RU201523U1 - Gas-liquid flowmeter - Google Patents

Gas-liquid flowmeter Download PDF

Info

Publication number
RU201523U1
RU201523U1 RU2020126878U RU2020126878U RU201523U1 RU 201523 U1 RU201523 U1 RU 201523U1 RU 2020126878 U RU2020126878 U RU 2020126878U RU 2020126878 U RU2020126878 U RU 2020126878U RU 201523 U1 RU201523 U1 RU 201523U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
component
flow
measuring
liquid
Prior art date
Application number
RU2020126878U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Михайлович Беляев
Александр Иванович Попов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2020126878U priority Critical patent/RU201523U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU201523U1 publication Critical patent/RU201523U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/74Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

Покомпонентный расходомер газожидкостной среды. Предложенная модель покомпонентного расходомера газожидкостной среды ГЖС относится к области измерения расхода многокомпонентных газожидкостных потоков и может быть использована в нефтяной промышленности. Техническим результатом является упрощение бесконтактного расходомера многокомпонентной газожидкостной среды, использующего единый тепловой параметр идентификации компонента, позволивший сократить аппаратурную оснастку. Технический результат достигается тем, что содержит проточный корпус с входным и выходным патрубками, снабженными крепежными к трубопроводу фланцами, измерительный участок корпуса выполнен щелеобразным прямоугольным, к плоской стороне которого посредством сужающегося прямоугольного конуса прикреплен тепловизор с вычислительным комплексом обработки информации, а входной патрубок охвачен инфракрасным импульсным нагревателем. 4 ил.Gas-liquid medium component flowmeter. The proposed model of a component-wise gas-liquid flow meter GZhS refers to the field of measuring the flow rate of multicomponent gas-liquid flows and can be used in the oil industry. The technical result is to simplify a non-contact flowmeter of a multicomponent gas-liquid medium, using a single thermal parameter for identifying a component, which made it possible to reduce hardware equipment. The technical result is achieved by the fact that it contains a flow-through casing with inlet and outlet nozzles equipped with flanges fastening to the pipeline, the measuring section of the casing is made slit-shaped rectangular, to the flat side of which a thermal imager with a computing complex for information processing is attached to the flat side, and the input nozzle is covered by an infrared pulse heater. 4 ill.

Description

Предложенная модель покомпонентного расходомера газожидкостной среды ГЖС относится к области измерения расхода многокомпонентных газожидкостных потоков и может быть использована в нефтяной промышленности.The proposed model of a gas-liquid medium flowmeter GZhS refers to the field of measuring the flow rate of multicomponent gas-liquid flows and can be used in the oil industry.

Известен бесконтактный тепловой меточный способ измерения расхода газожидкостных потоков, реализованный в расходомере и принятый нами за прототип, состоит в последовательном измерении теплового пограничного слоя и измерении меточным методом скорости потока. Измеряется две величины: ΔТ - разность температур стенок патрубка до и после нагревателя в точках установки термопреобразователей и τ - время прихода тепловой метки к термопреобразователю за теплонагревателем. При измерении ΔТ в поток нагревателем постоянно вводится тепло. При измерении скорости движения метки в поток вводится кратковременный тепловой импульс. По совокупности этих измерений исчисляются величины газа и жидкости (Д.Д. Булкин, Г.А. Соколов. Бесконтактный тепловой расходомер для измерения газожидкостных потоков/ж. Датчики и системы. Sensors & Systems • №12.2008).Known non-contact thermal marking method for measuring the flow rate of gas-liquid flows, implemented in the flow meter and taken by us as a prototype, consists in sequential measurement of the thermal boundary layer and measuring the flow rate by the marking method. Two quantities are measured: ΔТ is the temperature difference between the walls of the branch pipe before and after the heater at the points of installation of the thermal converters and τ is the time of arrival of the thermal mark to the thermal converter behind the heater. When measuring ΔТ, heat is constantly introduced into the flow by the heater. When measuring the speed of the mark, a short-term heat pulse is introduced into the flow. On the basis of these measurements, the quantities of gas and liquid are calculated (DD Bulkin, GA Sokolov. Non-contact thermal flowmeter for measuring gas-liquid flows / railway. Sensors and systems. Sensors & Systems • No. 12.2008).

Недостатком известного способа является сложный последовательный двухступенчатый процесс нагревания контролируемого газожидкостного потока с завышенной затратой энергии на постоянное нагревание при измерении разности температур ДТ.The disadvantage of this method is a complex sequential two-stage process of heating a controlled gas-liquid flow with an overestimated energy consumption for constant heating when measuring the temperature difference of the diesel fuel.

