JP3502896B2 - 蒸気・熱水二相流の乾き度および流量の測定装置および方法 - Google Patents

蒸気・熱水二相流の乾き度および流量の測定装置および方法

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JP3502896B2 JP01778097A JP1778097A JP3502896B2 JP 3502896 B2 JP3502896 B2 JP 3502896B2 JP 01778097 A JP01778097 A JP 01778097A JP 1778097 A JP1778097 A JP 1778097A JP 3502896 B2 JP3502896 B2 JP 3502896B2
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拓夫 中田
邦夫 瀬尾
和宏 佐伯
啓二 井上
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奥会津地熱株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、管内を流れる蒸気
および熱水からなる二相流の乾き度ならびに二相流の蒸
気流量あるいは熱水流量および気水分離後の蒸気流量を
測定する装置および方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術、および発明が解決しようとする課題】従
来からの技術の1つとして、二相流を気水分離器により
飽和蒸気と飽和水に分離し、分離後の蒸気配管にて分離
後蒸気流量を、また、分離後の熱水配管にて分離後熱水
流量をそれぞれ測定する方法があるが、この方法では気
水分離器、蒸気・熱水配管、蒸気流量計、熱水流量計、
二相流圧力計および蒸気圧力計が必要となり、装置が複
雑化・大型化すること、高価となることなどの欠点があ
る。
【0003】別の従来からの方法として、二相流の圧力
および差圧と、流速あるいは密度を測定し、これらから
計算により二相流流量を求める方法があるが、この方法
では、流速あるいは密度を精度よく連続測定することが
困難であること、測定装置が高価となることなどの欠点
がある。
【0004】さらにまた別の従来からの方法として、ト
レーサ法があるが、この方法では連続測定ができないと
いう欠点がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ため、本発明は、管内を流れる蒸気および熱水からなる
二相流の圧力、二相流の差圧、および気水分離後の熱水
の流量を測定し、これらの測定値から二相流の乾き度、
二相流中の蒸気流量、熱水流量、あるいは気水分離後の
蒸気流量を演算により得ることにより、これら乾き度や
各流量を連続的に、かつ簡便で経済的な構成により、測
定できるようにしたものである。
【0006】
【発明の実施の形態】より具体的には、管内を流れる蒸
気および熱水からなる気液二相流が絞り機構で発生する
差圧は、その蒸気の比重量、熱水の比重量、蒸気の流
量、および熱水の流量によって決定されることと、気水
分離前後でエンタルピが不変であることを利用すること
により、上述の各測定値から、乾き度や各流量を演算す
る。ここで、二相流の圧力の測定値に基づいて二相流中
の蒸気の比重量、熱水の比重量、蒸気の比エンタルピ、
および熱水の比エンタルピを得るために、飽和蒸気表を
参照し、あるいは蒸気の状態式を用いる。気水分離は、
フラッシュタンクにより行われ、気水分離後の蒸気の比
エンタルピ、および熱水の比エンタルピは、それぞれ大
気圧での飽和蒸気、飽和水の比エンタルピであり、定数
となる。
【0007】
【実施例】図1は本発明の一実施例に係る測定方法およ
び装置の概念図である。この実施例は、地熱発電所の蒸
気生産井の噴気試験に適用されたものである。図中、1
は地熱発電所の蒸気生産井、2は生産井が生産する飽和
蒸気および飽和熱水からなる二相流、3は二相流2が流
れる鋼管、4は鋼管3内の二相流2の圧力を測定する圧
力計、5は絞り機構として鋼管3に配置されたオリフィ
ス板、6はオリフィス板5にて発生する差圧を測定する
差圧計、7は二相流2の圧力を調節するための弁、8は
二相流を大気圧にて蒸気と熱水に分離するフラッシュタ
ンク、9は分離後の蒸気、10は分離後の熱水、11は
分離後の熱水10の流量を測定する流量計、12は分離
後の熱水10を溜めておくピット、13は演算装置であ
る。
【0008】本実施例では、絞り機構5に安価なオリフ
ィス板を使用している。絞り機構としては、その他にベ
ンチュリ管、ノズルなども使用可能である。
