量计由于结构简单、性能稳定、经济耐用且不受输送介质物性变化影响等优点，受到研究者和工程技术人员的关注。其中，Farbar提出的压差-气固比经验公式，ΔP_mix/ΔP_gas＝1+mZ，已经广泛应用于低压、稀相气力输送固相流量的测量。但对于高压密相气力输送过程，载气密度和固气比均较大，传统的压差流量关系应用于固相流量测量时会产生较大的误差，已经不再适用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有的几种测量技术具有局限性的缺陷，而提供了一种适合于密相气力输送过程的固相流量测量系统。本实用新型提供的固相流量测量系统不仅满足传统气力输送领域中密相输送(浓度为50～100Kg·m^-3)的固相流量的测量要求，而且能够实时连续测量超浓相(浓度>300Kg·m^-3)输送时的固相流量。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：所述的密相气力输送过程的固相流量测量系统包括依次连通的一输入管道、一文丘里管和一输出管道；所述输入管道、所述文丘里管和所述输出管道在一条直线上，所述输入管道和所述输出管道的长度分别独立地为大于或等于80D，D为所述输入管道和所述输出管道的直径；所述的文丘里管包括依次连通的一收缩段、一喉段和一扩张段，所述输入管道与所述收缩段相连通，所述扩张段与所述输出管道相连通；所述的固相流量测量系统还包括一流速测量仪、一第一压力测试仪、一第二压力测试仪和一温度测量仪；其中，所述流速测量仪安装于所述输入管道上，用于测量所述收缩段的入口处的固相流速V_s1；所述第一压力测试仪安装于所述输入管道上，用于测量所述收缩段的入口处的气相压力P₁；所述第二压力测试仪安装于所述喉段上，与所述喉段的入口处的距离为3d以上，用于测量所述喉段处的气相压力P₂，d为所述喉段的直径（以下简称喉径）；所述温度测量仪安装于所述输入管道上，用于测量所述收缩段的入口处的气固相温度T₁。

所述收缩段的收缩角θ较佳地为3～25°，更佳地为3～10.5°。所述扩张段的扩张角α较佳地为1～12°，更佳地为1～8°。所述文丘里管的节流比d/D较佳地为0.3～0.8，更佳地为0.4～0.7。所述文丘里管的长径比L_t/d较佳地为不小于3，更佳地为不小于20；所述长径比是指喉段长度与喉径之比L_t/d。

所述第二压力测试仪安装于所述喉段上，与所述喉段的入口处的距离较佳地为20d以上，更佳地为22d。

所述输入管道和所述输出管道为本领域常规的用于输送气固相的管道。

较佳地，所述固相流量测量系统还包括一数据采集系统，所述数据采集系统还依次与一A/D转换卡（模数转换卡，用于将模拟信号转换成数字信号）和一计算机连接；所述流速测量仪包括一速度传感器；所述第一压力测试仪包括一第一压力传感器；所述第二压力测试仪包括一第二压力传感器；所述温度测量仪包括一温度传感器；所述速度传感器、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述温度传感器分别与所述数据采集系统连接，并将模拟信号输入至所述数据采集系统。

其中，所述的计算机较佳地包括存储模块和计算模块，用于实时输出处理后的固相流量数据。其中，所述的存储模块用于存储输入的压降方程，所述的计算模块用于将采集到的流速、压力和温度数据代入压降方程中进一步求解固相流量。

其中，所述速度传感器安装于所述输入管道上，与所述文丘里管的入口处的距离较佳地在20D以内，更佳地在5D以内。

其中，所述第一压力传感器较佳地为第一膜片式压力传感器，且通过一第一引压孔安装于所述输入管道上；在沿所述文丘里管的延伸方向上，所述第一引压孔与所述收缩段的入口处的距离较佳地在20D以内，更佳地在5D以内。所述第二压力传感器较佳地为第二膜片式压力传感器，且通过一第二引压孔安装于所述文丘里管的喉段上。

