CN116772949A - 一种湿蒸汽的测量方法 - Google Patents

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赵文旻
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Abstract

本发明公开了一种湿蒸汽的测量方法，包括：S1、获取测量管道上工况的压力P、温度T、气核区气液混合物的流速u及气液混合物的虚高质量流量mmix；S2、根据压力P与温度T计算管道气态水的密度ρg和粘度μg；S3、气核区中有液相，该液相以液滴形式被夹带于气核区，计算液滴直径；S4、计算步骤S3中液滴流速与气相流速的比值，该比值为滑速比；S5、计算截面含气率α、液滴夹带量e、液滴体积流量Qd、液滴所占面积Ad、气态水的质量流量mg及液态水的质量流量mg；S6、将步骤S3到S5中数据通过方程式求解，计算的到到气态水体积流量Qg和液态水体积流量Ql。根据本发明，能够有效提高湿蒸汽环境下流量检测的精度，也是便于在工程实践中进行使用的。

Description

一种湿蒸汽的测量方法
技术领域
本发明涉及湿蒸汽测量的技术领域，特别涉及一种湿蒸汽的测量方法。
背景技术
湿蒸汽是水和蒸汽共存气液混合物，其流动是气液两相流。由于相界面和流动结构在空间上的分布随时间变化，因此两相流流量测量比单相流的流量测量更为复杂，是尚未解决的难题之一。近年来，随着天然气开采量的增大，供暖***对计量精度要求的提高，寻求气液两相流流量测量的有效方法也愈见重要。由于气液两相流流型复杂，流动状态多变等特点，使用单一流量计无法实现高精度的流量测量，但是两种或以上流量计相组合的方式，可以很大程度的提高计量精度。差压式流量计是最常用的两相流测量仪器，如孔板、文丘里和V锥等已广泛应用于气液两相流的体积流量测量领域中，占据气液两相流流量计市场的80％，大多数用于湿蒸汽计量的差压式流量计是孔板流量计。孔板流量计用于湿蒸汽计量的独特优势，因为不需要现场标定，可以从计量章程中计算得到它的不确定度。孔板流量计用于气液两相流流量计量的常用方式，是与其他节流式流量计组合，利用两种流量计的虚高模型差异性，计算气相和液相的质量流量，由于湿蒸汽中液相含量较小，虚高模型的差异性小，双节流式流量计组合的方式用于湿蒸汽测量时误差很大。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种湿蒸汽的测量方法，能够有效提高湿蒸汽环境下流量检测的精度，也是便于在工程实践中进行使用的。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种湿蒸汽的测量方法，包括：
S1、获取测量管道上工况的压力P、温度T、气核区气液混合物的流速u及气液混合物的虚高质量流量mmix；
S2、根据压力P与温度T计算管道气态水的密度ρg和粘度μg；
S3、气核区中有液相，该液相以液滴形式被夹带于气核区，计算液滴直径；
S4、计算步骤S3中液滴流速与气相流速的比值，该比值为滑速比；
S5、计算截面含气率α、液滴夹带量e、液滴体积流量Qd、液滴所占面积Ad、气态水的质量流量mg及液态水的质量流量mg；
S6、将步骤S3到S5中数据通过方程式求解，计算的到到气态水体积流量Qg和液态水体积流量Ql。
优选的，测量管道的上游处安装压力传感器和温度传感器，该压力传感器和温度传感器分别用来获取工况的压力P和温度T。
优选的，测量管道中游处安装涡街传感器用来获取气核区气液混合物的流速uc。
优选的，测量管道下游处安装孔板流量计用来获取管道中气液混合物的虚高质量流量mmix。
优选的，步骤S3中φd使用进行计算，其中/>ρl是液态水的密度，ul是液态水的流速，D是管道直径，σ是水的表面张力。
优选的，步骤S4中滑速比其中/>ug是气态水的流速。
优选的，步骤S5中截面含气率α使用下式计算，其中g是重力加速度：
液滴夹带量e用下式进行计算：
液滴体积流量Qd＝e*Ql，其中Ql＝(1-α)A*ul，A是管道横截面积；
液滴所占面积
气态水的质量流量为：mg＝(uc(α)A+Ad)-Qd)*ρg，液态水的质量流量为：mg＝Ql*ρl，两个质量流量和孔板流量计存在关系：mmix＝mg+ml。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：将孔板流量计和涡街流量计结合，使用涡街流量计输出的气体流速计算液体流速、孔板流量计的虚高质量流量、压力传感器的工况压力和温度传感器的温度，计算空隙率、液滴夹带、气液滑移比和其他从经验公式中获得的两相参数，用液态水流量来修正气态水流量。通过气液两相流实验进行了验证，当液体含量较大时，与未修正数据相关的误差较大，但修正后的误差明显减少。本专利提出的用于测量湿蒸汽流量的装置和方法是实际可行的，能够有效提高湿蒸汽环境下流量检测的精度，也是便于在工程实践中进行使用的。
附图说明
图1为根据本发明的湿蒸汽的测量方法的装置结构示意图；
图2为根据本发明的湿蒸汽的测量方法的求解ug迭代算法的流程图；
