CN111609905A - 气液两相分离计量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液两相分离计量装置及方法，所述气液两相分离计量装置，包括：分离称重水箱，所述分离称重水箱限定出内腔，且具有与所述内腔连通的进口、气相出口和液相出口，所述液相出口设有液相出口阀；气水分离器，所述气水分离器安装于所述分离称重水箱内；测重元件，所述测重元件用于测量所述分离称重水箱在液相分离前后的重量。本发明的气液两相分离计量装置，分离效果好，适用于大流量的气液分离，测量精度高。

Description

气液两相分离计量装置及方法

技术领域

本发明属于气液分离计量技术领域，具体而言，涉及一种气液两相分离计量装置及方法。

背景技术

为了研究AP1000反应堆自动卸压***第四级阀门(ADS-4)开启后热管段与ADS-4管线形成的T型管结构处发生的气液两相流动现象，需对ADS-4支管内汽液两相混合物中的液相质量进行称重，分析在发生液相夹带时液相的夹带量。若液相夹带量过大，有可能导致堆芯发生裸露，造成包壳破裂或堆芯烧毁等严重事故。因此需对ADS-4夹带中的液相夹带量进行分离称重测量。

气液两相分离装置广泛应用于工业含液***中将气体和液体分离，提高气相的纯度或干燥程度，减少液相成分，也可用于液体除杂，油水分离等应用场合。根据其分离原理可分为密度法和粒子法。密度法是利用组分密度不同对混合物进行分离，相同体积下气体质量远小于液体质量，包括重力沉降、折流分离、离心力分离、填料分离等。粒子法是利用粒子大小不同对混合物进行分离，气体分子距离远大于液体分子距离，其粒子也远小于液体粒子，包括丝网分离、超滤分离等。

在进行气液分离并称重时，工业上的常规做法是在称重设备前设置气液分离器，根据实际需求选择适合的气液分离器，分离后再进行称重。但是相关技术中的气液两相分离计量装置难以用于大流量工况的测量，且测量精度不高，容易受到压力温度波动的影响，存在改进空间。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

根据本发明实施例的气液两相分离计量装置，包括：分离称重水箱，所述分离称重水箱限定出内腔，且具有与所述内腔连通的进口、气相出口和液相出口，所述液相出口设有液相出口阀；气水分离器，所述气水分离器安装于所述分离称重水箱内；测重元件，所述测重元件用于测量所述分离称重水箱在液相分离前后的重量。

根据本发明实施例的气液两相分离计量装置，分离效果好，适用于大流量的气液分离，测量精度高。

根据本发明一个实施例的气液两相分离计量装置，还包括：加热丝，所述加热丝沿所述分离称重水箱的外周缠绕；保温层，所述保温层包覆在所述分离称重水箱的外壁。

根据本发明一个实施例的气液两相分离计量装置，还包括：温度传感器，所述温度传感器安装于所述分离称重水箱，且伸入到所述内腔；压力变送器，所述压力变送器安装于所述分离称重水箱，且伸入到所述内腔；控制器，所述加热丝、所述温度传感器、所述压力变送器、所述测重元件均与所述控制器通讯连接，所述控制设置为根据所述温度传感器、所述压力变送器的测量数据调节所述加热丝的功率。

根据本发明一个实施例的气液两相分离计量装置，所述控制器包括：数据采集模块，所述温度传感器、所述压力变送器、所述测重元件均与所述数据采集模块通讯连接；处理器，所述处理器与所述数据采集模块及所述加热丝通讯连接。

根据本发明一个实施例的气液两相分离计量装置，所述进口、所述气相出口和所述液相出口均连接有金属软管。

根据本发明一个实施例的气液两相分离计量装置，所述进口通过第一法兰连接有进口金属软管，所述气相出口通过第二法兰连接有气相出口金属软管，所述液相出口通过快速接头连接有液相出口金属软管。

根据本发明一个实施例的气液两相分离计量装置，所述气水分离器包括多个波纹板，所述波纹板将所述内腔分为上腔和下腔，所述气相出口与所述上腔连通，所述液相出口与所述下腔连通，所述进口与所述波纹板的侧面正对设置。

根据本发明一个实施例的气液两相分离计量装置，所述分离称重水箱内安装有支撑板，所述气水分离器支撑于所述支撑板，所述支撑板具有多个通孔，所述通孔具有倒圆角。

根据本发明一个实施例的气液两相分离计量装置，还包括：隔热板，所述分离称重水箱支撑于隔热板上；支架，所述支架安装于所述隔热板下方，且所述测重元件包括安装于所述支架下表面的称重传感器。

本发明还提出了一种气液两相分离计量方法，包括如下步骤：关闭液相出口阀，记录测重元件的数据W1；将待测气液两相混合物从进口通入所述分离称重水箱，经过目标时间后，停止向分离称重水箱内注入气液两相混合物，记录所述测重元件的数据W2，液相质量为W2-W1；开启液相出口阀以排除液相。