其中，所述温度传感器较佳地通过一测温孔安装在所述输入管道上，所述测温孔与所述收缩段的入口处的距离较佳地在20D以内，更佳地在5D以内。

本实用新型的固相流量测量系统的使用方法为：

（1）将气固两相流通入上述固相流量测量系统，并启动所述固相流量测量系统，测量参数V_s1、P₁、P₂和T₁；

（2）将步骤（1）测得的参数V_s1、P₁、P₂和T₁代入文丘里管压降方程①：

$\frac{P_1-P_2}{\frac{(1-{\mathrm{\β}}^4)}{2C^2{\mathrm{\β}}^4}\·\frac{P_{1}M}{{\mathrm{RT}}_1}{V}_{g1}^2}=(1+\mathrm{mZ})/(1+\frac{{\mathrm{MP}}_1}{{\mathrm{RT}}_1{\mathrm{\ρ}}_s}Z)$      ①

计算出固气两相的质量比Z，再代入公式②：

M_s＝ZM_g     ②

公式②中，由计算得气相流量M_g的值（单位为Kg/s），再计算得固相流量M_S（单位为Kg/s）；

方程①中，β为文丘里管节流比，是所述文丘里管的喉径d和所述输入管道的直径D之比；M为所述气相的气体分子的摩尔质量（单位为g/mol）；R为摩尔气体常数；V_g1为所述收缩段的入口处的气相流速，在密相流动中近似等于同一位置处的固相流速V_s1（单位为m/s）；ρ_s为所述固相的密度(单位为Kg/m³)；

方程①中，C为流出系数，它是雷诺数Re的函数，函数关系可表示为公式③：

C=f(Re)＝aRe^b     ③

公式③中，雷诺数Re按照如下公式计算：Re＝DV_g1ρ_g1/μ_g1，ρ_g1、μ_g1分别是所述文丘里管的入口处的气体密度（单位为Kg/m³）、气体粘度（单位为Pa/s），ρ_g1、μ_g1分别按照如下公式进行计算：ρ_g1＝P₁M/RT₁；其中d_g是气体分子直径（单位为m），查表可获得；

公式③中，系数a、b按照如下方法确定：采用所述的固相流量测量系统采集两组不同工况下纯气相流的测试数据，分别记为工况一和工况二，并在所述的固相流量测量系统的输入管道上加设一气体流量计，用于测量气体的质量流量M_g（单位为Kg/s），按照方程④

$M_g={\mathrm{CA}}_2\sqrt{\frac{2{\mathrm{\ρ}}_g\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{gas}}}{1-{\mathrm{\β}}^4}}$      ④

分别计算出工况一和工况二下的流出系数C₁、C₂，并计算对应的雷诺数Re₁、Re₂，代入公式③中计算得到系数a、b；方程④中，ΔP_gas＝P₁-P₂（压力单位为Pa），ρ_g为气相密度（单位为Kg/m³），A₂为文丘里管喉段处的横截面积，A₂＝β²A₁，其中A₁为文丘里管收缩段入口处的横截面积（单位为m²）；

方程①中，m为灵敏度系数，它是修正斯托克斯数St的函数，函数关系为公式⑤：

m=f(St)＝cSt^d     ⑤

公式⑤中，修正斯托克斯数St按照如下公式计算：其中d_s是颗粒直径(单位为m)，L_c和L_t分别是所述文丘里管的收缩段和喉段的长度（单位为m）；

公式⑤中，系数c、d按照如下方法确定：采用所述的固相流量测量系统采集所述工况一、所述工况二下气固混合流的测试数据，并在所述的固相流量测量系统的输入管道上加设一气体流量计和一重量测量装置，按照公式⑥得一个m与Z的方程：

$\frac{\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{mix}}}{\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{gas}}}=(1+\mathrm{mZ})/(1+\frac{{\mathrm{\ρ}}_g}{{\mathrm{\ρ}}_s}Z)$      ⑥

