CN203837757U - 一种测量高温高压湿蒸汽流量的装置 - Google Patents

Abstract

本专利提供了一种测量高温高压湿蒸汽流量的装置，通过装置不必预先分离湿蒸汽气液两相即可得到流体的流量和气液各相流量，流体通过两个直径不同的V锥流量计时，会产生压降，利用所学流体知识能计算出通过V锥时的质量流量。根据质量守恒原理可推导出一个基本等式，再利用所得到的等式可得出湿蒸汽干度。通过干度和超声波多普勒流量计所测出的液相流量即可算出湿蒸汽的流量。利用压力和温度传感器可把非标况下的气相流量转换为标况下的气相流量。所得到的数据与ADAM数据采集模块相连接，最后输出数据。

Description

一种测量高温高压湿蒸汽流量的装置

技术领域

本专利为油田中使用的一种测量高温高压湿蒸汽流量的装置，具体是通过计算湿蒸汽干度以及液体流量，从而计算出气液各相流的流量。 

背景技术

湿汽是气液两相流的一种特殊形态，在能源动力、化工、冶金等工业中广泛存在。如果只有单相流体流过，其流动规律基本相同，根据其特性容易建立一个通用的数学模型，然而当两相或多相流体混合流动时，其物理性质和化学变化可能会发生巨大的变化。流体密度、粘度等，因此当气液同时存在时，那些单独气体或液体流动的理论和数学方程都不能再适用。但是随着技术上的日新月异，湿汽更是无所不在，航天技术以及核反应堆等更为明显。这也就迫使科学家们对湿气的广泛研究和实验，然而目前的测量方法相对比较复杂且代价较高。 

目前，气液流量的测量方法大致归为两类，一是使气液预先分离，继而分别计量，这种方法看似简单精确，但仔细分析，气液同时流动，分离技术不但困难，而且相分离后再混合是否能和分离前流体的性质保持一致，且花费在分离技术上的成本也是可观的。因此具有一定的不现实性。二是目前也有许多如本文一样不进行气液分离而直接计量的方法，但这些技术往往用到伽马射线、微波、电容等，这种方法精 度相对高，但这些原件对两相流的流态敏感，计算结果不易稳定，且价格昂贵，安装维修相当麻烦。 

根据以上说明，本发明提供了一种结构相对简单，方法可行的测湿蒸汽流量的装置。 

实用新型内容

本专利的目的是为了测出湿蒸汽流量及气液各相的流量。预先不需对气液分离，可以通过各元件分别测量湿蒸汽状态，最终计算出湿蒸汽流量及气液各相流量。此装置成本较低，维修及安装简单，且精度较高。 

装置中采用的设备有两个直径大小不相同的V锥(1)并与ADAM数据采集模块装置相连，分别安装在两个V锥体处的流量计(2)并与ADAM数据采集模块装置相连，超声多普勒流量计(3)并与ADAM数据采集模块装置相连，安装在两个锥体处的压差变送器(4)并与ADAM数据采集模块装置相连，一个压力传感器(5)并与ADAM数据采集模块装置相连，一个温度传感器(6)并与ADAM数据采集模块装置相连，ADAM数据采集模块(7)并与输出数据装置相连，输出数据装置(8)。 

在分离气液两相流体前的管道内装有检测设备，通过检测设备计算出湿蒸汽的干度，最后得到湿蒸汽流量和气液各相流的流量。在直径不同的V锥处安装两个流量计，压差传感器显示出湿蒸汽通过V锥后的压降ΔP。 

超声多普勒流量计安装在两个V锥体之间，从而得到两锥体之 间湿蒸汽液相流的流量。 

一个压力传感器和一个温度传感器安装在流体管道上，从而便于计算标准状态下的气体流量。 

整个装置与一个ADAM数据采集模块相连，从而输出数据。 

所要测量的物理量有两个圆锥的直径分别为d₁和d₂，经过两个锥体时所引起的压降ΔP₁，ΔP₂。超声多普勒检测到两锥体之间的液相流量Q_l,以及管道的内直径D,根据所学知识可推出以下公式从而得出湿蒸汽的干度x 

由干度x可得到湿蒸汽的流量为Q和气相的流量Q_g。 

本发明所用的方程公式是根据流体流动连续及质量守恒原理，然后再根据局部管道列出伯努利方程及所学知识，推导出一个简单函数关系式，从而使问题得到解决。 

有益效果 

与众多装置相比，本发明具有明显的特点。流程简单，设备少，并且易加工制造，调节灵活，工作可靠，维护及安装方便。因此达到了具有成本低效益高的特点，具有一定的现实性和客观性。 

附图说明

图1为一种测量高温高压湿蒸汽流量的装置示意图。 

具体实施方式

下面根据图示具体说明一下本发明具体测量湿蒸汽流量的装置。 

装置中采用的设备有两个直径大小不相同的V锥(1)并与ADAM 数据采集模块装置相连，分别安装在两个V锥体处的流量计(2)并与ADAM数据采集模块装置相连，超声多普勒流量计(3)并与ADAM数据采集模块装置相连，安装在两个锥体处的压差变送器(4)并与ADAM数据采集模块装置相连，一个压力传感器(5)并与ADAM数据采集模块装置相连，一个温度传感器(6)并与ADAM数据采集模块装置相连，ADAM数据采集模块(7)并与输出数据装置相连，输出数据装置(8)。 