【0009】ドレンおよびスケールによる測定への悪影
響を無くすために、圧力および差圧の取り出し口14、
15、16は、鋼管3の鉛直上方に配置し、また、圧力
計4および差圧計6の受圧部は、ダイアフラムシール付
きを使用している。
【0010】分離後の熱水10の流量を測定する流量計
11として、本実施例では、堰式流量計を使用してい
る。熱水10の流量を測定する別の方法として、ピット
12中の熱水の液位を測定し、その単位時間当たりの変
化量から分離後の熱水流量を求める方法もある。
【0011】演算装置13には、二相流2の差圧、二相
流2の圧力、および熱水10の流量の測定値が入力され
る。演算装置13は、これら入力に基づいて二相流2の
乾き度、二相流2の中の蒸気流量および熱水流量、およ
びフラッシュタンクから大気放散されている蒸気9の流
量を算出する。
【0012】以下、この算出方法につき説明する。ジェ
イ・ダブリュ・マードック(J.W.Murdock )氏が196
2年にJounal ofBasic Engineering, 1962 〔12〕
(米)に発表したところによると、気液二相流がオリフ
ィスにより発生する差圧をΔPTP、オリフィス入り口で
の気体の比重量をγG1、オリフィス入り口での液体の比
重量をγL1、二相流の湿り度をy、二相流の総流量を
W、気体だけが流れた場合の流量係数をKGG 、液体
だけが流れた場合の流量係数をKL 、流路の断面積を
a、および重力加速度をgとすると、
【0013】
【数1】 となることが、多くの実験の結果から確認されている。
【0014】簡単のために、この(1)式の分子の定数
項をKa に、分母の定数項をKb に置き換え、さらに、
湿り度yを乾き度x=1−yに置き換えると、(2)式
となる。
【0015】
【数2】
【0016】この(2)式を本実施例に適用する。二相
流2の総流量をW、二相流2がオリフィス5により発生
する差圧の測定値をΔP、二相流2のオリフィス5の入
り口における蒸気の比重量をγS1、同じく熱水の比重量
をγW1、二相流2の乾き度をx1 とすると、(3)式が
成り立つ。
【0017】
【数3】
【0018】次に、二相流2での蒸気の比エンタンルピ
をhS1、二相流2での熱水の比エンタルピをhW1、気水
分離後の蒸気の比エンタルピをhS2、気水分離後の熱水
の比エンタルピをhW2、気水分離後の乾き度をx2 とす
ると、気水分離の前後で等エンタルピであることから、
(4)式が成り立つ。
【0019】
【数4】 この(4)式をx2 について解くと、(5)式となる。
【0020】
【数5】
【0021】また、気水分離後の熱水の流量をWW2、気
水分離後の蒸気の流量をWS2とすると、(6)式が成り
立つ。
【0022】
【数6】 (5)式、(6)式より、(7)式が得られる。
【0023】
【数7】 (3)式、(7)式より、(8)式が得られる。
【0024】
【数8】 この(8)式をx1 について解くと、(9)式となる。
【0025】
【数9】
【0026】上記(3)式および(9)式の右辺中の変
数のうち、hS1、hW1、γS1、γW1は二相流の圧力の測
定値から求めることができる。本実施例では、演算装置
13は、飽和蒸気表を記憶しており、それを用い、補間
法によりこれらの値を求めている。また、hS2、hW2
ついては、それぞれ大気圧での飽和蒸気、飽和水の比エ
ンタルピであり、定数となる。
【0027】よって、(9)式により二相流の乾き度x
1 が算出される。この二相流の乾き度x1 の値を(3)
式に代入することにより、二相流の総流量Wが算出され
る。
【0028】次に、二相流中の蒸気の流量をWS1、二相
流中の熱水の流量をWW1とすると、乾き度の定義から、
【0029】
【数10】 であるから、
【0030】
【数11】 となる。この(11)式に、先ほど得られた二相流の乾
き度x1 の値、および二相流の総流量Wの値を代入する
ことにより二相流中の蒸気の流量の値が算出される。次
に、
【0031】
【数12】 から、
【0032】
【数13】 となり、この(13)式に二相流の総流量Wの値、およ
び二相流中の蒸気の流量の値を代入することにより、二
相流中の熱水の流量の値が算出される。また、
【0033】
【数14】 から、
【0034】
【数15】 となり、この(15)式に二相流の総流量Wの値、およ
び分離後の熱水の流量の測定値を代入することにより、
分離後の蒸気の流量の値が算出される。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、二相流の差圧、二相流
の圧力および二相流の気水分離後の熱水流量の測定値か
ら二相流中の蒸気流量、二相流中の熱水流量、二相流の