公式⑥中，ΔP_gas值（压力单位为Pa）同公式④，ΔP_mix值（压力单位为Pa）的计算方法同公式④；按照公式M_s＝ZM_g计算得质量比Z，其中M_g值由所述气体流量计测得，M_s值由所述重量测量装置测得，在公式⑥中，计算出两组m值，并按照修正斯托克斯数St的计算公式，计算出两组St值，再代入公式⑤，即可计算出系数c、d。

本实用新型提供的固相流量连续测量系统较佳地适用于不同压力下密相气力输送体系，所述的密相气力输送体系的输送介质较佳地为粉体物料，更佳地为煤粉、石油焦粉或生物质粉料；所述的密相气力输送体系的气体介质较佳地为压缩空气、氮气或二氧化碳。

当所述的密相气力输送体系的输送介质为煤粉时，所述的流量测量系统较佳地适用于压力范围0～10MPa、浓度范围50～513Kg/m³的情况，尤其适用于200～500Kg/m³的浓度范围。

本实用新型中，所述的入口处、出口处均是相对于气固相流依次通过所述输入管道、所述文丘里管和所述输出管道的顺序而言的。

本实用新型中，所述的文丘里管通过螺纹或法兰方式与所述输入管道、所述输出管道连接。

本实用新型中，所述的D、d均是指管道的内径（单位为m）。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。

本实用新型所用试剂和原料均市售可得。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型提供的流量测量系统结构简单、易于安装、便于维护、性能稳定、经济耐用且不受输送介质物性变化影响；同时，所涉及的仪器仪表技术成熟，应用广泛。

附图说明

图1为本实用新型的固相流量测量系统的结构示意图。

图2为本实用新型的文丘里管的结构示意图。

图3是实施例3的粉煤加压密相气力输送工艺的流程图。

具体实施方式

下面举几个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

下述实施例中，所述的速度传感器通过互相关算法测量气固两相流的颗粒速度。

实施例1

图1为本实用新型的气力输送过程的固相流量测量系统的结构示意图。所述的固相流量测量系统包括一输入管道1、一文丘里管2和一输出管道3；所述输入管道1、所述文丘里管2和所述输出管道3在一条直线上，所述输入管道1、所述输出管道3的长度为100D，D为所述输入管道1和所述输出管道3的直径。图2为该系统中的文丘里管2的结构示意图，所述的文丘里管2包括依次连通的一收缩段201、一喉段202和一扩张段203，所述输入管道1与所述收缩段201相连通，所述扩张段203与所述输出管道3相连通；所述喉段202的长度L_t与所述喉段202的直径d之比为45；所述的固相流量测量系统还包括一流速测量仪4、一温度测量仪5、一第一压力测试仪6和一第二压力测试仪7；其中，所述第一流速测量仪4安装于所述输入管道1上，与所述收缩段201的入口处的距离为5D，用于测量所述收缩段201的入口处的固相流速V_s1；所述温度测量仪5安装于所述输入管道1上，与所述收缩段201的入口处的距离为5D，用于测量所述收缩段201的入口处的气固相温度T₁；所述第一压力测试仪6安装于所述输入管道1上，与所述收缩段201的入口处的距离为5D，用于测量所述收缩段201的入口处的气相压力P₁；所述第二压力测试仪7安装于所述喉段202上，与所述喉段202的入口处的距离为22d，用于测量该处的气相压力P₂。

图2中，θ为所述收缩段201的收缩角，α为所述扩张段203的扩张角，L_c、L_t、L_d分别为收缩段201、喉段202和扩张段203的长度。

本实施例中，图1的固相流量测量系统还包括一数据采集系统8，所述数据采集系统还依次与一A/D转换卡9（模数转换卡，用于将模拟信号转换成数字信号）和一计算机10连接；所述流速测量仪4包括一速度传感器；所述温度测量仪5包括一温度传感器；所述第一压力测试仪6包括一第一压力传感器；所述第二压力测试仪7包括一第二压力传感器；所述速度传感器、所述温度传感器、所述第一压力传感器和所述第二压力传感器分别与所述数据采集系统8连接，并将模拟信号输入至所述数据采集系统8。

