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一种测量竖直管道内气液两相流流量的装置及方法制造方法及图纸

技术编号:14853553 阅读:46 留言:0更新日期:2017-03-18 20:32
本发明专利技术提供了一种测量竖直管道内气液两相流流量的装置及方法。所述装置包括上变径管、下变径管、侧直管、弯折管、近红外发射探头、近红外接收探头、差压变送器、数据采集单元和数据处理单元。本发明专利技术改变近红外发射探头和近红外接收探头的设置方式,使近红外发射探头所发近红外光沿侧直管内流体流动方向传输,克服了现有技术中由于光路的折射、反射等光学效应所造成的管内光路复杂、数据冗余等缺点,保证了发射探头所发出的光学信号,经过被测流体及光学效应后,都可以被所对应的接收探头完全吸收,从而提高了相含率测量的准确度。利用差压变送器得到压力差,进而可求出总流量。基于总流量和相含率,可得到两相流中各相流量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多相流流量检测装置,具体地说是一种测量竖直管道内气液两相流流量的装置及方法
技术介绍
气液两相流中各相的流量可以由总流量乘以各相相含率而得出。目前,针对气液两相流相含率的测量方法主要有:直接测量法、射线吸收法、电学法、微波法和光学法。直接测量法主要用于测量装置的标定和实验室测量管道的平均截面含气率。但是由于测量时会切断流体的正常流动,所以不能在线、实时测量管道内的流动状态。射线吸收法测量原理是从射线源发出的射线穿透混合流体时被流体吸收,随着流体的厚度,信号呈现出指数衰减的规律,但射线吸收法测量过程中存在辐射操作有关的安全问题,且气泡和空隙率随时间的脉动对测量结果都有一定的影响。电学法是通过各相分布和电阻抗的关系来确定相含率,因此阻抗法也分为电导法和电容法。但电学测量易受流型影响,致使影响截面含气率的因素较多。微波法是在微波频率下通过介电常数的变化和相位移来实现多相流相含率的测量,具有实时性好、测量精度高、可靠性好、抗干扰能力强等优点,但具有局限性,目前测量油水两相流分相含率主要集中在低含水率和高含水率。和其他测量方法相比,光学法敏感度不易受流型影响,数据采集简单迅速,易于实时在线远距离连续测量,因此在两相流速度、相含率、流型等领域都有相关应用。目前,已有实验室搭建了基于近红外光谱吸收特性的气液两相流相含率的检测装置。但是,利用实验室现有的管道装置对气液两相流进行检测时,在流型识别方面,对弹状流的识别较好,而如泡状流等识别不明显。分析其原因:除了漏光原因外,因为泡状流中气泡、液滴等分布的不规律性和复杂性,导致管道内光路经过反射、折射等光学效应,由发射探头发射出的光信号不能完全被对应的接收探头接收。对流型识别不明显将直接导致测量结果不准确。
技术实现思路
本专利技术的目的之一就是提供一种测量竖直管道内气液两相流流量的装置,以解决现有的检测装置对流型识别不太明显导致测量结果不够准确的问题。本专利技术的目的之二就是提供一种测量竖直管道内气液两相流流量的方法,采用该方法无需对两相流进行分离即可准确地测量竖直管道内两相流的分相流量。本专利技术的目的之一是这样实现的:一种测量竖直管道内气液两相流流量的装置,包括竖直设置且上下对称的上变径管和下变径管;所述上变径管包括上端的小口径管、下端的大口径管以及中间的过渡斜肩;所述下变径管包括上端的大口径管、下端的小口径管以及中间的过渡斜肩;两个变径管各自的小口径管分别与竖直管道相接;在两个变径管的大口径管之间设置有若干竖直的侧直管,所述侧直管的两端分别通过弯折管与两个大口径管相接,所述侧直管的内腔通过两端弯折管的内腔与两个大口径管的内腔相连通;在所述侧直管的上端设置有近红外发射探头,在所述侧直管的下端设置有近红外接收探头;在所述上变径管和所述下变径管上分别开有一测压孔,两个测压孔与差压变送器相接;所述近红外接收探头和所述差压变送器分别通过数据采集单元与数据处理单元相接。两个变径管上过渡斜肩的倾斜角度为15°~21°。所述侧直管的内径小于两个变径管上小口径管的内径,所有侧直管内腔的横截面面积之和大于两个变径管上小口径管内腔的横截面面积。两个变径管上小口径管的内径与竖直管道的内径相等,且两个小口径管分别通过法兰与竖直管道相接。所述测压孔开在两个变径管的大口径管或小口径管上,且两个测压孔呈对称设置。本专利技术通过在竖直管道上连接上下对称的上变径管和下变径管,并在上变径管和下变径管之间设置侧直管,在侧直管的上端和下端分别安装近红外发射探头和近红外接收探头,竖直管道内的两相流流体由上至下流入上变径管,后经侧直管流入下变径管,再流入竖直管道内。近红外发射探头可发射近红外光,近红外光沿流体流动方向照射侧直管内的流体,近红外光经流体后会被流体吸收部分能量,近红外接收探头用于接收经流体吸收后的近红外光的光强信号。在上变径管和下变径管上分别开测压孔,差压变送器可通过两个测压孔测量上变径管和下变径管内的压力差。上、下变径管内的压力差以及经流体吸收后的近红外光的光强由数据采集单元发送至数据处理单元,数据处理单元根据其所接收到的数据即可计算得出竖直管道内流体总流量、各相相含率以及各相流量。现有技术中采用近红外光照射流体都是使近红外光垂直于流体流动方向而进行的照射,本专利技术改变近红外发射探头和近红外接收探头的设置方式,使近红外发射探头所发近红外光沿侧直管内流体流动方向传输,由此可克服装置漏光,泡状流中气泡、液滴等分布的不规律性和复杂性等,导致管道内光路经过反射、折射等光学效应后,经过管道内流体之后的发射探头发射出的光信号不能完全被对应的接收探头接收,从而造成了流型识别效果不佳,流型判断不准确的情况;使得管道内的光线,无论如何反射、折射,都可以被对应的接收探头接收,大幅提高了光从入口方向进入后被接收的比例,从而达到更加准确测量的目的。本专利技术的目的之二是这样实现的:一种测量竖直管道内气液两相流流量的方法,包括如下步骤:a、将上变径管和下变径管上的小口径管分别通过法兰连接在竖直管道上;所述上变径管包括上端的小口径管、下端的大口径管以及中间的过渡斜肩;所述下变径管包括上端的大口径管、下端的小口径管以及中间的过渡斜肩;在所述上变径管和所述下变径管上分别开有一测压孔;在两个变径管的大口径管之间设置有若干竖直的侧直管,所述侧直管的两端分别通过弯折管与两个大口径管相接,所述侧直管的内腔通过两端弯折管的内腔与两个大口径管的内腔相连通;在所述侧直管的上端设置有近红外发射探头,在所述侧直管的下端设置有近红外接收探头;竖直管道内的两相流流体首先流入上变径管内,之后经弯折管流入侧直管内,再经弯折管流入下变径管内,接着由下变径管流入竖直管道内;b、由差压变送器通过两个变径管上的测压孔测量流体在两个变径管内的压力差,同时将所测数据经数据采集单元发送至数据处理单元;c、由驱动模块驱动近红外发射探头发射近红外光,所发射的近红外光沿流体流动方向照射侧直管内的流体,近红外接收探头接收经流体吸收后的近红外光的光强信号,并将所接收到的信号经数据采集单元发送至数据处理单元;d、数据处理单元根据接收到的流体在两个变径管内的压力差以及经流体吸收后的近红外光的光强计算竖直管道内流体总流量、各相相含率以及各相流量。步骤d中流体总流量的计算公式为:Qv=KSaΔPρ]]>式中,Qv为竖直管道内流体的总流量,K为流出系数,Sa为所有侧直管内腔的横截面面积之和,ΔP为上下变径管内的压力差,ρ为流体密度。本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种测量竖直管道内气液两相流流量的装置,其特征是,包括竖直设置且上下对称的上变径管和下变径管;所述上变径管包括上端的小口径管、下端的大口径管以及中间的过渡斜肩;所述下变径管包括上端的大口径管、下端的小口径管以及中间的过渡斜肩;两个变径管各自的小口径管分别与竖直管道相接;在两个变径管的大口径管之间设置有若干竖直的侧直管,所述侧直管的两端分别通过弯折管与两个大口径管相接,所述侧直管的内腔通过两端弯折管的内腔与两个大口径管的内腔相连通;在所述侧直管的上端设置有近红外发射探头,在所述侧直管的下端设置有近红外接收探头;在所述上变径管和所述下变径管上分别开有一测压孔,两个测压孔与差压变送器相接;所述近红外接收探头和所述差压变送器分别通过数据采集单元与数据处理单元相接。

