[發(fā)明專利]管內(nèi)相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置及方法

有效

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• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN104075766B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王棟;衛(wèi)鵬凱;王帥;楊楊
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01F15/08
• 分類號: G01F15/08;G01F7/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61215
• 代理人: 何會俠

1.一種管內(nèi)相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特征在于：包括管道(2)，通過前隔板(53a)和后隔板(53b)固定于管道(2)內(nèi)壁上的內(nèi)管(12)，管道(2)的內(nèi)壁與內(nèi)管(12)的外壁之間保持一個夾層空間(14)，沿流動方向，所述內(nèi)管(12)包括依次連通且同軸的內(nèi)管前段(12a)、漸縮管(32)、旋流管(34)、過渡管(36)、漸擴管(38)和內(nèi)管后段(12b)，在內(nèi)管前段(12a)內(nèi)設(shè)置有第一旋流器(16)和第二旋流器(22)，在內(nèi)管后段(12b)內(nèi)設(shè)置有消旋器(52)和氣體流量計(54)；所述內(nèi)管(12)的管壁上分布有貫穿孔或割縫(15)；內(nèi)管(12)內(nèi)還包含一個中心管(24)，所述中心管(24)的入口與設(shè)置在管道(2)頂部的回氣管(46)的出口相連通，中心管(24)的出口與過渡管(36)相連通，回氣管(46)的入口與設(shè)置在管道(2)頂部與夾層空間(14)連通的小型常規(guī)分離器(45)的頂部相連通；在所述管道(2)的底部依次設(shè)置有和與夾層空間(14)連通的第一落液管(18)、第二落液管(26)、第三落液管(28)和液體測量管(29)，第一落液管(18)底部與液體測量管(29)的入口相連通，第二落液管(26)和第三落液管(28)通過連通管(27)連通，并通過連通管(27)和第一落液管(18)的側(cè)面相連通，在第一落液管(18)內(nèi)安裝有液位計(58)，在液體測量管(29)上安裝有調(diào)節(jié)閥(57)和液體流量計(56)，所述調(diào)節(jié)閥(57)和液位計(58)通過控制信號線(59)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管內(nèi)相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特征在于：所述內(nèi)管(12)的管壁上分布的貫穿孔的孔徑或割縫(15)的寬度為管道(2)內(nèi)徑的百分之一以下但不小于2毫米。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管內(nèi)相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特征在于：所述中心管(24)與管道(2)、內(nèi)管(12)、第二旋流器(24)、漸縮管(32)、旋流管(34)和過渡管(36)同軸安裝，并從它們的中心穿過。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管內(nèi)相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特征在于：所述第一落液管(18)的直徑小于或等于管道(2)的直徑，第二落液管(26)和第三落液管(28)的直徑不超過管道(2)的直徑的三分之一。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管內(nèi)相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特征在于：所述的夾層空間(14)內(nèi)設(shè)置有固定在管道(2)內(nèi)壁上的第一環(huán)板(17b),還設(shè)置有固定在內(nèi)管(12)外壁上的第二環(huán)板(17a)，其中固定在內(nèi)管(12)外壁上的第二環(huán)板(17a)外緣與管道(2)內(nèi)壁的間隙以及固定于管道(2)內(nèi)壁上的第一環(huán)板(17b)內(nèi)緣與內(nèi)管(12)外壁的間隙為1～5mm,沿管道軸線方向，第一環(huán)板(17b)和第二環(huán)板(17a)交錯布置，形成氣封組件。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管內(nèi)相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特征在于：所述過渡管(36)的外徑比旋流管(34)的內(nèi)徑小1～6mm,并且入口端(37)伸入旋流管(34)內(nèi)至少50mm,出口端與漸擴管(38)連接，過渡管(36)的外壁與旋流管(34)的內(nèi)壁形成一個縫隙(39)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管內(nèi)相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特征在于：所述第一旋流器(16)和第二旋流器(22)由4～8片螺旋葉片圍繞一個中心軸而成，螺旋葉片與中心軸為一個整體，而螺旋葉片外緣與內(nèi)管(12)的內(nèi)壁緊密接觸，沒有間隙；第一旋流器(16)的葉片螺旋角至少大于第二旋流器(22)的葉片螺旋角2°。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管內(nèi)相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特征在于：所述的前隔板(53a)為一圓錐管，安裝于測量裝置的入口處，上游一端與管道(2)的內(nèi)壁相連接，下游一端與內(nèi)管(12)相連接；或前隔板53a是一塊環(huán)板，此時該環(huán)板安裝于距測量裝置入口處下游一段的位置上，并且與管道(2)的底部之間留有1-6毫米的間距。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管內(nèi)相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特征在于：所述的消旋器(52)為一組與內(nèi)管(12)的軸線平行布置的平板。這些平板將內(nèi)管后段(12b)的內(nèi)部空間分隔成若干流通面積相等或分布對稱的小流道。