Техническим результатом является упрощение бесконтактного расходомера многокомпонентной газожидкостной среды, использующего единый тепловой параметр идентификации компонента, позволивший сократить аппаратурную оснастку.The technical result is to simplify a non-contact flow meter of a multicomponent gas-liquid medium, using a single thermal parameter for identifying a component, which made it possible to reduce the equipment.

Технический результат достигается тем, что содержит проточный корпус с входным и выходным патрубками, снабженными крепежными к трубопроводу фланцами, измерительный участок корпуса выполнен щелеобразным прямоугольным, к плоской стороне которого посредством сужающегося прямоугольного конуса прикреплен тепловизор с вычислительным комплексом обработки информации, а входной патрубок охвачен инфракрасным импульсным нагревателем.The technical result is achieved by the fact that it contains a flow-through casing with inlet and outlet nozzles equipped with flanges fastening to the pipeline, the measuring section of the casing is made slit-shaped rectangular, to the flat side of which a thermal imager with a computing complex for information processing is attached to the flat side, and the input nozzle is covered by an infrared pulse heater.

На фиг. 1 представлен общий вид расходомера.FIG. 1 shows a general view of the flow meter.

На фиг. 2 показаны уровни приобретаемых компонентами температур.FIG. 2 shows the temperature levels acquired by the components.

На фиг. 3 показана термограмма проходящей с потоком тепловой метки.FIG. 3 shows a thermogram of a heat mark passing with the flow.

На фиг. 4 показан «единичный» объем W.FIG. 4 shows the "unit" volume W.

Покомпонентный расходомер (фиг. 1) содержит корпус 1, входной парубок 2 и выходной патрубок 3 с крепежными фланцами 4, прямоугольный щелеобразный измерительный участок 5 с плоской стенкой 6, инфракрасный импульсный нагреватель 7, прямоугольный конус 8 и тепловизор с вычислительным комплексом обработки информации 9.A component-wise flowmeter (Fig. 1) contains a housing 1, an inlet 2 and an outlet 3 with mounting flanges 4, a rectangular slot-shaped measuring section 5 with a flat wall 6, an infrared pulse heater 7, a rectangular cone 8 and a thermal imager with a computer complex for information processing 9.

При реализации модели используется высокоскоростной научный тепловизор серии FAST фирмы Telops для инфракрасного анализа быстродействующих процессов, который автоматически адаптируется к быстрым температурным изменениям (рабочая частота кадров типоразмеров от 350 до 3000 Гц и может достигать до 100000 Гц. https://www.cameraiq.ru/catalog/series/ohla-zhdaemyj-nauchnyj-teplovizor).When implementing the model, a high-speed scientific thermal imager of the FAST series from Telops is used for infrared analysis of high-speed processes, which automatically adapts to rapid temperature changes (the operating frame rate of standard sizes is from 350 to 3000 Hz and can reach up to 100,000 Hz. Https://www.cameraiq.ru / catalog / series / ohla-zhdaemyj-nauchnyj-teplovizor).

Покомпонентный расходомер ГЖС определяет массовый расход компонентов в смеси следующим образом. Контролируемый поток ГЖС проходит через входной патрубок 2 (фиг. 1), по металлическому корпусу 1 через измерительный участок 5 к выходному патрубку 3. Во входном патрубке 2 поток равномерно по всему сечению нагревается в течение времени Δt инфракрасным импульсным нагревателем 7, охватывающим входной патрубок. Поскольку скорости зарядов компонентов различны из-за различных величин их полных теплоемкостей С, то за заданное время Δt заряда каждый компонент нагревается на различную температуру Тк в зависимости от их удельных теплоемкостей «с», масс «m» и времени Δt их нагрева, т.е.Component flow meter ГЖС determines the mass flow rate of components in the mixture as follows. The controlled flow of the gas mixture passes through the inlet nozzle 2 (Fig. 1), along the metal body 1 through the measuring section 5 to the outlet nozzle 3. In the inlet nozzle 2, the flow is uniformly heated over the entire section during the time Δt by an infrared pulse heater 7, covering the inlet nozzle. Since the charge rates of the components are different due to the different values of their total heat capacities C, then for a given time Δt of the charge, each component is heated to a different temperature T k , depending on their specific heat capacities "c", masses "m" and the time Δt of their heating, t .e.

Figure 00000001
Figure 00000001

где К1-коэффициент пропорциональности.where K 1 is the coefficient of proportionality.

