CN201032457Y - 基于标准文丘里管与涡街流量计的低含气率气液两相流测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及公开了一种基于标准文丘里管与涡街流量计的低含气率气液两相流测量装置。该装置由计量管道、计量管道前端的混流器、计量管道中部的标准文丘里管、计量管道后端的涡街流量计和温度传感器、与标准文丘里管连接的差压传感器、A/D转换卡和计算机组成。各传感器均经A/D转换卡接计算机。本实用新型使用寿命长，体积小，结构简单，安装方便，压损相对低，适用范围广，同时具有可获测量参数多、流量检测精度高、实时性好等特点。适用于油气等低含气率气液两相流的测量。

Description

基于标准文丘里管与涡街流量计的低含气率气液两相流测量装置

所属技术领域

本实用新型涉及一种基于标准文丘里管与涡街流量计的低含气率气液两相流测量装置。

背景技术

气液两相流普遍存在于石油、化学工业中。气液两相流动***的复杂性给气液两相流流量、密度和分相含率等参数的测量带来很多困难，尤其是当气液两相流中气相含率较低时，气液两相的分相含率不易测量或者测量结果精度不高。

低含气率的气液两相流广泛存在于石油、化工等领域，对气液两相流流量、密度和分相含率的测量已引起工程技术人员的关注并成为当今气液两相流领域研究的热点和难点之一。目前对气液两相流参数检测主要采取以下四种方法：(1)应用传统的单相流仪表结合两相流参数测量模型的方法。这种方法可以直接应用成熟的单相流仪表测量两相流参数，是人们一直努力研究的方向之一，但这种方法需要两个测量元件，且模型的不同适用范围影响测量的精度；(2)应用近现代新技术。这种方法具有非接触性、精度高等特点，但是装置比较复杂，价格昂贵，使用条件要求高，对测量现场要求苛刻，在工业现场应用难度很大。(3)在成熟的硬件基础上以计算机技术为支撑平台，应用软测量方法测量两相流参数。这种方法目前还不成熟，需要有成熟的硬件支持，设备价格也比较贵，且精度不高，适用范围较小。(4)应用先进信号处理和智能方法测量两相流参数。利用信号处理技术和智能方法，可以从两/多相流的波动信号中获取许多重要但又难以直接获取的参数和信息，具有成本低、硬件简单等优点。

另一种常用的计量方法是将气液两相流混合变成均相流，利用单相流量计如节流式流量计等来获取流量，但是得到的流量是气液两相总体积流量，无法获取各分相含率和分相流量数据。密度计结合单相流量计虽能解决分相测量问题，但是实际使用时测量精度不够理想，成本也很高。常用的振动管密度计对介质的温度、压力等现场状况十分敏感。而射线密度计又存在安全问题，对操作条件要求高。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于标准文丘里管与涡街流量计的低含气率气液两相流测量装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：对低含气率气液两相流流量、密度和分相含率测量的方法的基本原理如下：在计量管道上，首先安装一个混流器，这个混流器将低含气率的气液两相流搅拌成均相流，此时的均相流可以看作单相流，然后直接应用标准文丘里管和涡街流量计结合测量气液两相流流量、密度和分相含率。

基于标准文丘里管与涡街流量计的低含气率气液两相流测量装置具有计量管道，在计量管道上依次设有混流器、标准文丘里管、涡街流量计和温度传感器，标准文丘里管配套安装有差压传感器，涡街流量计、差压传感器和温度传感器与A/D转换卡相连，A/D转换卡与计算机相连。

本实用新型的有益效果是：在不进行气液两相分离的情况下，利用文丘里管和涡街流量计同时检测气液两相流流量、密度和气液两相的分相含率，提高了气液两相流参数检测的精度和实时性。也可用于石油工业中的低含气率的油气两相流参数的测量，相对于现有的多种测量方法，本实用新型的特点是用传统的单相流量测量仪表巧妙组合解决工程测量问题。应用文丘里管和涡街流量计组合同时测量气液两相流流量、密度和分相含率。测量可靠、稳定、精度高，适用范围广、安装方便、体积小。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图。。

