基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量方法及装置。节流元件V锥通过周向均布三支柱固定，可有效提升节流元件抗冲击能力，增加装置可靠性。引入两相质量流量系数K和具有分段函数特性的压损比δ建立两相流量预测关系式，对管道内的温度、压力、压差和压损信号进行实时采集，基于建立的两相流量预测方法对信号进行迭代求解即可实现两相流量的在线测量。本发明专利技术所述的基于V锥压损比分段特性的湿气流量双参数在线测量方法及装置具有结构简单、稳定可靠的优点，测量精度可满足工业需求。

On line measurement method and device of moisture flow based on V-cone pressure loss ratio

【技术实现步骤摘要】
基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量方法及装置
本专利技术属于多相流测量领域，具体涉及一种基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量方法及装置。
技术介绍
湿气广泛存在于核能、化工、冶金和动力等领域的科学研究和工程实践中，湿气中气液两相流量的精确测量一直是多相流领域研究热点之一。气液两相流量的测量目前主要分为分离法和在线法两类，分离测量法设备设备庞大、投资成本高且无法实时测量，在实际应用中推广程度较低；而在线测量方法中以差压式流量计应用较为广泛，代表性的有单相流量计组合、单相流量计与相含率传感器组合两类。单相流量计组合法为两个或多个差压式流量计组合，代表性的有专利CN86207384U、CN101413817A、CN101187660A。为减小上、下游节流元件间信号干扰，节流装置间需留有一定的流动发展空间，导致流量计整体尺寸较大，不便于运输及安装。此外，上、下游节流元件的压差响应特性应具有明显的差异性，以保证两相流量的顺利迭代求解，这对结构设计提出了较高要求。而单相流量计与相含率传感器结合的方法，则是借助于超声波、声纳、射线等手段实现相含率测量，配合单相流量计实现双参数测量，代表性的有专利CN106352931A、CN207730269U、CN208012684U。由于配套的相含率传感器多为接触测量，在长期高温高压，强腐蚀性工况等恶劣工况下，这类仪表运行稳定性较差。此外，射线类传感设备在运行、检修过程中所造成的辐射危害持续存在，不便于工业现场安全管理。受制于结构复杂，造价高昂，安全可靠性差等因素，单相流量计与相含率传感器结合的方法在推广应用上也受到了限制。
技术实现思路
针对现有技术中气液两相流量测量装置结构复杂、造价昂贵以及安全可靠性差的问题，提供一种基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量方法及装置，具有结构简单、成本低廉、安全可靠的优点，测量精度可满足工业测量需求。本专利技术是通过以下技术方案来实现：基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量方法，包括以下步骤：1)确定两相流表观质量流量；2)根据两相流表观质量流量，并基于两相质量流量系数建立气相流量预测模型；3)基于压损比分段特性建立液相流量预测关联式；压损比δ定义为流体流经V锥后的总压力损失与V锥上游至喉部的前压差之比；其中，ΔPwg-m为流体流经V锥后的总压力损失，ΔPwg为V锥上游至V锥喉部的前压差；4)根据步骤2)得到的气相流量预测模型和步骤3)得到的液相流量预测关联式，得到气相流量的测量值和液相流量的预测值；5)根据步骤4)得到的气相流量的测量值和液相流量的预测值，基于构建的锥前液膜厚度计算模型，确定锥前液膜厚度H；当H≥h，步骤4)得到的液相流量的预测值，即为液相流量的最终测量值；当H<h，执行步骤6)；h为V锥下沿距管道底部的距离；6)当H<h，则基于压损比分段特性建立的液相流量测量关联式，确定液相流量的测量值。优选的，步骤1)中确定两相流表观质量流量的方法如下：在管道中设置V锥，根据管道中的压力和温度进行两相密度补偿，并结合V锥上游至V锥喉部的压降，计算两相流表观质量流量mapparent：其中，A为管道的截面积，β为V锥的节流比，ρg为气相密度，ΔPwg为V锥上游至V锥喉部的前压差。优选的，步骤2)的气相流量预测关联式具体如下：其中，Frg和Frl分别为气体和液体密度弗鲁德数，ρg和ρl分别为气相和液相密度。优选的，步骤2)中两相质量流量系数K的拟合关系式K＝f(Frl,Frg,DR)通过标定实验得到，K的定义式为；其中，mg和ml分别为气相和液相的质量流量，DR为气、液两相密度比，DR＝ρg/ρl。优选的，步骤3)中液相流量预测关联式如下：Frl＝f(DR,δ)优选的，步骤5)中锥前液膜厚度计算模型如下：其中，εL为截面含气率，D为管道内径，θ为圆周润湿率。优选的，步骤5)中V锥下沿距管道底部的距离h的计算方法如下：优选的，步骤6)中液相流量测量关联式如下：Frl＝f(Frg,DR,δ)本专利技术还提供了一种基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量装置，包括管道，管道中设置有V锥，管道上还设置有第一压差表、第二压差表、压力表和温度计；第一压差表、第二压差表、压力表和温度计与数据处理单元连接；第一压差表，用于测量V锥上游至V锥喉部的前差压ΔPwg；第二压差表，用于测量流体流经V锥后的总压力损失ΔPwg-m；数据处理单元，用于接收管内的压力、温度、前差压ΔPwg和总压力损失ΔPwg-m，并根据上述方法进行迭代求解，输出气相和液相的质量流量。优选的，所述V锥包括支撑环、支柱和锥体；所述支撑环的两端分别与两个管道的端部卡接，锥体设置在支撑环的中心，锥体的端部通过三个支柱与支撑环的内壁连接。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术提供的基于V锥压损比分段特性的湿气流量双参数在线测量方法，通过引入两相质量流量系数K建立了气相流量预测模型，基于V锥压损比分段特性建立了液相流量预测关联式，建立锥前液膜厚度计算模型实现了分段计算方法的实施。本专利技术提出的湿气流量双参数在线测量方法测量精度较高，其中，气相流量误差在±5％以内，液相流量误差控制在±20％内。此外，两相误差均呈现一定对称分布，这有利于累计误差的进一步降低。本专利技术提出的测量方法稳定可靠，测量精度可满足工业应用需求。本专利技术还提供了上述基于V锥压损比分段特性的湿气流量双参数在线测量方法的装置，通过在管道内设置V锥和压力表、温度表和差压表，进而获得管道中的压力、温度和压差参数，根据上述方法即可得到气相和液相质量流量。进一步，V锥通过周向均布三支柱固定于支撑环，锥体的抗冲击能力和装置可靠性得以提升；支撑环的端部与管道同心卡接，可有效保证锥体与管道的同心度，提高测量精度。附图说明图1为本专利技术采用的湿气流量双参数在线测量装置的系统布置图；图2为本专利技术采用的V锥结构及其周向均布三支柱固定方式示意图；图3为本专利技术进行两相流量迭代计算求解的流程图；图4为本专利技术采用的锥前液膜厚度计算模型；图5为本专利技术在线求解的气相流量误差分布；图6为本专利技术在线求解的液相流量误差分布。图中：1、下游法兰；2、管道；3、V锥；4、上游法兰；5、压力表；6、第一差压表；7、第二差压表；8、三阀组；9、手阀；10、温度计；11、数据处理单元；12、支柱；13、支撑环。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。参阅图1，一种基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量装置，包括下游法兰1、管道2、V锥3和上游法兰4。上游法兰1和下游法兰4通过焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)确定两相流表观质量流量；/n2)根据两相流表观质量流量，并基于两相质量流量系数建立气相流量预测模型；/n3)基于压损比分段特性建立液相流量预测关联式；/n压损比δ定义为流体流经V锥后的总压力损失与V锥上游至喉部的前压差之比；/n