乾き度および二相流の気水分離後の蒸気流量を測定する
ようにしたため、これら乾き度および各流量を連続的
に、かつ安価に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る装置の概念図であ
る。
【符号の説明】
1:地熱蒸気生産井、2:二相流、3:鋼管、4:圧力
計、5:オリフィス、6:差圧計、7:圧力調節弁、
8:フラッシュタンク、9:気水分離後の蒸気、10:
気水分離後の熱水、11:熱水流量計、12:熱水ピッ
ト、13:演算装置、14:二相流圧力取り出し口、1
5,16:二相流差圧取り出し口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 啓二 東京都中央区日本橋室町2丁目1番1号 三井金属鉱業株式会社内 (56)参考文献 特開 平8−233753(JP,A) 特開 平5−133786(JP,A) 特開 昭58−153120(JP,A) 特開 昭59−120814(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 33/00 G01F 1/74

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 管内を流れる蒸気および熱水からなる二
    相流の圧力を測定する圧力測定手段と、前記二相流の差
    圧を測定するための絞り機構および差圧測定手段と、前
    記二相流の気水分離後の熱水流量を測定する流量測定手
    段と、これら圧力、差圧および気水分離後熱水流量の測
    定値から前記二相流の乾き度を求める演算を行う演算手
    段とを具備することを特徴とする乾き度測定装置。
  2. 【請求項2】 管内を流れる蒸気および熱水からなる二
    相流の圧力を測定する圧力測定手段と、前記二相流の差
    圧を測定するための絞り機構および差圧測定手段と、前
    記二相流の気水分離後の熱水流量を測定する流量測定手
    段と、これら圧力、差圧および気水分離後熱水流量の測
    定値から前記二相流中の蒸気流量あるいは熱水流量を求
    める演算を行う演算手段とを具備することを特徴とする
    流量測定装置。
  3. 【請求項3】 管内を流れる蒸気および熱水からなる二
    相流の圧力を測定する圧力測定手段と、前記二相流の差
    圧を測定するための絞り機構および差圧測定手段と、前
    記二相流の気水分離後の熱水流量を測定する流量測定手
    段と、これら圧力、差圧および気水分離後熱水流量の測
    定値から前記二相流の気水分離後の蒸気流量を求める演
    算を行う演算手段とを具備することを特徴とする流量測
    定装置。
  4. 【請求項4】 前記演算手段は、飽和蒸気表のデータを
    記憶しており、前記演算においてそのデータを利用する
    もの、あるいは前記演算において蒸気の状態式を用いる
    ものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに
    記載の装置。
  5. 【請求項5】 前記二相流の気水分離はフラッシュタン
    クによって行われることを特徴とする請求項1〜4のい
    ずれかに記載の装置。
  6. 【請求項6】 管内を流れる蒸気および熱水からなる二
    相流の圧力、差圧および気水分離後の熱水流量の測定値
    から前記二相流の乾き度を演算で求めることを特徴とす
    る乾き度測定方法。
  7. 【請求項7】 管内を流れる蒸気および熱水からなる二
    相流の圧力、差圧および気水分離後の熱水流量の測定値
    から前記二相流中の蒸気流量あるいは熱水流量を演算で
    求めることを特徴とする流量測定方法。
  8. 【請求項8】 管内を流れる蒸気および熱水からなる二
    相流の圧力、差圧および気水分離後の熱水流量の測定値
    から前記二相流の気水分離後の蒸気流量を演算で求める
    ことを特徴とする流量測定方法。
  9. 【請求項9】 前記演算に際しては、前記圧力の測定値
    に基づき、飽和蒸気表を参照して前記二相流中の蒸気の
    比重量、熱水の比重量、蒸気の比エンタルピ、および熱
    水の比エンタルピを得ることを特徴とする請求項6〜8
    のいずれかに記載の測定方法。
  10. 【請求項10】 前記気水分離はフラッシュタンクによ
    って行われることを特徴とする請求項6〜9のいずれか
    に記載の測定方法。
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