本发明还提出了一种气液两相分离计量方法，包括如下步骤：关闭液相出口阀，打开快速接头将液相出口金属软管与分离称重水箱断开，记录测重元件的数据W1；将待测气液两相混合物从进口通入所述分离称重水箱，经过目标时间后，停止向分离称重水箱内注入气液两相混合物，记录所述测重元件的数据W2，液相质量为W2-W1；通过快速接头连接液相出口与液相出口金属软管，开启液相出口阀以排除液相。

所述气液两相分离计量方法与上述的气液两相分离计量装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的气液两相分离计量装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的气液两相分离计量装置的结构示意图(示出了控制器)；

图3是根据本发明实施例的支撑板的端面俯视图；

图4是根据本发明实施例的支撑板的轴侧图。

附图标记：

气液两相分离计量装置100；

进口金属软管1，第一法兰2，进口管道3，保温层4，分离称重水箱5，气水分离器6，加热丝7，气相出口管道8，减压阀9，第二法兰10，气相出口金属软管11，温度传感器12，压力变送器13，第三法兰14，支撑板15，通孔15a，隔热板16，支架17，测重元件18，液相出口管道19，液相出口阀20，快速接头21，液相出口金属软管22，数据采集模块23，处理器24。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，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发明中的具体含义。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的气液两相分离计量装置100。

如图1-图4所示，根据本发明一个实施例的气液两相分离计量装置100包括：分离称重水箱5、气水分离器6和测重元件18。

其中，分离称重水箱5限定出内腔，在一些实施例，分离称重水箱5包括下箱体和上盖，下箱体的上端敞开，上盖安装于下箱体的上端，上盖与下箱体可以通过第三法兰14相连，第三法兰14可以为不锈钢法兰，这种结构的法兰便于气水分离器6的安装。

如图1所示，分离称重水箱5具有与内腔连通的进口、气相出口和液相出口，进口可以设在分离称重水箱5的侧壁，气相出口可以设在分离称重水箱5的顶壁，液相出口可以设在分离称重水箱5的底壁。在分离称重水箱5包括下箱体和上盖的实施例中，进口可以设在下箱体的侧壁的上部，气相出口可以设在上盖的顶壁，液相出口可以设在下箱体的底壁。

如图1所示，分离称重水箱5的侧壁设有进口管道3，进口管道3限定出进口，分离称重水箱5的顶壁设有气相出口管道8，气相出口管道8限定出气相出口，分离称重水箱5的底壁设有液相出口管道19，液相出口管道19限定出液相出口管道19，进口管道3、气相出口管道8、液相出口管道19均朝背离内腔的方向延伸且凸出于分离称重水箱5的壁面以便于与其他管路连接。

液相出口设有液相出口阀20，液相出口阀20用于可选择性地关闭液相出口，液相出口阀20可以为球阀。气相出口可以布置有减压阀9，这样，可以实现不同压力下的气液两相分离。

气水分离器6安装于分离称重水箱5内，设置内置式的气水分离器6可以大大增加分离的液相质量，避免同时采用大容积的气水分离器和称重水箱对液相进行分离称重。

测重元件18用于测量分离称重水箱5在液相分离前后的重量，通过对分离称重水箱5在液相分离后的重量与液相分离前的重量作差值处理即可得到液相重量。测重元件18可以是各类用于检测重量的量具，包括但不限于称重传感器、杠杆式秤等。

在分离称重前，关闭液相出口阀20，记录测重元件18的数据W1。气液两相混合物经进口流入分离称重水箱5中，经过目标时间，气液两相混合物经气水分离器6分离后，气相从分离称重水箱5顶部的气相出口排至大气，液相在重力作用下流至分离称重水箱5底部。分离称重水箱5下方布置有测重元件18，对液相质量进行称重。分离前后称重传感器的差值即为液相质量。分离结束后，通过快速接头21连接液相出口管道19和液相出口金属软管22，打开液相出口阀20，将分离称重水箱5排空。

根据本发明实施例的气液两相分离计量装置100，分离效果好，适用于大流量的气液分离，测量精度高。

在一些实施例中，如图1所示，气液两相分离计量装置100还可以包括：加热丝7和保温层4。

其中，加热丝7沿分离称重水箱5的外周缠绕，加热丝7可以为电加热丝，电加热丝便于调节加热功率，加热丝7可以对较高温度下的蒸汽-水进行适当的热补偿。保温层4包覆在分离称重水箱5的外壁，保温层4可以包括硅酸盐保温棉。需要说明的是，除了分离称重水箱5外相关管道也可以用保温层4包裹，减小蒸汽-水分离称重时蒸汽的冷凝。