【技术特征摘要】
1.基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确定两相流表观质量流量；
2)根据两相流表观质量流量，并基于两相质量流量系数建立气相流量预测模型；
3)基于压损比分段特性建立液相流量预测关联式；
压损比δ定义为流体流经V锥后的总压力损失与V锥上游至喉部的前压差之比；



其中，ΔPwg-m为流体流经V锥后的总压力损失，ΔPwg为V锥上游至V锥喉部的前压差；
4)根据步骤2)得到的气相流量预测模型和步骤3)得到的液相流量预测关联式，得到气相流量的测量值和液相流量的预测值；
5)根据步骤4)得到的气相流量的测量值和液相流量的预测值，基于构建的锥前液膜厚度计算模型，确定锥前液膜厚度H；
当H≥h，步骤4)得到的液相流量的预测值，即为液相流量的最终测量值；
当H<h，执行步骤6)；
h为V锥下沿距管道底部的距离；
6)当H<h，则基于压损比分段特性建立的液相流量测量关联式，确定液相流量的测量值。


2.根据权利要求1所述的基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量方法，其特征在于，步骤1)中确定两相流表观质量流量的方法如下：
在管道中设置V锥，根据管道中的压力和温度进行两相密度补偿，并结合V锥上游至V锥喉部的压降，计算两相流表观质量流量mapparent：



其中，A为管道(2)的截面积，β为V锥(3)的节流比，ρg为气相密度，ΔPwg为V锥上游至V锥喉部的前压差。


3.根据权利要求2所述的基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量方法，其特征在于，步骤2)的气相流量预测关联式具体如下：



其中，Frg和Frl分别为气体和液体密度弗鲁德数，ρg和ρl分别为气相和液相密度。


4.根据权利要求3所述的基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量方法，其特征在于，步骤2)中两相质量流量系数K的拟合关系式K＝f(Frl,Frg,DR)通过标定实验得到，K的定义式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：白博峰，赵凡，任舒心，李珊珊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61