[发明专利]一种气液两相流相含率实时电容测量系统及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气液两相流相含率实时电容测量系统及其测量方法，利用体积测量的双凹面电容电极测量两相流相含率，主要应用于气液分层流、泡状流和段塞流等流型的相含率测量，属于多相流输送技术领域。

背景技术

在现代的石油开采运输和核能发电等领域内，对气液两相流的相含率测量是一个十分重要的课题，有必要对两相流的相含率进行精确测量，从而对两相流界面相分布、流型变化等参数进行准确计算，为管道沿程压降计算提供依据。

目前有很多气液两相流相含率测量的方法，例如光学法、射线法、快关阀法、高速摄像法、电学法等。在这些方法中，光学法和射线法的测量精度最高，但两者的设备昂贵、操作复杂、对操作环境要求高。快关阀法对体积相含率的测量精度较高，但是使用过程会干扰流动，并且无法对相含率的变化进行在线测量。高速摄影法对流动界面进行高速动态拍摄，所以能够更细致地反映界面波动的结构特征，但这种方法对操作者要求很高，而且存在照明、聚焦等光学问题，使用范围受到限制。

电学法测量相含率的方法从原理上分为电导法和电容法，两种方法具有设备简单、操作方便，在两相流相含率测量的研究中得到广泛使用。如中国专利申请文本《实时测量多相管流中相含率和相界面的电导探针测量系统》（公开日2006年10月18日，公开号CN1847836A，申请日2006年3月27日）公开了一种用于测量水平圆管内两相流相含率的电导探针系统，该系统采用双平行电导探针或双环电导探针，对多相流中相含率进行在线测量。该专利依据电导法原理，管道中探针间的电导性与相含率呈线性关系。但这种方法存在不足，探针间的电导性受到液相中离子浓度和液相温度的影响，对于高速流动的两相流，尾涡卷吸气体会造成双平行探针下游局部区域液相含率较低，从而对相含率的测量造成误差。如中国专利申请文本《多相管流中相含率和相界面的单丝电容探针测量系统》（公开日2006年11月22日，公开号CN1865966A，申请日2006年5月11日）公开了一种测量圆管内分层流液膜厚度的单丝电容探针系统，此专利采用了电容法测量相含率，测量结果不受流体温度和杂质成分的影响，可以对多相管流中相含率和相界面进行连续实时在线测量。但这种方法同样受到探针的尾涡卷吸气体的影响，而且安装在管道内部的单丝电容探针没有屏蔽管道上的杂散电容，对相含率的测量也仅限于气液相分布均匀的流型，不能对分布不均的两相流相含率进行测量。再如中国专利申请文本《一种微小管道气液两相流空隙率测量螺旋电容传感器》（公开日2010年10月20日，公开号CN101865872A，申请日2010年4月27日）公开了一种微小管道气液两相流空隙率测量螺旋电容传感器，可以对气液两相流中的相含率进行测量，并且不受电极边缘效应和流型变化影响，但是这一系统测量的管径较小，螺旋电极加工要求较高，螺距与管道直径比较大，对大直径管道内截面相含率变化测量比较困难。

综上所述，目前这些相含率的测量方法存在一些局限，对管道截面相含率存在测量截面不完整或测量管道长度较大的问题，不能给出准确的相含率变化规律，因而难以实现管内相含率高精度的实时测量。

发明内容

为克服相含率测量已存在的的问题，本发明提供了一种气液两相流相含率实时电容测量系统及其测量方法，通过准确测量气液两相流相界面的电容值变化来确定相界面和相含率，以克服现有技术的不足。发明内容如下：

一种双凹面电容电极装置，包括绝缘管道，其特征在于还包括：

安装在绝缘管道外壁上的双凹面电容电极组、用于将双凹面电容电极组紧固在绝缘管道外壁上的绝缘填充材料，以及紧固在绝缘填充材料外侧的铜保护外壳；

上述双凹面电容电极组包括两片形状完全相同的弧形铜片，且紧贴在绝缘管道的两侧并对称放置；

上述组成双凹面电容电极组的铜片厚度为0.5mm，铜片宽度为管道内直径的0.8倍，覆盖角α为150°。

上述绝缘填充材料将双凹面电容电极组紧固在绝缘管道外壁上，隔绝空气流动的影响。铜保护外壳中间为半圆型，两端为矩形铜片，矩形板上打有透孔，通过安装螺柱可将绝缘填充材料和双凹面电容电极组紧固在管道上，铜保护外壳进行接地处理，对其他设备发出的电磁信号及双凹面电容电极组向周围环境发出的电磁信号起到隔离的作用。本发明的上述设计较现有技术而言，对截面的含气率变化更加敏感。

一种双凹面电容电极装置的制作方法，其特征在于包括以下步骤：