[發明專利]一種測量豎直管道內氣液兩相流流量的裝置及方法

有效

• 申請號: 201510973398.1
• 申請日: 2015-12-22
• 公開（公告）號: CN105628108B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 方立德;李明明;溫梓彤;李小亭
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: G01F1/00
• 分類號: G01F1/00;G01N21/359;G01L13/00
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 胡素梅;蘇艷肅

1.一種測量豎直管道內氣液兩相流流量的裝置，其特征是，包括豎直設置且上下對稱的上變徑管和下變徑管；所述上變徑管包括上端的小口徑管、下端的大口徑管以及中間的過渡斜肩；所述下變徑管包括上端的大口徑管、下端的小口徑管以及中間的過渡斜肩；兩個變徑管各自的小口徑管分別與豎直管道相接；在兩個變徑管的大口徑管之間設置有若干豎直的側直管，所述側直管的兩端分別通過彎折管與兩個大口徑管相接，所述側直管的內腔通過兩端彎折管的內腔與兩個大口徑管的內腔相連通；在所述側直管的上端設置有近紅外發射探頭，在所述側直管的下端設置有近紅外接收探頭；在所述上變徑管和所述下變徑管上分別開有一測壓孔，兩個測壓孔與差壓變送器相接；所述近紅外接收探頭和所述差壓變送器分別通過數據采集單元與數據處理單元相接。

2.根據權利要求1所述的測量豎直管道內氣液兩相流流量的裝置，其特征是，兩個變徑管上過渡斜肩的傾斜角度為15°～21°。

3.根據權利要求1所述的測量豎直管道內氣液兩相流流量的裝置，其特征是，所述側直管的內徑小于兩個變徑管上小口徑管的內徑，所有側直管內腔的橫截面面積之和大于兩個變徑管上小口徑管內腔的橫截面面積。

4.根據權利要求1所述的測量豎直管道內氣液兩相流流量的裝置，其特征是，兩個變徑管上小口徑管的內徑與豎直管道的內徑相等，且兩個小口徑管分別通過法蘭與豎直管道相接。

5.根據權利要求1所述的測量豎直管道內氣液兩相流流量的裝置，其特征是，所述測壓孔開在兩個變徑管的大口徑管或小口徑管上，且兩個測壓孔呈對稱設置。

6.一種測量豎直管道內氣液兩相流流量的方法，其特征是，包括如下步驟：

a、將上變徑管和下變徑管上的小口徑管分別通過法蘭連接在豎直管道上；

所述上變徑管包括上端的小口徑管、下端的大口徑管以及中間的過渡斜肩；所述下變徑管包括上端的大口徑管、下端的小口徑管以及中間的過渡斜肩；在所述上變徑管和所述下變徑管上分別開有一測壓孔；在兩個變徑管的大口徑管之間設置有若干豎直的側直管，所述側直管的兩端分別通過彎折管與兩個大口徑管相接，所述側直管的內腔通過兩端彎折管的內腔與兩個大口徑管的內腔相連通；在所述側直管的上端設置有近紅外發射探頭，在所述側直管的下端設置有近紅外接收探頭；豎直管道內的兩相流流體首先流入上變徑管內，之后經彎折管流入側直管內，再經彎折管流入下變徑管內，接著由下變徑管流入豎直管道內；

b、由差壓變送器通過兩個變徑管上的測壓孔測量流體在兩個變徑管內的壓力差，同時將所測數據經數據采集單元發送至數據處理單元；

c、由驅動模塊驅動近紅外發射探頭發射近紅外光，所發射的近紅外光沿流體流動方向照射側直管內的流體，近紅外接收探頭接收經流體吸收后的近紅外光的光強信號，并將所接收到的信號經數據采集單元發送至數據處理單元；

d、數據處理單元根據接收到的流體在兩個變徑管內的壓力差以及經流體吸收后的近紅外光的光強計算豎直管道內流體總流量、各相相含率以及各相流量。

7.根據權利要求6所述的測量豎直管道內氣液兩相流流量的方法，其特征是，步驟d中流體總流量的計算公式為：

式中，Q_v為豎直管道內流體的總流量，K為流出系數，S_a為所有側直管內腔的橫截面面積之和，ΔP為上、下變徑管內的壓力差，ρ為流體密度。

8.根據權利要求7所述的測量豎直管道內氣液兩相流流量的方法，其特征是，步驟d中各相相含率包括氣相體積含率和液相體積含率；

其中，氣相體積含率的計算公式為：

式中：β_g為氣相體積含率，N為側直管的個數，β_gN為第N個側直管的氣相體積含率；

I_N為第N個側直管下端近紅外接收探頭所接收到的經流體吸收后的近紅外光的光強，I_l為側直管內全是液體時近紅外接收探頭所接收到的經流體吸收后的近紅外光的光強，I_g為側直管內全是氣體時近紅外接收探頭所接收到的經流體吸收后的近紅外光的光強；

液相體積含率的計算公式為：β_l＝1-β_g；

豎直管道內兩相流中氣相流量為：Q_g＝Q_v×β_g；

豎直管道內兩相流中液相流量為：Q_l＝Q_v×(1-β_g)。