在一些实施例中，如图1所示，气液两相分离计量装置100还可以包括：温度传感器12、压力变送器13和控制器。

温度传感器12安装于分离称重水箱5，且温度传感器12伸入到内腔，压力变送器13安装于分离称重水箱5，且压力变送器13伸入到内腔。其中温度传感器12和压力变送器13可以均安装于上盖。

加热丝7、温度传感器12、压力变送器13、测重元件18均与控制器通讯连接，控制设置为根据温度传感器12、压力变送器13的测量数据调节加热丝7的功率。

可以理解的是，在分离称重时，为了防止加热功率过低或过高，分离称重水箱5顶部布置有温度传感器12和压力变送器13，可以实时监控液相分离质量，对液相流量以及整个分离过程液相夹带量进行测量，且可以通过调节加热功率使分离称重水箱5内蒸汽温度处于饱和状态。

如图2所示，控制器包括：数据采集模块23和处理器24。温度传感器12、压力变送器13、测重元件18均与数据采集模块23通讯连接，处理器24与数据采集模块23及加热丝7通讯连接。数据采集模块23用于采集温度传感器12、压力变送器13检测的参数，并输出给处理器24，处理器24根据压力和温度来控制加热功率。

在一些实施例中，如图1所示，分离称重水箱5的进口、气相出口和液相出口均连接有金属软管。可以理解的是，与分离称重水箱5相连的管道均采用金属软管，减少管道应力对液相质量测量准确度的影响。

如图1所示，进口通过第一法兰2连接有进口金属软管1，气相出口通过第二法兰10连接有气相出口金属软管11，液相出口通过快速接头21连接有液相出口金属软管22。这样分离称重水箱5的管道均通过法兰或快速接头21连接，安装方便。在分离称重前，关闭液相出口阀20，打开快速接头21，将液相出口金属软管22与分离称重水箱5断开，防止管道连接的应力影响液相质量测量精度。

如图1-图2所示，气水分离器6包括多个波纹板，波纹板将内腔分为上腔和下腔，气相出口与上腔连通，液相出口与下腔连通，进口与波纹板的侧面正对设置。采用波纹板气水分离器6对气液两相进行分离，分离效果好。

如图1-图4所示，分离称重水箱5内安装有支撑板15，气水分离器6支撑于支撑板15，支撑板15具有多个通孔15a，多个通孔15a成点阵排列，通孔15a具有倒圆角。支撑板15可以为不锈钢制成。通过支撑板15支撑气水分离器6，结构简单，便于安装。倒圆角可以防止液滴在表面张力的作用下附着在支撑板15上，从而影响液相质量的测量。

如图1-图2所示，气液两相分离计量装置100还包括：隔热板16和支架17，分离称重水箱5支撑于隔热板16上，支架17安装于隔热板16下方，且测重元件18包括安装于支架17下表面的称重传感器。称重传感器可以包括均布的多个以提高测量精度。

根据本发明实施例的气液两相分离计量装置100，分离称重前，关闭液相出口阀20，打开快速接头21，将液相出口金属软管22与分离称重水箱5断开，防止管道连接的应力影响液相质量测量精度。气液两相混合物经进口金属软管1、第一法兰2、进口管道3流入分离称重水箱5中，经气水分离器6分离后，气相从分离称重水箱5的顶部的管道和气相出口金属软管11排至大气，液相在重力作用下流至分离称重水箱5底部。分离称重水箱5下方布置有测重元件18，对液相质量进行称重。分离称重水箱5外部包裹有加热丝7，分离称重水箱5外部和不锈管管道均包裹有保温层4。通过加热丝7的加热补偿和保温棉，降低蒸汽冷凝量。分离称重时，为了防止加热功率过低或过高，分离称重水箱5顶部布置有温度传感器12和压力变送器13，通过调节加热功率使分离称重水箱5内蒸汽温度处于饱和状态。分离前后称重传感器的差值即为液相质量。称重传感器输出信号通过数据采集***实时输入计算机中，从而获得液相流量以及整个夹带过程的总质量。分离结束后，通过快速接头21连接液相出口管道19和液相出口金属软管22，打开液相出口阀20，将分离称重水箱5排空。

本发明实施例的气液两相分离计量装置100，提供了一种气液两相分离称重一体化装置，可用于不同压力下的空气-水、蒸汽-水两相分离称重，利用波纹板分离器气液两相分离效果好，测量精度高，还可对液相流量进行测量。

该气液两相分离计量装置100，可以用于常温下以及需要进行加热补偿下的较高温度下蒸汽-水气液两相分离称重。同时分离称重水箱5采用法兰连接，气水分离器6通过其底部的带通孔15a的不锈钢支撑板15支撑，大大简化了气水分离器6的安装。将气水分离器6内置在称重水箱中能大大增加分离器分离的液相质量，避免同时采用大容积的气水分离器6和称重水箱对液相进行分离称重。

