[發(fā)明專利]一種測量豎直管道內(nèi)氣液兩相流流量的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510973398.1
• 申請日: 2015-12-22
• 公開（公告）號: CN105628108B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方立德;李明明;溫梓彤;李小亭
• 申請（專利權(quán)）人: 河北大學(xué)
• 主分類號: G01F1/00
• 分類號: G01F1/00;G01N21/359;G01L13/00
• 代理公司: 石家莊國域?qū)＠虡?biāo)事務(wù)所有限公司 13112
• 代理人: 胡素梅;蘇艷肅

本發(fā)明提供了一種測量豎直管道內(nèi)氣液兩相流流量的裝置及方法。所述裝置包括上變徑管、下變徑管、側(cè)直管、彎折管、近紅外發(fā)射探頭、近紅外接收探頭、差壓變送器、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元。本發(fā)明改變近紅外發(fā)射探頭和近紅外接收探頭的設(shè)置方式，使近紅外發(fā)射探頭所發(fā)近紅外光沿側(cè)直管內(nèi)流體流動方向傳輸，克服了現(xiàn)有技術(shù)中由于光路的折射、反射等光學(xué)效應(yīng)所造成的管內(nèi)光路復(fù)雜、數(shù)據(jù)冗余等缺點(diǎn)，保證了發(fā)射探頭所發(fā)出的光學(xué)信號，經(jīng)過被測流體及光學(xué)效應(yīng)后，都可以被所對應(yīng)的接收探頭完全吸收，從而提高了相含率測量的準(zhǔn)確度。利用差壓變送器得到壓力差，進(jìn)而可求出總流量。基于總流量和相含率，可得到兩相流中各相流量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多相流流量檢測裝置，具體地說是一種測量豎直管道內(nèi)氣液兩相流流量的裝置及方法。

背景技術(shù)

氣液兩相流中各相的流量可以由總流量乘以各相相含率而得出。目前，針對氣液兩相流相含率的測量方法主要有：直接測量法、射線吸收法、電學(xué)法、微波法和光學(xué)法。直接測量法主要用于測量裝置的標(biāo)定和實(shí)驗(yàn)室測量管道的平均截面含氣率。但是由于測量時會切斷流體的正常流動，所以不能在線、實(shí)時測量管道內(nèi)的流動狀態(tài)。射線吸收法測量原理是從射線源發(fā)出的射線穿透混合流體時被流體吸收，隨著流體的厚度，信號呈現(xiàn)出指數(shù)衰減的規(guī)律，但射線吸收法測量過程中存在輻射操作有關(guān)的安全問題，且氣泡和空隙率隨時間的脈動對測量結(jié)果都有一定的影響。電學(xué)法是通過各相分布和電阻抗的關(guān)系來確定相含率，因此阻抗法也分為電導(dǎo)法和電容法。但電學(xué)測量易受流型影響，致使影響截面含氣率的因素較多。微波法是在微波頻率下通過介電常數(shù)的變化和相位移來實(shí)現(xiàn)多相流相含率的測量，具有實(shí)時性好、測量精度高、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但具有局限性，目前測量油水兩相流分相含率主要集中在低含水率和高含水率。和其他測量方法相比，光學(xué)法敏感度不易受流型影響，數(shù)據(jù)采集簡單迅速，易于實(shí)時在線遠(yuǎn)距離連續(xù)測量，因此在兩相流速度、相含率、流型等領(lǐng)域都有相關(guān)應(yīng)用。

目前，已有實(shí)驗(yàn)室搭建了基于近紅外光譜吸收特性的氣液兩相流相含率的檢測裝置。但是，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的管道裝置對氣液兩相流進(jìn)行檢測時，在流型識別方面，對彈狀流的識別較好，而如泡狀流等識別不明顯。分析其原因：除了漏光原因外，因?yàn)榕轄盍髦袣馀荨⒁旱蔚确植嫉牟灰?guī)律性和復(fù)雜性，導(dǎo)致管道內(nèi)光路經(jīng)過反射、折射等光學(xué)效應(yīng)，由發(fā)射探頭發(fā)射出的光信號不能完全被對應(yīng)的接收探頭接收。對流型識別不明顯將直接導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一就是提供一種測量豎直管道內(nèi)氣液兩相流流量的裝置，以解決現(xiàn)有的檢測裝置對流型識別不太明顯導(dǎo)致測量結(jié)果不夠準(zhǔn)確的問題。

本發(fā)明的目的之二就是提供一種測量豎直管道內(nèi)氣液兩相流流量的方法，采用該方法無需對兩相流進(jìn)行分離即可準(zhǔn)確地測量豎直管道內(nèi)兩相流的分相流量。

本發(fā)明的目的之一是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種測量豎直管道內(nèi)氣液兩相流流量的裝置，包括豎直設(shè)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(shè)置有若干豎直的側(cè)直管，所述側(cè)直管的兩端分別通過彎折管與兩個大口徑管相接，所述側(cè)直管的內(nèi)腔通過兩端彎折管的內(nèi)腔與兩個大口徑管的內(nèi)腔相連通；在所述側(cè)直管的上端設(shè)置有近紅外發(fā)射探頭，在所述側(cè)直管的下端設(shè)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(shù)據(jù)采集單元與數(shù)據(jù)處理單元相接。

兩個變徑管上過渡斜肩的傾斜角度為15°～21°。

所述側(cè)直管的內(nèi)徑小于兩個變徑管上小口徑管的內(nèi)徑，所有側(cè)直管內(nèi)腔的橫截面面積之和大于兩個變徑管上小口徑管內(nèi)腔的橫截面面積。

兩個變徑管上小口徑管的內(nèi)徑與豎直管道的內(nèi)徑相等，且兩個小口徑管分別通過法蘭與豎直管道相接。