CN206362390U - 流体流量测量装置及油气输送管道 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种流体流量测量装置及油气输送管道，涉及湿气气液两相流量测量技术领域，该流体流量测量装置包括文丘里管和流量检测装置，文丘里管设有入口段、收缩段、喉管和扩散段，入口段外管壁周向设有第一环形测压腔，喉管外管壁周向设有第二环形测压腔，第一环形测压腔和第二环形测压腔连接有用于测量两者之间压差的压差传感器，流量检测装置包括与扩散段管壁平行的锥形件和调节锥形件前后移动的弹性组件，锥形件位于喉管与扩散段之间位置处，弹性组件固设在扩散段的内管壁上。本实用新型减少了现有技术中待测量的两相流体在管道内的流量发生变化，特别是低流速流体的流量，存在测量工作繁琐、范围有限和精确度低的技术问题。

Description

流体流量测量装置及油气输送管道

技术领域

本实用新型涉及湿气气液两相流量测量技术领域，尤其是涉及一种流体流量测量装置及油气输送管道。

背景技术

气液两相流是指管道内流动的流体有两个不同的相，分别是气相和液相，气体或液体单独流动时流动规律基本相同，都遵从流体的连续性方程和伯努利方程，但是当它们共同存在并同时流动时，由于两相流体的介质特性存在较大的差异，使得气液两相的流动与单相流相比更为复杂，近几十年来，随着石油天然气工程、化学工程、冶金工程、核反应工程、航空航天工程等领域的迅速发展，对气液两相流流量的测量技术的要求也越来越高。

现有技术中对气液两相流的测量方法主要包括两种：分离法和非分离法，传统的分离法通常用于计量站，设备庞大，成本高，因此实际应用中主要使用非分离法，非分离法是指不需要对两相流进行任何程度的分离，由测量系统直接测量两相流量，其中，差压式节流装置是工业界及学术界公认的在两相流的各种流态下都能稳定工作的一种节流装置，是非分离测量装置的首选。差压式节流装置一般采用文丘里管，根据文丘里效应，利用入口段和喉管段的压差计算出流体的流量。差压式节流装置作为单相仪表用于两相流测量时，由于液相的引入而存在读数的虚高现象，为了克服虚高现象带来的误差，可在文丘里管的收缩段和喉管段上分别环形设置多个取压孔，并在多个取压孔外套设环形气室，通过压差变送器连通两个环形气室，即可测出收缩段和喉管段的压力差值，进而计算出气液两相流的流量。

然而，文丘里管的测量范围与管道内流量的流通面积密切相关，在流速一致的情况下，流通面积的大小与产生的差压成反比，当管道内的流体的流速一旦发生变换，管道内流体的流通面积也会随之改变，进而使得文丘里管内的流量发生改变。在实践中，待测量的两相流体在管道内的流量往往会发生很大变化，特别是低流速、低雷诺数流体的流量，存在测量工作繁琐、范围有限和精确度低的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种流体流量测量装置，以减少了现有技术中待测量的两相流体在管道内的流量发生变化，特别是低流速流体的流量，存在测量工作繁琐、范围有限和精确度低的技术问题。

本实用新型提供的一种流体流量测量装置，包括文丘里管和流量检测装置，所述文丘里管设有入口段、收缩段、喉管和扩散段，所述入口段外管壁周向设有第一环形测压腔，所述喉管外管壁周向设有第二环形测压腔，所述第一环形测压腔和所述第二环形测压腔连接有用于测量两者之间压差的压差传感器；

所述流量检测装置包括与所述扩散段管壁平行的锥形件和调节所述锥形件前后移动的弹性组件，所述锥形件位于所述喉管与所述扩散段之间位置处，所述弹性组件固设在所述扩散段的内管壁上。

进一步的，所述入口段和所述喉管的外管壁上设有通孔，所述第一环形测压腔和所述第二环形测压腔均与所述通孔连通。

进一步的，所述第一环形测压腔和所述第二环形测压腔均设有排液管。

进一步的，，所述弹性组件包括一端与所述锥形件连接的动杆和套装在所述动杆上的弹性件，所述动杆与所述弹性件均罩设于一外壳内部；

所述外壳上远离所述锥形件的一端设有限位部，所述动杆上设有凸台；所述弹性件位于所述限位部与所述凸台之间，且所述弹性件一端与所述凸台相抵接，另一端与所述限位部相抵接；

