CN1746632A - 弯管与流量计组合的两相流双参数测量方法及*** - Google Patents

Abstract

一种弯管与容积式流量计或速度式流量计组合实现同时测量两相流流量和相含率的双参数测量方法和***。***包括弯管传感器、差压变送器、流量计、温度变送器、压力变送器和计算机组成。通过流量计测量流量信号，通过差压变送器测量流体流过弯管时在弯管内外侧产生的差压信号，通过压力变送器、温度变送器测量流体压力和温度信号，通过计算机采集各路信号进行分析计算，根据管道截面积计算出流体平均流速，然后基于混合流体密度与弯管差压和平均流速的函数关系求得混合流体密度，根据单相流体密度计算出每相流体的相含率，得到分相流量。

Description

弯管与流量计组合的两相流双参数测量方法及***

所属技术领域

本发明属于计量检测技术领域，涉及液液两相流流量与相含率同时测量的弯管与流量计组合的双参数测量方法及***。

背景技术

液液两相流动普遍存在于石油、化工等工业领域。常规计量方法分为分离计量和不分离计量两种方式。分离计量将液液相分开后分别计量，优点是分别计量单相液体，计量准确性好。但在工业过程中，想达到理想的液液分离需要增加高效的分离装置，而且需要足够的分离时间，影响实时测量的需要。不分离计量采用流量计配相含率仪表方式，流量计通常采用容积式流量计、涡轮流量计、差压流量计、超声流量计、质量流量计等多种形式。相含率测量常用密度计、射线衰减、电容、电导、光纤反射、微波吸收、过程层析成像等方法。密度计法原理简单，但实际振动管密度计应用中受到安装应力、结垢等问题影响，使用效果并不理想，电容分析仪不适用于高含水条件，射线衰减分析仪含有放射性元件受到工业卫生、安全环保多方面的管理限制，成像含率分析仪仪表费用成本较高，设备复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种不需进行相分离、用弯管与容积式流量计或速度式流量计组合实现同时测量两相流流量和相含率的双参数测量方法和***。

***由弯管传感器、差压变送器、流量计、温度变送器、压力变送器和计算机组成。

方法步骤是：通过流量计测量流量信号，通过差压变送器测量流体流过弯管时在弯管内外侧产生的差压信号，通过压力变送器、温度变送器测量流体压力和温度信号，通过计算机采集各路信号进行分析计算，根据管道截面积计算出流体平均流速，然后基于混合流体密度与弯管差压和平均流速的函数关系求得混合流体密度，根据流体温度和压力计算出两个单相流体的工况密度，进而计算出每相流体的相含率，得到分相流量。

本发明的的优点：利用结构简单的弯管传感器和一种流量计进行组合，形成双参数测量***，解决了同时测量两相流流量和相含率的难题，***中的流量计可以用容积式也可以用速度式等原理的流量计，***不需要进行两相分离，测量管路无阻流可动元件、***压力损失小，可靠性好，弯管差压信号与流速和流体密度函数关系明确，***自带温度、压力补偿功能，测量准确性高，成本低，适用于石油、石化等工业领域各种两相流流量和相含率的测量。

附图说明

附图是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如附图所示，此测量***包括差压变送器1、弯管传感器2，压力变送器3，温度变送器4，流量计5，计算机6。

当流体以一定流速流过弯管2时，在离心力作用下弯管内外侧产生压力差，差压变送器1检测弯管内外侧对称部位的差压值，差压与流速、流体密度、弯管结构尺寸参数的函数关系为

$\mathrm{\ΔP}=\mathrm{c\ρd}\frac{v^2}{R}...\left(1\right)$

式中：ΔP-弯管内外侧压力差，MPa；

c-流量常数；

ρ-流体密度，kg/m³；

V-流体平均流速，m/s；

d-弯管内径，mm；

R-弯管中心曲率半径，mm。

由式(1)可见，当流体以一定速度流过弯管时，差压与流体密度具有确定的一一对应函数关系，由(1)式变换可得到流体密度为

$\mathrm{\ρ}=\frac{R}{\mathrm{cd}}\frac{1}{v^2}\mathrm{\ΔP}...\left(2\right)$

计算机根据流量计测得的体积流量值Q计算出流体平均流速V，根据事先置入的弯管几何参数和差压变送器1测得的差压值，按照式(2)计算出流体的实时密度ρ。温度变送器4和压力变送器3测得流体实时温度T、实时压力P，送入计算机，计算机从存储模块中提取计算两相流体在温度T、压力P时的分相密度ρ₁和ρ₂，设其中一相的相含率为X，则另一相的相含率为1-X。

可以得到相1的含率X为

$X=\frac{\mathrm{\ρ}-{\mathrm{\ρ}}_2}{{\mathrm{\ρ}}_1-{\mathrm{\ρ}}_2}...\left(3\right)$

则相2的含率为

$1-X=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1-\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}_1-{\mathrm{\ρ}}_2}...\left(4\right)$

相1的体积流量为

               Q₁＝XQ                            (5)

相2的体积流量为

               Q₂＝(1-X)Q                        (6)

Claims (3)

1.一种同时测量两相流流量和含率的弯管与流量计组合双参数测量方法，其特征在于方法的步骤为：

1)利用容积式流量计或速度式流量计测得两相流总流量Q，根据管道截面积计算得到流体平均流速V。

2)基于混合流体密度与弯管差压和平均流速的函数关系 $\mathrm{\ρ}=\frac{R}{\mathrm{cd}}\frac{1}{v^2}\mathrm{\ΔP}$ 求得混合流体密度ρ，计算机通过温度变送器和压力变送器采集流体温度和压力信号，计算机根据单相流体密度补偿公式在存储器中查询计算确定两个单相流体的工况密度，从而计算出每相流体的相含率，得到分相流量。

2.一种同时测量两相流流量和含率的弯管与流量计组合双参数测量***，其特征在于：在测量管路上依次安装弯管传感器2、与弯管传感器连接配套的差压变送器1、压力变送器3、温度变送器4、流量计5，计算机6通过信号转换电路与差压变送器1、压力变送器3、温度变送器4、流量计5连接。

3.根据权利2要求所述的一种同时测量两相流流量和含率的弯管相关测量***，其特征在于所说的弯管传感器1的弯度为90°，弯管入口和出口连接3～10D直管段，流量计5安装在弯管传感器后直管段后端，所说的流量计包括如腰轮流量计、刮板流量计等容积式流量计或如涡轮流量计、相关流量计等速度式流量计。

Images