[發明專利]多截面阻抗式長腰內錐傳感器及多相流測量裝置

無效

• 申請號: 201110047912.0
• 申請日: 2011-02-28
• 公開（公告）號: CN102147383A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 譚超;魏燦;董峰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N27/02
• 分類號: G01N27/02;G01N27/60;G01F1/36;G01F1/88;G01R27/26;G01P5/22
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明屬于流體測量技術領域，具體涉及一種融合差壓測量原理與電學測量原理的測量裝置，用于確定連續相從導電相到非導電相范圍內的多相流各相組分含率、流速及流量等參數。本發明以油/氣/水多相流測量為描述對象，但并不僅限于該應用，在其他工業過程和化學反應中本發明的測量裝置仍適用。

技術背景

多相流通常指同時存在兩種或兩種以上物質的流動，包括氣液兩相流、氣固兩相流、液固兩相流、液液兩相流以及氣液液和氣液固多相流等。管路內多相流經常出現在動力、核能、化工、石油、制冷、冶金、管道輸送、宇航、醫藥、食品等現代工程領域與設備中，如不實現對其流動過程參數的準確測量就無法保證有關設備的可靠設計和安全運行。多相流在自然界和工業過程中存在的廣泛性和應用的重要性使其在國民經濟和日常生活中占有十分重要的地位。隨著動力工業及石化工業迅速發展，以及對環境保護的日益重視，促使多相流領域研究工作迅速發展，目前已成為國內外給予極大關注的前沿學科。

由于多相流各相間存在界面效應和相對速度，相界面在時間和空間上均呈隨機變化，致使多相流的流動特性遠比單相流復雜，特征參數也比單相流多。目前油氣水三相流測量方法可以分為兩方面：1、將多相流視作氣液兩相流進行流量的測量。2、對多相流中各相組分含率的測量。其中將多相流視作氣液兩相流測量流量的方法主要有：相關法、容積法、節流法、渦輪式檢測法、激光多普勒法、PIV粒子成像測速法、熱線熱膜風速儀、過程層析成像技術、核磁共振法以及科里奧利法等，這幾種方法應用范圍廣泛，但需其他輔助測量手段(如密度計等)測量含氣率。相含率的測量方法有兩種，一是間接法，即通過實驗回歸或理論推導得出以氣液兩相介質的物性參數和工藝參數為函數的相含率計算式；二是測量裝置直接測量法，如電磁波檢測法、電導法、電容法、熱學法、微波法、γ組分表法和核磁共振法等。在實際測量中，一般采用測量裝置直接測量法確定相含率。

應用傳統的單相流測量儀表與兩相流輔助參數測量手段相結合是解決管道內多相流過程參數測量問題的一種主要思路。差壓式流量計，如孔板、文丘里管、噴嘴和內錐式流量計等，是目前應用最多的一種工業在線流量測量儀表，在多相流過程參數測量領域的研究也比較普遍。其中內錐式流量計將流體節流收縮到管道中心軸線附近的概念從根本上改變為利用同軸安裝在管道中心的錐體將流體逐漸節流收縮到管道內壁，通過測量錐體前后差壓確定流體流量。內錐流量計能在更短的直管段條件下，以更寬的量程比對潔凈或臟污流體實現更準確、更有效的流量測量，但是其自身結構特點也存在一些缺點：在錐體尾部存在漩渦區造成此處取壓信號存在脈動，使測量精度和重復性降低，且整體壓損較大，如根據多相流的流動特征對內錐式流量計做結構變形，如內文丘里管、紡錘體流量計和梭式流量計等，能有效提高其在多相流測量中的精度和穩定性。基于電學敏感原理的多相流測量方法已有較好的理論和應用基礎，通過測量管道內流體的電學參數(電阻抗、介電常數等)變化實現多相流各相組分含率的測量，該方法根據測量參數的不同而分為電容式、電導式等模態。如果采用多模態傳感器與多工作模式(激勵測量策略)組合方法，利用各模態的測量優勢，通過組合優化可實現多相流過程參數的綜合提取，及流動信息的全面準確地獲得。

專利CN99257650.4、CN200420093532.6、CN200420061026.9分別公布了一種用于節流裝置的異型文丘里管、紡錘體流量計、梭式流量計，均為克服內錐流量計一些不足而設計的。異型文丘里管相對內錐流量計在腰部，增加等直徑段，形成環形流通空間，有助于改善流出系數的穩定性，但是將動能轉化為勢能的出口圓錐形擴散段短而角度大，流體通過錐體后分離而產生漩渦，永久壓損相對內錐流量計并無明顯改善。紡錘體流量計和梭式流量計十分接近，僅在外形輪廓上有所區別：紡錘體流量計的節流件是流線型的紡錘體，而梭式流量計的節流件是由前錐體、中間等直徑段體和后錐體組成的梭形體，節流件沿管道軸線安裝，中間具有一段足夠長的等直徑段，與管道內壁之間形成均勻的環形通道。這兩種變形體在流出系數穩定性，抗擾流性及低壓損性均優于內錐流量計，但是節流件過長(4倍于管道內徑)，在管徑較大時顯得比較笨重，并且測量多相流過程參數相對單一，需要配合其他流量計才能完成過程參數的測量。