所述外壳固设在所述扩散段的内管壁上。

进一步的，所述动杆上还设有调节螺母，所述调节螺母位于所述动杆的一端，所述锥形件位于所述动杆的另一端；所述调节螺母与所述外壳之间设有密封垫。

进一步的，所述弹性件为弹簧。

进一步的，所述密封垫为硅胶垫。

进一步的，所述压差传感器设有第一阀门，所述排液管设有第二阀门。

进一步的，还包括显示屏和固设在所述扩散段外管壁上的温度传感器，所述压差传感器和所述温度传感器均与所述显示屏电连接。

本实用新型的有益效果为：

该流体流量测量装置包括文丘里管，文丘里管设有入口段、收缩段、喉管和扩散段。在入口段设有流量检测装置，流量检测装置包括与入口段管壁平行的锥形件和调节锥形件前后移动的弹性组件。测量流量时，锥形件位于文丘里管下游区的扩散段管壁内，位于文丘里管内的气液流体从入口段流入，经由收缩段与喉管后，从扩散段流出，当流速发生变化时，锥形件会在气液流体力的作用下发生位置变化，即气液流体对锥形件施加一个与气液流体运动方向相同的作用力，锥形件连接有弹性组件，此时，弹性组件会施加给锥形件一个与气液流体对锥形件作用力方向相反的弹性力直到达到平衡；其中，该流体流量测量装置在入口段外管壁周向设有第一环形测压腔，喉管外管壁周向设有第二环形测压腔，第一环形测压腔和第二环形测压腔连接有用于测量两者之间压差的压差传感器，当文丘里管管道内的流通面积发生变化时，第一环形测压腔与第二环形测压腔之间的压差也会随之发生变化，此压差的变化能够通过压差传感器测量出，根据流量-压差公式便可以计算出对应的流量。

在本实用新型中，当锥形件放置于扩散段内时，它迫使流经入口段中心处的气液流体的流速减慢，管壁附近的流速加快，从而达到使流速“均化”的效果，使得流体在低流速流经该流体流量检测装置的管道时，仍能在第一环形测压腔与第二环形测压腔之间产生足够的压差，进而达到准确测量该流体流量测量装置管道内的流量。

锥形件能够改善流体流速分布，气液流体经过锥形件后，在文丘里管的上游产生高频的涡流与低幅度的脉动，既信号噪音比低。该流体流量测量装置具有测量精度高、量程范围宽、压差信号稳定和相对压损小的特点。

本实用新型还提供一种包括上述流体流量测量装置的油气输送管道。

本实用新型的有益效果为：

该油气输送管道与上述流体流量测量装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的流体流量测量装置的结构示意图；

图2为图1的第一环形测压腔细节的结构示意图；

图3为第一环形测压腔A-A的剖面图；

图4为流量检测装置的结构示意图。

图标：1-文丘里管；2-压差传感器；3-流量检测装置；4-第一环形测压腔；5-第二环形测压腔；6-排液管；11-入口段；12-喉管；13-扩散段；121-通孔；21-第一阀门；31-锥形件；32-弹性组件；321-动杆；322-弹簧；323-外壳；3211-凸台；3212-调节螺母；61-第二阀门。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

如图1和图2所示，本实施例提供一种流体流量测量装置，包括文丘里管1和流量检测装置3，文丘里管1设有入口段11、收缩段、喉管12和扩散段13，入口段11外管壁周向设有第一环形测压腔4，喉管12外管壁周向设有第二环形测压腔5，第一环形测压腔4和第二环形测压腔5连接有用于测量两者之间压差的压差传感器2。

流量检测装置3包括与扩散段13管壁平行的锥形件31和调节锥形件31前后移动的弹性组件32，锥形件31位于喉管12与扩散段13之间位置处，弹性组件32固设在扩散段13的内管壁上。