其中，所述的计算机10还包括存储模块和计算模块，用于实时输出处理后的固相流量数据。其中，所述的存储模块用于存储输入的压降方程，所述的计算模块用于将采集到的流速、压力和温度数据代入压降方程中进一步求解固相流量。

实施例2

本实施例中的固相流量测量系统的结构示意图如图1和图2所示。利用该测试系统进行固相流量测试的方法如下：

（1）建立文丘里管压降比方程

对于图2所示的文丘里管，对气固两相流建立总能量方程：

$M_g[\frac{P_1-P_2}{{\mathrm{\ρ}}_g}+(H_1-H_2)g+\frac{V_{g1}^2-V_{g2}^2}{2}-(K_g+K_s)\frac{V_{g2}^2}{2}]+M_s[\frac{P_1-P_2}{{\mathrm{\ρ}}_s}+(H_1-H_2)g+\frac{V_{s1}^2-V_{s2}^2}{2}]=0---\left(1\right)$

其中，M_g、M_s分别为气相和固相的质量流量（单位为Kg/s），P₁、P₂分别为文丘里管的收缩段入口和喉段处的压力（单位为N/m²），H₁、H₂分别为文丘里管的收缩段入口和喉段处的高度（单位为m），ρ_g为气相密度（单位为Kg/m³），V_g1、V_s1分别为文丘里管的收缩段入口的气相、固相的平均速度（单位为m/s），V_g2、V_s2分别为文丘里管的喉段处的气相、固相的平均速度（单位为m/s），K_g、K_s分别为气相和固相的摩擦系数（无量纲）。对于水平安装的文丘里管，高度项（H₂-H₁）为零；对于垂直安装的文丘里管，高度项（H₂-H₁）是一个常数。为简化分析，本实施例中忽略高度项。

设文丘里管节流比为β＝d/D，文丘里管压降ΔP＝P₁-P₂，方程（1）可简化并转变成如下形式：

$\mathrm{\ΔP}(1+\frac{M_s{\mathrm{\ρ}}_g}{M_g{\mathrm{\ρ}}_s})=\frac{M_g^2}{2A_1^2{\mathrm{\β}}^4{\mathrm{\ρ}}_g}(1+K_{g+s}-{\mathrm{\β}}^4)+\frac{M_g}{2A_1^2{\mathrm{\ρ}}_g}(\frac{V_{s2}^2}{{\mathrm{\β}}^4{V}_{g2}^2}-\frac{V_{s1}^2}{V_{g1}^2})M_s---\left(2\right)$

其中，K_g+s=K_g+K_s，A₁为文丘里管的收缩段的入口处的横截面积。

对于气体单独流经文丘里管时，气体的摩擦系数可以作K_g=0的近似处理，有如下形式：

$\mathrm{\ΔP}=\frac{M_g^2}{2A_1^2{\mathrm{\β}}^4{\mathrm{\ρ}}_g}(1+K_g-{\mathrm{\β}}^4)---\left(3\right)$

以式（2）除以式（3），设质量固气比为M_s/M_g＝Z，则可得：

$\frac{\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{mix}}}{\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{gas}}}=(1+\mathrm{mZ})/(1+\frac{{\mathrm{\ρ}}_g}{{\mathrm{\ρ}}_s}Z)---\left(4\right)$

其中，ΔP_mix为气固混合物流经文丘里管时在1，2两处所产生的压降，ΔP_gas为纯气相介质流经文丘里管产生的压降。m代表文丘里管压降对固相流量的灵敏程度，称之为灵敏度系数。

（2）建立文丘里管纯气相压降方程

纯气相流经文丘里管，其质量流量与压差存在如下关系：

$M_g=C{A}_2\sqrt{\frac{2{\mathrm{\ρ}}_g\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{gas}}}{1-{\mathrm{\β}}^4}}---\left(5\right)$