本发明还公开了一种气液两相分离计量方法，该气液两相分离计量方法使用上述任一种实施例的气液两相分离计量装置100。

该气液两相分离计量方法包括如下步骤：关闭液相出口阀20，记录测重元件18的数据W1；将待测气液两相混合物从进口通入分离称重水箱5，经过目标时间后，停止向分离称重水箱5内注入气液两相混合物，记录测重元件18的数据W2，液相质量为W2-W1；开启液相出口阀20以排除液相。

重量差值的计算方法测量简单，能测量的范围广，且在测量时无需转移液相。

本发明还公开了一种气液两相分离计量方法，该气液两相分离计量方法包括如下步骤：关闭液相出口阀20，打开快速接头21将液相出口金属软管22与分离称重水箱5断开，记录测重元件18的数据W1；将待测气液两相混合物从进口通入分离称重水箱5，经过目标时间后，停止向分离称重水箱5内注入气液两相混合物，记录测重元件18的数据W2，液相质量为W2-W1；通过快速接头21连接液相出口与液相出口金属软管22，开启液相出口阀20以排除液相。该测量方法消除了外部管路的应力对测量结果的影响。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种气液两相分离计量装置，其特征在于，包括：

分离称重水箱，所述分离称重水箱限定出内腔，且具有与所述内腔连通的进口、气相出口和液相出口，所述液相出口设有液相出口阀；

气水分离器，所述气水分离器安装于所述分离称重水箱内；

测重元件，所述测重元件用于测量所述分离称重水箱在液相分离前后的重量。

2.根据权利要求1所述的气液两相分离计量装置，其特征在于，还包括：

加热丝，所述加热丝沿所述分离称重水箱的外周缠绕；

保温层，所述保温层包覆在所述分离称重水箱的外壁。

3.根据权利要求2所述的气液两相分离计量装置，其特征在于，还包括：

温度传感器，所述温度传感器安装于所述分离称重水箱，且伸入到所述内腔；

压力变送器，所述压力变送器安装于所述分离称重水箱，且伸入到所述内腔；

控制器，所述加热丝、所述温度传感器、所述压力变送器、所述测重元件均与所述控制器通讯连接，所述控制设置为根据所述温度传感器、所述压力变送器的测量数据调节所述加热丝的功率。

4.根据权利要求3所述的气液两相分离计量装置，其特征在于，所述控制器包括：

数据采集模块，所述温度传感器、所述压力变送器、所述测重元件均与所述数据采集模块通讯连接；

处理器，所述处理器与所述数据采集模块及所述加热丝通讯连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的气液两相分离计量装置，其特征在于，所述进口、所述气相出口和所述液相出口均连接有金属软管。

6.根据权利要求5所述的气液两相分离计量装置，其特征在于，所述进口通过第一法兰连接有进口金属软管，所述气相出口通过第二法兰连接有气相出口金属软管，所述液相出口通过快速接头连接有液相出口金属软管。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的气液两相分离计量装置，其特征在于，所述气水分离器包括多个波纹板，所述波纹板将所述内腔分为上腔和下腔，所述气相出口与所述上腔连通，所述液相出口与所述下腔连通，所述进口与所述波纹板的侧面正对设置。

8.根据权利要求7所述的气液两相分离计量装置，其特征在于，所述分离称重水箱内安装有支撑板，所述气水分离器支撑于所述支撑板，所述支撑板具有多个通孔，所述通孔具有倒圆角。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的气液两相分离计量装置，其特征在于，还包括：

隔热板，所述分离称重水箱支撑于隔热板上；

支架，所述支架安装于所述隔热板下方，且所述测重元件包括安装于所述支架下表面的称重传感器。

10.一种使用如权利要求1-9中任一项所述的气液两相分离计量装置的气液两相分离计量方法，其特征在于，包括如下步骤：

关闭液相出口阀，记录测重元件的数据W1；

将待测气液两相混合物从进口通入所述分离称重水箱，经过目标时间后，停止向分离称重水箱内注入气液两相混合物，记录所述测重元件的数据W2，液相质量为W2-W1；

开启液相出口阀以排除液相。

11.一种使用如权利要求6所述的气液两相分离计量装置的气液两相分离计量方法，其特征在于，包括如下步骤：

关闭液相出口阀，打开快速接头将液相出口金属软管与分离称重水箱断开，记录测重元件的数据W1；

将待测气液两相混合物从进口通入所述分离称重水箱，经过目标时间后，停止向分离称重水箱内注入气液两相混合物，记录所述测重元件的数据W2，液相质量为W2-W1；

通过快速接头连接液相出口与液相出口金属软管，开启液相出口阀以排除液相。

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