图3为根据本发明的湿蒸汽的测量方法的实验结果对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
参照图1-3，本专利提出的孔板流量计和涡街流量计组合方式测量湿蒸汽的方法是，涡街流量计测量气相体积流量，带入虚高模型，由孔板流量计给出的虚高流量求出液相体积流量，具体实施步骤如下：
1)在测量管道中根据流体流动方向，分别安装温度传感器、压力传感器、涡街流量计和孔板流量计，如图1所示。
2)使用压力器和温度传感器测量得到的压力P和温度T获取管道气态水的密度ρg和粘度μg。
3)使用孔板流量计的输出mmix和涡街流量计的输出uc计算气态水和液态水流量将采用迭代计算的方法，设置ug的初始值ug (0)＝uc。
4)由于气态水和液态水的速度差和密度差的存在，导致计算得到的气态水流速与实际值之间有偏差，未校正的气态水流速ug(n-1)和第n轮迭代修正的气态水流速ug(n)使用下式计算，其中n是整数且大于0：
5)液相以液滴形式被夹带于气核区，液滴直径φd使用 进行计算，其中/>ρl是液态水的密度，ul是液态水的流速，D是管道直径，σ是水的表面张力。
6)液滴流速与气相流速的比值是滑速比其中/>
7)截面含气率α使用下式计算，其中g是重力加速度：
8)液滴夹带量e用下式进行计算：
9)液滴体积流量Qd＝e*Ql，其中Ql＝(1-α)A*ul，A是管道横截面积。
10)液滴所占面积
11)气态水的质量流量为：mg＝(uc(α)A+Ad)-Qd)*ρg，液态水的质量流量为：mg＝Ql*ρl，两个质量流量和孔板流量计存在关系：mmix＝mg+ml。
12)计算
13)比较气态水流速两次迭代的值，当满足|ug(n+1)-ug(n)|＜0.15时，迭代计算结束，否则重复第4步到第13步。
14)最后一次迭代计算过程中的数值中，ug(n+1)为气态水流速，mg为液态水的质量流量。
在气液两相流实验室进行了气液两相流实流实验，包括三个压力点200kPa、300kPa和400kPa，5个气相流速12m/s、14m/s、16m/s、18m/s和20m/s,液相流速范围为0到0.09m/s，按专利提出的方法对涡街流量计输出的气相体积流量进行修正，其中液相流速用液相标准表输出的标准值带入。气体体积流量的未修正值、修正值与气相体积流量标准值的相对误差对比如图2所示。
大部分实验点下，气相体积流量修正值的相对误差在5％以内，液相表观流速较小时，相对误差较小，负值表示计算值比标准值小，随着液相流速增大，相对误差也越大，这与截面含气率计算式的误差随含液量增加而增大的趋势是一样的。未修正的气体体积流量在5％误差范围内的数据点百分比为78.5％，修正后的气体体积流量在5％误差范围内的数据点百分比为88.6％，说明了本专利提出的湿蒸汽的测量方法能够有效提高检测精度。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种湿蒸汽的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取测量管道上工况的压力P、温度T、气核区气液混合物的流速u及气液混合物的虚高质量流量mmix；
S2、根据压力P与温度T计算管道气态水的密度ρg和粘度μg；
S3、气核区中有液相，该液相以液滴形式被夹带于气核区，计算液滴直径；
S4、计算步骤S3中液滴流速与气相流速的比值，该比值为滑速比；
S5、计算截面含气率α、液滴夹带量e、液滴体积流量Qd、液滴所占面积Ad、气态水的质量流量mg及液态水的质量流量mg；
S6、将步骤S3到S5中数据通过方程式求解，计算的到到气态水体积流量Qg和液态水体积流量Ql。
2.如权利要求1所述的一种湿蒸汽的测量方法，其特征在于，测量管道的上游处安装压力传感器和温度传感器，该压力传感器和温度传感器分别用来获取工况的压力P和温度T。
3.如权利要求2所述的一种湿蒸汽的测量方法，其特征在于，测量管道中游处安装涡街传感器用来获取气核区气液混合物的流速uc。
4.如权利要求3所述的一种湿蒸汽的测量方法，其特征在于，测量管道下游处安装孔板流量计用来获取管道中气液混合物的虚高质量流量mmix。
5.如权利要求1所述的一种湿蒸汽的测量方法，其特征在于，步骤S3中φd使用进行计算，其中/>ρl是液态水的密度，ul是液态水的流速，D是管道直径，σ是水的表面张力。
6.如权利要求5所述的一种湿蒸汽的测量方法，其特征在于，步骤S4中滑速比其中/>ug是气态水的流速。
7.如权利要求1所述的一种湿蒸汽的测量方法，其特征在于，步骤S5中截面含气率α使用下式计算，其中g是重力加速度：
液滴夹带量e用下式进行计算：
液滴体积流量Qd＝e*Ql，其中Ql＝(1-α)A*ul，A是管道横截面积；
液滴所占面积
气态水的质量流量为：mg＝(uc(α)A+Ad)-Qd)*ρg，液态水的质量流量为：mg＝Ql*ρl，两个质量流量和孔板流量计存在关系：mmix＝mg+ml。
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