其中，A₂为文丘里管喉段处的截面积，A₂＝β²A₁，M_g＝A₁V_g1ρ_g＝β²A₁V_g2ρ_g，其中ρ_g＝PM/RT。

进一步转化得到纯气相流经文丘里管的压降方程：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{gas}}=\frac{(1-{\mathrm{\β}}^4)}{2C^2{\mathrm{\β}}^4}\·\frac{P_{1}M}{{\mathrm{RT}}_1}{V}_{g1}^2---\left(6\right)$

式中，M为气体分子的摩尔质量，T为气体的热力学温度，R为摩尔气体常数，C为流出系数。

（3）确定压降方程关键参数函数关系式

气固两相通过文丘里管的纯气相和混合物压降方程分别为（6）和（4）。在实际应用前，先通过实验获得流出系数C和灵敏度系数m的表达式。

研究发现，流出系数C是雷诺数Re（Re＝DV_g1ρ_g1/μ_g1）的函数，C＝f(Re)；灵敏度系数m是修正斯托克斯数的函数，m＝f(St)，其中，d_s是颗粒直径（单位为m），μ_g1是文丘里管的收缩段入口处的气体粘度（单位为Pa·s^-1），L_c和L_t分别是文丘里管收缩段和喉部的长度（单位为m）。

（4）建立适用于密相气固两相流的文丘里压降方程

将方程（6）以及文丘里管流出系数和灵敏度系数的函数关系式C＝f(Re)和m＝f(St)带入到方程（4），

$\frac{P_1-P_2}{\frac{(1-{\mathrm{\β}}^4)}{2f{\left(\mathrm{Re}\right)}^2{\mathrm{\β}}^4}\·\frac{P_{1}M}{{\mathrm{RT}}_1}{V}_{g1}^2}=(1+f\left(\mathrm{St}\right)Z)/(1+\frac{{\mathrm{MP}}_1}{{\mathrm{RT}}_1{\mathrm{\ρ}}_s}Z)---\left(7\right)$

方程（7）考虑了压力和固气比影响，可应用于不同压力的粉体密相气力输送系统，先计算出Z，然后再根据式M_s/M_g＝Z进一步得出固相流量M_s。

（5）通过流量测量系统获得固相流量

计算机10的计算模块对颗粒速度和压力数据进行实时处理，可认为密相流动气体速度近似等于颗粒速度，求解压降方程，继而获得固相流量。

本实用新型提供的密相气力输送过程的固相流量测量系统具有结构简单、性能稳定、经济耐用且不受输送介质物性变化影响的优点；利用该系统进行固相流量测量不仅突破了传统低压稀相领域的局限，还能够满足从低压到高压的密相气力输送过程的固相流量实时连续测量。

实施例3

本实施例中的固相流量测量系统的结构示意图如图1和图2所示，以下结合图3说明该固相流量测量系统在粉煤加压密相气力输送工艺中的一个实施方案，本实施例所述的密相气力输送体系的输送介质为煤粉，气体介质为氮气。

本实施例的密相气力输送系统主要由气源、料罐、输送管线、阀门仪表、固相流量测量系统、DCS监测控制和数据采集系统等单元组成。通过气源提供气体进入料罐，控制并调节料罐压力，使得煤粉在一定压差作用下从给料罐输送至储仓。流程示意图如图3所示，其中11是气体钢瓶；12、14是缓冲罐；13是冷冻干燥机；15是减压阀；16是气体分配器；17、18、19是气体质量流量计；20是气体金属浮子流量计；21是称重传感器；22是接料罐；23、28是压力传感器；24、27、29、31是气动阀门；25、26是除尘器；30是发料罐；32是本实用新型所述的固相流量测量系统。

本实施例中，所述的密相气力输送系统的管道直径（内径）为D=15mm，包括图3中从发料罐30起至所述固相流量测量系统32、至所述接料罐22的所有管道直径。固相流量测量系统32被安装在输送管路的水平段上，其输入管道、输出管道的长度均大于80D。