10.采用權(quán)利要求1所述的管內(nèi)相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置的測量方法：其特征在于：當(dāng)高含氣率氣液兩相流體從前隔板(53a)進入內(nèi)管(12)時，在重力作用下，液膜(8)的一部分通過內(nèi)管(12)上的貫穿孔或割縫(15)落入夾層空間(14)中，其余液膜(8)會在氣液兩相流體流過第一旋流器(16)時所產(chǎn)生的離心力作用下排入夾層空間(14)中；當(dāng)排除液膜后的氣液兩相流體流過第二旋流器(22)時，旋轉(zhuǎn)得到進一步的加強，分散在氣流中的較大液滴(6)會被離心力驅(qū)趕到內(nèi)管(12)的內(nèi)壁上，繼而通過貫穿孔或割縫(15)進入夾層空間(14)中；當(dāng)僅含細(xì)小水滴的旋轉(zhuǎn)氣流通過漸縮管(32)時，旋轉(zhuǎn)半徑大幅縮小，根據(jù)動量矩守恒定律，此時氣流的旋轉(zhuǎn)速度會得到大幅度的提高，在強大離心力的作用下，分散在氣流中的細(xì)小液滴會在旋流管(34)內(nèi)被甩到壁面上，形成很薄的一層液膜，或匯聚在壁面附近的一個很薄的邊界層內(nèi)，這層液膜連同少量的氣體會依靠慣性從旋流管(34)的內(nèi)壁與過渡管(36)外壁之間的縫隙(39)中流入夾層空間(14)中；其余干氣則通過過渡管(36)進入漸擴管(38)中；內(nèi)管(12)中的氣體除了會從旋流管(34)內(nèi)壁與過渡管(36)外壁之間的縫隙(39)進入夾層空間(14)外，也會伴隨液膜(8)和液滴(6)從內(nèi)管上的貫穿孔或割縫(15)流進夾層空間(14)中；通過調(diào)節(jié)氣封組件(17a)、(17b)和縫隙(39)的尺寸，就能夠控制進入夾層空間(14)的這部分氣體的流量；在夾層空間(14)內(nèi)，液膜和液滴在重力的作用下落入第一落液管(18)、第二落液管(26)或第三落液管(28)內(nèi)，氣體則攜帶少量細(xì)小液滴進入小型常規(guī)分離器(45)中，經(jīng)過小型常規(guī)分離器(45)脫濕后，干氣經(jīng)過回氣管(46)流入中心管(24)內(nèi)，然后在過渡管(36)內(nèi)與旋流管(34)中的干氣匯合，再一同經(jīng)過漸擴管(38)降速升壓以及消旋器(52)整流后，由氣體流量計(54)測量其流量，最后流出內(nèi)管(12)，回到管道(2)內(nèi)；從第一落液管(18)、第二落液管(26)和第三落液管(28)來的三股液體先匯集于第一落液管(18)內(nèi)，然后從其底部進入液體測量管(27)，經(jīng)過調(diào)節(jié)閥(57)控制后由液體流量計(56)測量其流量，最后流入管道(2)內(nèi)，與從內(nèi)管(12)流出的干氣匯合，一同流出流量測量裝置。