该流体流量测量装置包括文丘里管1和流量检测装置3，文丘里管1设有入口段11、收缩段、喉管12和扩散段13，流量检测装置3包括与扩散段13管壁平行的锥形件31和调节锥形件31前后移动的弹性组件32。测量流量时，锥形件31位于文丘里管1喉管12与扩散段13之间的管壁内，位于文丘里管1内的气液流体从入口段11流入，经由收缩段与喉管12后，从扩散段13流出，当流速发生变化时，锥形件31会在气液流体的作用下发生位置变化，即气液流体对锥形件31施加一个与气液流体运动方向相同的作用力，锥形件31连接有弹性组件32，此时，弹性组件32会施加给锥形件31一个与气液流体对锥形件31作用力方向相反的弹性力直到达到平衡；其中，该流体流量测量装置在入口段11外管壁周向设有第一环形测压腔4，喉管12外管壁周向设有第二环形测压腔5，第一环形测压腔4和第二环形测压腔5连接有用于测量两者之间压差的压差传感器2，当文丘里管1管道内的流通面积发生变化时，第一环形测压腔4与第二环形测压腔5之间的压差也会随之发生变化，此压差的变化能够通过压差传感器2测量出，根据流量-压差公式便可以计算出对应的流量。

在本实施例中，当锥形件31放置于扩散段13内时，它迫使流经入口段11中心处的气液流体的流速减慢，管壁附近的流速加快，从而达到使流速“均化”的效果，使得流体在低流速流经该流体流量检测装置3的管道时，仍能在第一环形测压腔4与第二环形测压腔5之间产生足够的压差，进而达到准确测量该流体流量测量装置管道内的流量。

锥形件31能够改善流体流速分布，气液流体经过锥形件31后，在文丘里管1的上游产生高频的涡流与低幅度的脉动，既信号噪音比低。该流体流量测量装置具有测量精度高、量程范围宽、压差信号稳定和相对压损小的特点。

在本实施例中，该流体流量测量装置的测量精度可达±0.5％，重复性在±0.1％，其量程比可达10：1。同时，在锥形件31的作用下，文丘里管1的管壁处流速加快使得流体中的粘污性杂质、凝结物、粉尘等无法沉积或者粘在该流体流量测量装置的管壁上，减少甚至避免了引压孔堵塞的情况发生。

除此之外，粘污性杂质、凝结物、粉尘等无法沉积或者粘在该流体流量测量装置的内管壁上，进而无法造成管壁内径由于附着粘污性杂质、凝结物或者粉尘等使得管壁内径值减小，因此无须重复标定，具有长期稳定性。

在本实施例中的流体流量测量装置的最高工作温度可以为800℃，最大压力可以为40MPa,产生差压信号范围值为0.1-10KPa。

其中，设入口段11内气液两相流体的平均速度、平均压力和截面积分别为v1、p1、S1，喉管12内气液两相流体的平均速度、平均压力和截面积分别为v2、p2、S2,气液两相流体的密度为ρ，流量用Q表示，应用伯努利定理和连续性方程，可得出：

S₁v₁＝S₂v₂＝Q

由此可得计算流量Q的公式：

因此在知道ρ、S1、S2的情况下，测出p1-p2(即入口段11和喉管12的压力差值)后，即可根据上式求出流量Q。

如图2和图3所示，其中，入口段11和喉管12的外管壁上设有通孔121，第一环形测压腔4和第二环形测压腔5均与通孔121连通。

在本实施例中，当气液流体从入口段11和/或喉管12的通孔121处散出至第一环形测压腔4和/或第二环形测压腔5内时，气体流体与液体流体在重力的作用下分离，由于气体的密度小于液体，因此气液位于第一环形测压腔4和/或第二环形测压腔5的上半部分，液体于第一环形测压腔4和/或第二环形测压腔5的下半部分，第一环形测压腔4和/或第二环形测压腔5与该流体流量测量装置的分体式设计方式，降低了设备的复杂性和泄露的风险。