1是计量管道、2是混流器、3是标准文丘里管、4是涡街流量计、5是差压传感器、6是温度传感器、7是A/D转换卡、8是计算机

具体实施方式

本实用新型中节流元件选用标准文丘里管。待测气液两相流进入计量管道1后，先通过混流器2，混流器2使气液两相流混合均匀成为均相流。差压传感器5与标准文丘里管3配套安装。标准文丘里管3输出的差压信号经差压传感器5转变为标准电信号再经A/D转换卡7送入计算机8。涡街流量计4获取整个管路的气液总体积流量并将流量信号转变为标准电信号经A/D转换卡7送入计算机8。温度传感器6用来检测气液两相流温度T并将温度信号转变为标准电信号经A/D转换卡7送入计算机8。在计算机8中设有存储模块，存储有气液两相在不同温度下的密度以及节流元件的流量系数、开孔面积等数据。计算机8进行实时处理，获取气液两相流密度和分相含率。

实现气液两相测量的测量方法按如下具体步骤进行：

(1)利用涡街流量计获取管路的气液两相总体积流量q_v，计算公式如下：

q_v＝Aξf   (1)

式中：

A为计量管道的横截面积，f为涡街流量计的脉冲输出数，q_v为气液两相流总体积流量，ξ为涡街流量计的流量系数。一般情况下，在额定的流量范围内，ξ是一个常数。

(2)本实用新型采用标准节流元件，测量原理满足贝努力方程和连续性

方程，因此根据节流原理

$q_v=\mathrm{\α\ϵ}{A}_0\sqrt{\frac{2\mathrm{\Δp}}{\mathrm{\ρ}}}---\left(2\right)$

得到气液两相混合密度ρ计算公式如下：

$\mathrm{\ρ}=\frac{2{\mathrm{\α}}^2{A}_0^2{\mathrm{\ϵ}}^2\mathrm{\Δp}}{q_v^2}---\left(3\right)$

式中：

ρ为流经节流元件的气液两相流混合密度，q_v由涡街流量计获得，节流元件处取样管道的差压Δp由差压传感器获取，A₀为节流元件开孔面积，α为标准文丘里管流量系数，当流体雷诺数大于临界雷诺数时，α为一常数，具体数值由实验标定，ε为可膨胀性系数，其值小于或等于1，对于不可压缩性流体，ε＝1，对于低含气率的气液两相流，由于气含率很小，此时的气液两相流可视为不可压缩流体，因此占ε＝1。

(3)由于气液两相流混合密度为：

ρ＝x₁ρ₁+(1-x₁)ρ₂    (4)

由公式(4)得到气液两相分相含率和分相流量计算公式如下：

气相的含率为 $x_1=\frac{\mathrm{\ρ}-{\mathrm{\ρ}}_2}{{\mathrm{\ρ}}_1-{\mathrm{\ρ}}_2}$

液相的含率为x₂＝1-x₁

气相的体积流量为q_v1msm＝x₁q_v

液相的体积流量为q_v2msm＝x₂q_v

气相的质量流量为q_m1＝ρ₁q_v1msm

液相的质量流量为q_m2＝ρ₂q_v2msm式中：

ρ₁、ρ₂分别为温度为T时气相和液相的密度，温度T由温度传感器获取，x₁、x₂分别为气相和液相的含率，q_v1msm、q_v2msm分别为气相和液相的体积流量，q_m1、q_m2分别为气相和液相的质量流量。

Claims (2)

1.一种基于标准文丘里管与涡街流量计的低含气率气液两相流测量装置，其特征在于它具有计量管道(1)，在计量管道(1)上依次设有混流器(2)、标准文丘里管(3)、涡街流量计(4)、温度传感器(6)，标准文丘里管(3)配套安装有差压传感器(5)，差压传感器(5)、温度传感器(6)、涡街流量计(4)与A/D转换卡(7)相连，A/D转换卡(7)与计算机(8)相连。

2.权利要求1所述的一种基于标准文丘里管与涡街流量计的低含气率气液两相流测量装置，其特征在于所说的涡街流量计采用液相涡街流量计。

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