固相流量测量系统32中，文丘里管的结构参数：收缩角θ为5°，扩张角α为8°，喉径d为6mm，喉段长度Lt为45d；速度传感器距离文丘里管的收缩段入口处5D；温度传感器距离文丘里管的收缩段入口处5D；压力传感器P₁和P₂分别距离文丘里管的收缩段入口处5D、距离文丘里管的喉段的入口处22d。

输送介质煤粉的平均粒径约为42μm，颗粒密度约为ρ_s=1400Kg/m³。

本实施例获得的高压粉煤密相气固两相流的流出系数和灵敏度系数的函数关系式的具体过程如下：

公式C=f(Re)＝aRe^b中，雷诺数Re按照如下公式计算：Re＝DV_g1ρ_g1/μ_g1，ρ_g1、μ_g1分别是所述文丘里管的入口处的气体密度（单位为Kg/m³）、气体粘度（单位为Pa/s），ρ_g1、μ_g1分别按照如下公式进行计算：ρ_g1＝P₁M/RT₁；其中d_g是气体分子直径（单位为m），查表可获得。

其中，系数a、b按照如下方法确定：采用所述的固相流量测量系统采集两组不同工况下纯气相流的测试数据，分别记为工况一、工况二，并在所述的固相流量测量系统的输入管道上加设一气体流量计，按照方程计算出流出系数C₁、C₂，并计算对应的雷诺数Re₁、Re₂，代入公式C=f(Re)＝aRe^b中计算得到系数a、b。其中，ΔP_gas＝P₁-P₂（压力单位为Pa），ρ_g为气相密度（单位为Kg/m³），A2为文丘里管喉段处的横截面积，A₂＝β²A₁，其中A1为文丘里管收缩段入口处的横截面积（单位为m²）；M_g由所述气体流量计测得（单位为Kg/s）。

公式m=f(St)＝cSt^d中，修正斯托克斯数St按照如下公式计算：其中d_s是颗粒直径(单位为m)，L_c和L_t分别是所述文丘里管的收缩段和喉段的长度（单位为m）。

其中，系数c、d按照如下方法确定：采用所述的固相流量测量系统采集所述工况一、所述工况二下气固混合流的测试数据，并在所述的固相流量测量系统的输入管道上加设一气体流量计和一重量测量装置，按照公式得到一个m与Z的方程，其中，ΔP_gas值（压力单位为Pa）同纯气相流，ΔP_mix值（压力单位为Pa）的计算方法同上；按照公式M_s＝ZM_g计算得质量比Z，其中M_g值由所述气体流量计测得，Ms值由所述重量测量装置测得，按照该m与Z的方程计算出两组m值，并按照修正斯托克斯数St的计算公式，计算出两组St值，再代入公式m=f(St)＝cSt^d，即可计算出系数c、d。

最终，获得的流出系数和灵敏度系数分别为C＝f(Re)＝14.07Re^-0.185，m＝f(St)＝2.0St^-1.29。在输送压力932KPa，浓度为458Kg/m³条件下，固相流量测量系统测得的参数值：P₁=702KPa，P₂=377KPa，V_g1=V_s1=3.62m/s，T=293K，代入方程（7）可计算出固相流量M_s为1043Kg/h。通过称重传感器测量出实际固相流量为1054Kg/h，表明该固相流量测量系统获得的流量偏差为-1.03%，能够较好应用于密相气力输送系统。

效果实施例1

本效果实施例中，所述的密相气力输送系统与实施例3相同，为煤粉输送工艺。其流出系数按照下述公式计算：C＝f(Re)＝14.07Re^-0.185，灵敏度系数按照下述公式计算：m＝f(St)＝2.0St^-1.29。其中，输送介质煤粉的平均粒径约为42μm，颗粒密度约为1400Kg/m³。