Поступившие в измерительный участок 5 компоненты, например: вода, нефть и газ, нагретые до разных температур Тв, Тн и Тг распределяются по его плоскости, контактируют с его стенкой и создают в ней, нагретые до этих разных температур местные области, термограмма которых показана на фиг. 3 с клеткой, соответствующей матрице тепловизора. Тепловизор 9 с вычислительным комплексом по ячейкам (клеткам) матрицы измеряет температуры в единичных объемах W (рис. 4) и по количеству клеток с равными температурами вычисляет размеры площадей (области), занимаемых каждым компонентом. Соотношения этих равнотемпературных площадей определяют доли α масс Мк компонентов в общей массе М потока (α=Мк/М).The components that entered the measuring section 5, for example: water, oil and gas heated to different temperatures T c , T n and T g are distributed along its plane, contact with its wall and create in it local areas heated to these different temperatures, thermogram which is shown in FIG. 3 with a cell corresponding to the thermal imager matrix. Thermal imager 9 with a computing complex measures the temperatures in unit volumes W (Fig. 4) from the cells (cells) of the matrix and calculates the sizes of the areas (areas) occupied by each component based on the number of cells with equal temperatures. The ratios of these equal-temperature areas determine the fraction α of the masses of Mk components in the total mass M of the flow (α = Mk / M).

При изменении скорости V контролируемого потока изменяется, при неизменном заданном времени нагрева Δt, и длина L (фиг. 3) нагретой импульсом зоны потока. Скорость V, измеренная по времени τ (фиг. 4) пробега тепловой метки по измерительному участку 4, корректирует измеренные тепловизором температуры и вычислительный комплекс тепловизора 9 определяет общую массу М всех компонентов и отдельно массы Мк компонентов по их долям α.When the speed V of the controlled flow changes, the length L (Fig. 3) of the flow zone heated by the pulse changes, with a constant predetermined heating time Δt. The speed V, measured by the time τ (Fig. 4) of the heat mark travel along the measuring section 4, corrects the temperatures measured by the thermal imager and the computing complex of the thermal imager 9 determines the total mass M of all components and separately the masses Mk of the components by their fractions α.

Идентификация компонента по величине присущей ему температуре выполняется путем сравнения его измеренной температуры с уставками температур, полученных при пусковой настройке измерения смеси конкретных компонентов в соответствии с плотностью ρ и удельной теплоемкостью с соответствующих плотности ρ и удельной теплоемкости с каждого компонента:

Figure 00000002
The identification of a component by its inherent temperature is performed by comparing its measured temperature with the temperature settings obtained at the start-up setting for measuring a mixture of specific components in accordance with the density ρ and specific heat capacity from the corresponding density ρ and specific heat capacity from each component:
Figure 00000002

Каждая ячейка матрицы вычислительного комплекса тепловизора измеряет скорректированную по скорости V потока температуру, приобретенную компонентом при его нагреве одним импульсом теплового заряда. В соответствии с уравнением (1) масса m в единичном объеме W=a*6*6 (фиг. 4) каждого компонента с учетом скорректированной температуры равна

Figure 00000003
Скорректированная по скорости V температура каждого компонента
Figure 00000004
, где К1 и К2 - коэффициенты пропорциональности, преобразуется в тепловизоре в каждой ячейке матрицы в электрический сигнал
Figure 00000005
И общая масса М всех компонентов вычислительным комплексом определяется как сумма Ея всех ячеек матрицы
Figure 00000006
Each cell of the matrix of the computing complex of the thermal imager measures the temperature corrected by the flow velocity V, acquired by the component when it is heated by one pulse of thermal charge. In accordance with equation (1), the mass m in a unit volume W = a * 6 * 6 (Fig. 4) of each component, taking into account the corrected temperature, is
Figure 00000003
Velocity-corrected temperature of each component
Figure 00000004
, where K 1 and K 2 are the proportionality coefficients, is converted in the thermal imager in each matrix cell into an electrical signal
Figure 00000005
And the total mass M of all components by the computing complex is determined as the sum of E i of all cells of the matrix
Figure 00000006

Раздельно массы компонентов подсчитываются как Мк = αк М. Например для газожидкостного потока воды, нефти и газа: МввМ, МннМ, МггМ.Separately, the masses of the components are calculated as M k = α k M. For example, for a gas-liquid flow of water, oil and gas: M in = α in M, M n = α n M, M g = α g M.

Таким образом обеспечивается построение упрощенного бесконтактного многокомпонентного расходомера, использующего единый температурный параметр идентификации компонентов и позволивший сократить аппаратурную оснастку и при этом применить стандартный тепловизор.Thus, the construction of a simplified non-contact multicomponent flow meter is provided, using a single temperature parameter for identifying components and making it possible to reduce the hardware equipment and at the same time use a standard thermal imager.