其中，在本实施例中，入口段11和/或喉管12的外管壁上可以设有多个通孔121，多个通孔121加快了该流体流量测量装置的气液动态平衡过程，提高了气液隔离的效率。在本实施例中，通孔121优选为四个，四个通孔121在能够达到上述气液隔离的效果的同时，还降低了制造工艺。

在本实施例中，在测量过程中，由于管路内的流体会向第一环形测压腔4和/或第二环形测压腔5内流入，并长期使用后，第一环形测压腔4和第二环形测压腔5内遗留有大量的流体，会严重干扰测量结果的准确性，为了缓解这一情况，在第一环形测压腔4和所述第二环形测压腔5的底部分别设置排液管6，测量过程结束后，将第一环形测压腔4和第二环形测压腔5的腔室内的流体排出，从而减少对下次测量结果的干扰。实现了与该流体流量测量装置管道同步排污，提高了实用性和功能性。

实际应用时，为了延长文丘里管1的使用寿命，文丘里管1的外管壁直径处处均相等，内管壁直径沿两相流体流动方向先逐渐减小，再逐渐增加，文丘里管1一体结构且管壁外径处处相同的设计方式增加了文丘里管1的重力平衡性，减少了流体冲击管壁时造成焊接处开裂渗漏情况的发生，从而保证文丘里管1的强度，延长了使用寿命。

如图1和图4所示，其中，弹性组件32包括一端与锥形件31连接的动杆321和套装在动杆321上的弹性件，动杆321与弹性件均罩设于一外壳323内部。

外壳323上远离锥形件31的一端设有限位部，动杆321上设有凸台3211；弹性件位于限位部与凸台3211之间，且弹性件一端与凸台3211相抵接，另一端与限位部相抵接。

外壳323固设在扩散段13的内管壁上。

在本实施例中，锥形件31与动杆321的一端连接，当气液流体的流速发生改变时，锥形件31在流体力的作用下会驱动动杆321移动，外壳323上远离锥形件31的一端设有限位部，弹性件位于凸台3211与限位部之间，且弹性件一端与凸台3211相抵接，另一端与限位部相抵接，动杆321的移动进而会压缩弹性件，使得弹性件发生形变，直至管道内的流体对锥形件31施加的力与弹性力平衡；动杆321与弹性件均罩设于一外壳323内部，外壳323减少了气液流体内粘污性杂质、凝结物、粉尘等附着在动杆321和/或弹性件表面对流量检测装置3精确度的影响，且延长流量检测装置3的使用寿命。

如图4所示，在本实施例中，动杆321上还设有调节螺母3212，调节螺母3212位于动杆321的一端，锥形件31位于动杆321的另一端，通过拧紧或者松动调节螺母3212能够改变弹性件的形变量以改变弹性力的范围，进而改变流体检测装置的流量检测范围；其中，为了提高外壳323的密封性，调节螺母3212与外壳323之间设有密封垫，密封垫将动杆321与连接槽的连接处紧密封闭，进一步减少了气液流体内粘污性杂质、凝结物、粉尘等附着在动杆321和/或弹性件表面。

具体的，弹性件为弹簧322，弹簧322是一种利用弹性性能来工作的机械零件，具有在外力作用下发生形变，在形变的过程中产生弹性力，除去外力后又恢复原状的特性。利用弹簧322的这种特性，能够实现锥形件31在气液流体的流速发生变化时，平衡流体对锥形件31施加的流体力，使得该流体流量测量装置达到“均化”效果。

在本实施例中，防尘垫可以为硅胶垫，硅胶垫具有较好的延展性、密闭性和无毒无臭的特性，且低碳环保、表面极为干净、卫生，价格便宜、市场来源广。

在本实施例中，在文丘里管1的扩散段13的外管壁上可以设有配重块，配重块能够使得文丘里管1整体重力进一步平衡分布，减小文丘里管1的转动惯量，延长该流体流量测量装置的使用寿命。