本效果实施例中，所述的密相气力输送系统的示意图同实施例3。

本实用新型的固相流量测量系统的测试结果如表1所示。与电子秤称重的方法相比，本实用新型能够实现实时连续测量，直接获得瞬时值；与进口固体质量流量计的方法相比，本实用新型经济耐用且不受输送介质物性变化影响。利用本实用新型进行固相流量测量，可以在195～513Kg/m³的浓度范围内满足测量要求，偏差在±10%以内，有效满足了密相气力输送系统的固相流量测量要求。

表1效果实施例1的测量结果

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种密相气力输送过程的固相流量测量系统，其特征在于，其包括依次连通的一输入管道、一文丘里管和一输出管道；所述输入管道、所述文丘里管和所述输出管道在一条直线上，所述输入管道和所述输出管道的长度分别独立地为大于或等于80D，D为所述输入管道和所述输出管道的直径；所述文丘里管包括依次连通的一收缩段、一喉段和一扩张段，所述输入管道与所述收缩段相连通，所述扩张段与所述输出管道相连通；所述的固相流量测量系统还包括一流速测量仪、一第一压力测试仪、一第二压力测试仪和一温度测量仪；其中，所述流速测量仪安装于所述输入管道上，用于测量所述收缩段的入口处的固相流速V_s1；所述第一压力测试仪安装于所述输入管道上，用于测量所述收缩段的入口处的气相压力P₁；所述第二压力测试仪安装于所述喉段上，与所述喉段的入口处的距离为3d以上，用于测量所述喉段处的气相压力P₂，d为所述喉段的直径；所述温度测量仪安装于所述输入管道上，用于测量所述收缩段的入口处的气固相温度T₁。

2.如权利要求1所述的固相流量测量系统，其特征在于，所述收缩段的收缩角θ为3～25°；所述扩张段的扩张角α为1～12°；所述文丘里管的节流比d/D为0.3～0.8；所述文丘里管的长径比L_t/d不小于3，L_t为所述喉段的长度；所述第二压力测试仪安装于所述喉段上，与所述喉段的入口处的距离为20d以上。

3.如权利要求2所述的固相流量测量系统，其特征在于，所述收缩段的收缩角θ为3～10.5°；所述扩张段的扩张角α为1～8°；所述文丘里管的节流比d/D为0.4～0.7；所述文丘里管的长径比L_t/d为不小于20；所述第二压力测试仪安装于所述喉段上，与所述喉段的入口处的距离为22d。

4.如权利要求1所述的固相流量测量系统，其特征在于，所述固相流量测量系统还包括一数据采集系统，所述数据采集系统还依次与一A/D转换卡和一计算机连接；所述流速测量仪包括一速度传感器；所述第一压力测试仪包括一第一压力传感器；所述第二压力测试仪包括一第二压力传感器；所述温度测量仪包括一温度传感器；所述速度传感器、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述温度传感器分别与所述数据采集系统连接，并将模拟信号输入至所述数据采集系统。

5.如权利要求4所述的固相流量测量系统，其特征在于，所述速度传感器安装于所述输入管道上，与所述文丘里管的入口处的距离在20D以内。

6.如权利要求5所述的固相流量测量系统，其特征在于，所述速度传感器安装于所述输入管道上，与所述文丘里管的入口处的距离在5D以内。

7.如权利要求4所述的固相流量测量系统，其特征在于，所述第一压力传感器为第一膜片式压力传感器，且通过一第一引压孔安装于所述输入管道上；在沿所述文丘里管的延伸方向上，所述第一引压孔与所述收缩段的入口处的距离在20D以内；所述第二压力传感器为第二膜片式压力传感器，且通过一第二引压孔安装于所述文丘里管的喉段上。

8.如权利要求7所述的固相流量测量系统，其特征在于，在沿所述文丘里管的延伸方向上，所述第一引压孔与所述收缩段的入口处的距离在5D以内。

9.如权利要求4所述的固相流量测量系统，其特征在于，所述温度传感器通过一测温孔安装在所述输入管道上，所述测温孔与所述收缩段的入口处的距离在20D以内。

10.如权利要求9所述的固相流量测量系统，其特征在于，所述测温孔与所述收缩段的入口处的距离在5D以内。