Claims (1)

Покомпонентный расходомер газожидкостной среды, характеризующийся тем, что содержит проточный корпус с входным и выходным патрубками, снабженными крепежными к трубопроводу фланцами, измерительный участок корпуса выполнен щелеобразным прямоугольным, к плоской стороне которого посредством сужающегося прямоугольного конуса прикреплен тепловизор с вычислительным комплексом обработки информации, а входной патрубок охвачен инфракрасным импульсным нагревателем.A component-wise flowmeter for a gas-liquid medium, characterized by the fact that it contains a flow-through housing with inlet and outlet nozzles equipped with flanges fastening to the pipeline; covered by an infrared pulse heater.
RU2020126878U 2020-08-11 2020-08-11 Gas-liquid flowmeter RU201523U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020126878U RU201523U1 (en) 2020-08-11 2020-08-11 Gas-liquid flowmeter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020126878U RU201523U1 (en) 2020-08-11 2020-08-11 Gas-liquid flowmeter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU201523U1 true RU201523U1 (en) 2020-12-21

Family

ID=74062672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020126878U RU201523U1 (en) 2020-08-11 2020-08-11 Gas-liquid flowmeter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU201523U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2060467C1 (en) * 1992-08-31 1996-05-20 Виктор Васильевич Хохлов Thermal flowmeter
UA23910U (en) * 2007-02-05 2007-06-11 Univ Vinnytsia Nat Tech Appliance for measurement of rate and direction of gas flow
KR100974515B1 (en) * 2002-05-29 2010-08-10 씨케이디 가부시키 가이샤 Thermal flowmeter
WO2016209893A1 (en) * 2015-06-26 2016-12-29 Baker Hughes Incorporated Multiphase thermal flowmeter for stratified flow

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2060467C1 (en) * 1992-08-31 1996-05-20 Виктор Васильевич Хохлов Thermal flowmeter
KR100974515B1 (en) * 2002-05-29 2010-08-10 씨케이디 가부시키 가이샤 Thermal flowmeter
UA23910U (en) * 2007-02-05 2007-06-11 Univ Vinnytsia Nat Tech Appliance for measurement of rate and direction of gas flow
WO2016209893A1 (en) * 2015-06-26 2016-12-29 Baker Hughes Incorporated Multiphase thermal flowmeter for stratified flow

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yap Turbulent heat and momentum transfer in recirculating and impinging flow
Johnk et al. Temperature profiles for turbulent flow of air in a pipe—I: The fully developed heat-transfer region
CN103954650B (en) A kind of solid material thermal diffusion coefficient method of testing and system
Kim et al. Experimental and numerical analysis of heat transfer phenomena in a sensor tube of a mass flow controller
Lin et al. Study of strong temperature mixing in subsonic grid turbulence
RU201523U1 (en) Gas-liquid flowmeter
Baughn et al. Heat transfer, temperature, and velocity measurements downstream of an abrupt expansion in a circular tube at a uniform wall temperature
JPS6126809A (en) Method and instrument for detecting state of sticking body in fluid pipe
Semenov et al. Liquid and gas optical flowmeter model development
RU2752412C1 (en) Method for measuring the flow rate of gas-liquid flow
Wehbi et al. Heat transfer based flowmeter for high temperature flow rate measurements: Design, implementation and testing
Manohar et al. A comparison of correlations for heat transfer from inclined pipes
RU2631007C1 (en) Heat meter based on overhead sensors
Hommema et al. Heat transfer in condensing, pulsating flows
Khosla et al. Combined forced and natural convective heat transfer to air in a vertical tube
EP0019480A2 (en) Method and apparatus for measuring the temperature of hot gases
Weiland et al. Measurements of heat-transfer and friction coefficients for air flowing in a tube of length-diameter ratio of 15 at high surface temperatures
Stefan et al. Flow establishment and initial entrainment of heated water surface jets
Kumar Heat transfer and friction characteristics in three-side solar air heaters with the combination of multi-v and transverse wire roughness
US3498126A (en) Apparatus for measuring the enthalpy of high temperature gases
Volchkov et al. Heat Transfer of Sodium and a Sodium-Potassium Alloy in Short Vertical Pipes by Combined Convection
SU932292A1 (en) Method of measuring heat consumption
SU977958A1 (en) Device for measuring falling drop average mass temperature
RU2087871C1 (en) Method of measurement of flow rate of multiphase stream
Richards et al. An experimental study of the cooling effectiveness of a laminar two-dimensional tangential film in hypersonic flow