请继续参照图1，具体的，在本实施例中，压差传感器2设有第一阀门21，排液管6设有第二阀门61，在测量过程中，打开第一阀门21，关闭第一阀门21，流经管道内的流体的压差值由压差传感器2检测，其中，测量流体流量时，关闭第二阀门61，防止气体从排液管6流出，影响测量结果，使得该流体流量测量装置能够正常准确完成测量流量的过程；当测量结束后，关闭第一阀门21，打开第二阀门61，将第一环形测压腔4和第二环形测压腔5腔室内的流体排出，从而减少对下次测量结果的干扰。

其中，该流体流量测量装置还包括显示屏和固设在扩散段13外管壁上的温度传感器，压差传感器2和温度传感器均与显示屏电连接。

在本实施例中，通过压差传感器2与显示屏电连接，能够将测量的第一环形测压腔4与第二环形测压腔5之间的压差值传送至显示屏，工作人员便可清楚了解到各取压处的压力变化。其中温度传感器也与显示屏电连接，温度传感器能够检测管道内流体的温度变化，工作人员可以通过显示屏观察管道内流体的实际温度，进一步准确的测量管道内流体的流量。

其中，在本实施例中，显示屏内设有相关计算流量数据的控制器，该控制器能够通过压差传感器2测量的压力值准确算出该流体流量测量装置管道内的流量大小。

实施例二

本实施例是一种油气输送管道，该油气输送管道包括上述实施例一所述的流体流量测量装置。

该油气输送管道与上述流体流量测量装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种流体流量测量装置，其特征在于，包括文丘里管(1)和流量检测装置(3)，所述文丘里管(1)设有入口段(11)、收缩段、喉管(12)和扩散段(13)，所述入口段(11)外管壁周向设有第一环形测压腔(4)，所述喉管(12)外管壁周向设有第二环形测压腔(5)，所述第一环形测压腔(4)和所述第二环形测压腔(5)连接有用于测量两者之间压差的压差传感器(2)；

所述流量检测装置(3)包括与所述扩散段(13)管壁平行的锥形件(31)和调节所述锥形件(31)前后移动的弹性组件(32)，所述锥形件(31)位于所述喉管(12)与所述扩散段(13)之间位置处，所述弹性组件(32)固设在所述扩散段(13)的内管壁上。

2.根据权利要求1所述的流体流量测量装置，其特征在于，所述入口段(11)和所述喉管(12)的外管壁上设有通孔(121)，所述第一环形测压腔(4)和所述第二环形测压腔(5)均与所述通孔(121)连通。

3.根据权利要求2所述的流体流量测量装置，其特征在于，所述第一环形测压腔(4)和所述第二环形测压腔(5)均设有排液管(6)。

4.根据权利要求3所述的流体流量测量装置，其特征在于，所述弹性组件(32)包括一端与所述锥形件(31)连接的动杆(321)和套装在所述动杆(321)上的弹性件，所述动杆(321)与所述弹性件均罩设于一外壳(323)内部；

所述外壳(323)上远离所述锥形件(31)的一端设有限位部，所述动杆(321)上设有凸台(3211)；所述弹性件位于所述限位部与所述凸台(3211)之间，且所述弹性件一端与所述凸台(3211)相抵接，另一端与所述限位部相抵接；

所述外壳(323)固设在所述扩散段(13)的内管壁上。

5.根据权利要求4所述的流体流量测量装置，其特征在于，所述动杆(321)上还设有调节螺母(3212)，所述调节螺母(3212)位于所述动杆(321)的一端，所述锥形件(31)位于所述动杆(321)的另一端；所述调节螺母(3212)与所述外壳(323)之间设有密封垫。

6.根据权利要求5所述的流体流量测量装置，其特征在于，所述弹性件为弹簧(322)。

7.根据权利要求6所述的流体流量测量装置，其特征在于，所述密封垫为硅胶垫。

8.根据权利要求7所述的流体流量测量装置，其特征在于，所述压差传感器(2)设有第一阀门(21)，所述排液管(6)设有第二阀门(61)。

9.根据权利要求8所述的流体流量测量装置，其特征在于，还包括显示屏和固设在所述扩散段(13)外管壁上的温度传感器，所述压差传感器(2)和所述温度传感器均与所述显示屏电连接。

10.一种油气输送管道，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的流体流量测量装置。