在分离气液两相流体前的管道内装有检测设备，通过检测设备计算出湿蒸汽的干度，最后得到湿蒸汽流量和气液各相流的流量。在直径不同的V锥处安装两个流量计，压差传感器显示出湿蒸汽通过V锥后的压降ΔP。 

超声多普勒流量计安装在两个V锥体之间，从而得到两锥体之间湿蒸汽液相流的流量。 

一个压力传感器和一个温度传感器安装在流体管道上，从而便于计算标准状态下的气体流量。 

整个装置与一个ADAM数据采集模块相连，从而输出数据。 

所要测量的物理量有两个圆锥的直径分别为d₁和d₂，经过两个锥体时所引起的压降ΔP₁，ΔP₂。超声多普勒检测到两锥体之间的液相流量Q_l,以及管道的内直径D,根据所学知识可推出以下公式从而得出湿蒸汽的干度x 

由干度x可得到湿蒸汽的流量为Q和气相的流量Q_g。 

湿蒸汽沿图示方向流进管道，当流经直径为d₁的大V锥流量计 时，由于阻力作用会产生一个压降Δp₁，经过压力传送器传送出来，在流体流进大圆锥前和流进圆锥截面时运用连续方程和伯努利方程， 

根据两个方程便可得到流经大圆锥时的质量流量为： 

$Q_{m1}=\frac{n_1{n}_{d1}{d}_1^2}{\sqrt{1-{(d_1/D)}^4}}\sqrt{{\mathrm{\ρ}}_{1}d{p}_1}$

其中dp₁＝p₀-p₁，n_d1表示大圆锥的流量系数。 

同理可得流经小圆锥时的质量流量为： 

$Q_{m2}=\frac{n_2{n}_{d2}{d}_2^2}{\sqrt{1-{(d_2/D)}^4}}\sqrt{{\mathrm{\ρ}}_{2}d{p}_2}$

各字母表示的含义与物理意义与流经大圆锥时的物理意义相同。 

令 $y_1=\frac{d_1^4}{1-{(d_1/D)}^4},y_2=\frac{d_2^4}{1-{(d_2/D)}^4}$

联立质量守恒定律及以上各式可得

其中q₁，q₂表示流经圆锥时的体积流量。 

用q_w1，q_w2，q_g1，q_g2分别表示流经大圆锥和小圆锥时的汽液体积流量， 

具分析可得，从流体经过大圆锥到体积流量成线性关系。 

令bq_w1＝q_w2，aq_g1＝q_g2

代入(1)式得 $H=\frac{q_2}{q_1}=\frac{{\mathrm{bq}}_{w1}+{\mathrm{aq}}_{g1}}{q_{w1}+q_{g1}}---\left(2\right)$

显然，a，b分别表示纯气和纯液流动时的H值。 

将q_w1＝xq₁，q_w2＝(1-x)q₁代入(2)式可得： 

G＝xa-xb+b   (3) 

此时，(3)式即为我们所求，最终通过已知参数即可求出干度x。 

通过超声多普勒流量计测出两圆锥间的液相流量Q_l，即可求出气体流量和湿蒸汽流量为： 

Q_g＝xQ， $Q=\frac{Q_l}{1-x}$

为此通过压力传送器和温度传送器可测出当时的温度，由此可把非标况下的气体流量转换为标准状态下气体的体积流量。一系列装置与ADAM数据采集模块连接起来，输出即可得到各个物理量。 

Claims (5)

1.一种测量高温高压湿蒸汽流量的装置：装置中采用的设备有两个直径大小不相同的V锥(1)，分别安装在两个V锥体处的流量计(2)并与ADAM数据采集模块装置相连，超声波多普勒流量计(3)并与ADAM数据采集模块装置相连，安装在两个锥体处的压差变送器(4)并与ADAM数据采集模块装置相连，一个压力传感器(5)并与ADAM数据采集模块装置相连，一个温度传感器(6)并与ADAM数据采集模块装置相连，ADAM数据采集模块(7)并与输出数据装置相连，输出数据装置(8)。 

2.如权利要求1所述的一种测量高温高压湿蒸汽流量的装置，其特征在于，在直径不同的V锥处安装两个流量计，压差传感器显示出湿蒸汽通过V锥后的压降ΔP。 

3.如权利要求1所述的一种测量高温高压湿蒸汽流量的装置，其特征在于，超声多普勒流量计安装在两个V锥体之间，从而得到两锥体之间湿蒸汽液相流的流量。 

4.如权利要求1所述的一种测量高温高压湿蒸汽流量的装置，其特征在于，一个压力传感器和一个温度传感器安装在流体管道上，从而便于计算标准状态下的气体流量。 

5.如权利要求1所述的一种测量高温高压湿蒸汽流量的装置，其特征在于，整个装置与一个ADAM数据采集模块相连，从而输出数据。