【技术特征摘要】
1.一种测量竖直管道内气液两相流流量的装置,其特征是,包括竖直设置且上下对称的
上变径管和下变径管;所述上变径管包括上端的小口径管、下端的大口径管以及中间的过渡
斜肩;所述下变径管包括上端的大口径管、下端的小口径管以及中间的过渡斜肩;两个变径
管各自的小口径管分别与竖直管道相接;在两个变径管的大口径管之间设置有若干竖直的侧
直管,所述侧直管的两端分别通过弯折管与两个大口径管相接,所述侧直管的内腔通过两端
弯折管的内腔与两个大口径管的内腔相连通;在所述侧直管的上端设置有近红外发射探头,
在所述侧直管的下端设置有近红外接收探头;在所述上变径管和所述下变径管上分别开有一
测压孔,两个测压孔与差压变送器相接;所述近红外接收探头和所述差压变送器分别通过数
据采集单元与数据处理单元相接。
2.根据权利要求1所述的测量竖直管道内气液两相流流量的装置,其特征是,两个变径
管上过渡斜肩的倾斜角度为15°~21°。
3.根据权利要求1所述的测量竖直管道内气液两相流流量的装置,其特征是,所述侧直
管的内径小于两个变径管上小口径管的内径,所有侧直管内腔的横截面面积之和大于两个变
径管上小口径管内腔的横截面面积。
4.根据权利要求1所述的测量竖直管道内气液两相流流量的装置,其特征是,两个变径
管上小口径管的内径与竖直管道的内径相等,且两个小口径管分别通过法兰与竖直管道相接。
5.根据权利要求1所述的测量竖直管道内气液两相流流量的装置,其特征是,所述测压
孔开在两个变径管的大口径管或小口径管上,且两个测压孔呈对称设置。
6.一种测量竖直管道内气液两相流流量的方法,其特征是,包括如下步骤:
a、将上变径管和下变径管上的小口径管分别通过法兰连接在竖直管道上;
所述上变径管包括上端的小口径管、下端的大口径管以及中间的过渡斜肩;所述下变径
管包括上端的大口径管、下端的小口径管以及中间的过渡斜肩;在所述上变径管和所述下变
径管上分别开有一测压孔;在两个变径管的大口径管之间设置有若干竖直的侧直管,所述侧
直管的两端分别通过弯折管与两个大口径管相接,所述侧直管的...

【专利技术属性】
技术研发人员:方立德李明明温梓彤李小亭
申请(专利权)人:河北大学
类型:发明
国别省市:河北;13

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