[发明专利]管内相分隔式高含气率气液两相流体流量测量装置及方法

权利要求书

1.一种管内相分隔式高含气率气液两相流体流量测量装置，其特征在于：包括管道(2)，通过前隔板(53a)和后隔板(53b)固定于管道(2)内壁上的内管(12)，管道(2)的内壁与内管(12)的外壁之间保持一个夹层空间(14)，沿流动方向，所述内管(12)包括依次连通且同轴的内管前段(12a)、渐缩管(32)、旋流管(34)、过渡管(36)、渐扩管(38)和内管后段(12b)，在内管前段(12a)内设置有第一旋流器(16)和第二旋流器(22)，在内管后段(12b)内设置有消旋器(52)和气体流量计(54)；所述内管(12)的管壁上分布有贯穿孔或割缝(15)；内管(12)内还包含一个中心管(24)，所述中心管(24)的入口与设置在管道(2)顶部的回气管(46)的出口相连通，中心管(24)的出口与过渡管(36)相连通，回气管(46)的入口与设置在管道(2)顶部与夹层空间(14)连通的小型常规分离器(45)的顶部相连通；在所述管道(2)的底部依次设置有和与夹层空间(14)连通的第一落液管(18)、第二落液管(26)、第三落液管(28)和液体测量管(29)，第一落液管(18)底部与液体测量管(29)的入口相连通，第二落液管(26)和第三落液管(28)通过连通管(27)连通，并通过连通管(27)和第一落液管(18)的侧面相连通，在第一落液管(18)内安装有液位计(58)，在液体测量管(29)上安装有调节阀(57)和液体流量计(56)，所述调节阀(57)和液位计(58)通过控制信号线(59)连接。

2.根据权利要求1所述的一种管内相分隔式高含气率气液两相流体流量测量装置，其特征在于：所述内管(12)的管壁上分布的贯穿孔的孔径或割缝(15)的宽度为管道(2)内径的百分之一以下但不小于2毫米。

3.根据权利要求1所述的一种管内相分隔式高含气率气液两相流体流量测量装置，其特征在于：所述中心管(24)与管道(2)、内管(12)、第二旋流器(24)、渐缩管(32)、旋流管(34)和过渡管(36)同轴安装，并从它们的中心穿过。

4.根据权利要求1所述的一种管内相分隔式高含气率气液两相流体流量测量装置，其特征在于：所述第一落液管(18)的直径小于或等于管道(2)的直径，第二落液管(26)和第三落液管(28)的直径不超过管道(2)的直径的三分之一。

5.根据权利要求1所述的一种管内相分隔式高含气率气液两相流体流量测量装置，其特征在于：所述的夹层空间(14)内设置有固定在管道(2)内壁上的第一环板(17b),还设置有固定在内管(12)外壁上的第二环板(17a)，其中固定在内管(12)外壁上的第二环板(17a)外缘与管道(2)内壁的间隙以及固定于管道(2)内壁上的第一环板(17b)内缘与内管(12)外壁的间隙为1～5mm,沿管道轴线方向，第一环板(17b)和第二环板(17a)交错布置，形成气封组件。

6.根据权利要求1所述的一种管内相分隔式高含气率气液两相流体流量测量装置，其特征在于：所述过渡管(36)的外径比旋流管(34)的内径小1～6mm,并且入口端(37)伸入旋流管(34)内至少50mm,出口端与渐扩管(38)连接，过渡管(36)的外壁与旋流管(34)的内壁形成一个缝隙(39)。

7.根据权利要求1所述的一种管内相分隔式高含气率气液两相流体流量测量装置，其特征在于：所述第一旋流器(16)和第二旋流器(22)由4～8片螺旋叶片围绕一个中心轴而成，螺旋叶片与中心轴为一个整体，而螺旋叶片外缘与内管(12)的内壁紧密接触，没有间隙；第一旋流器(16)的叶片螺旋角至少大于第二旋流器(22)的叶片螺旋角2°。

8.根据权利要求1所述的一种管内相分隔式高含气率气液两相流体流量测量装置，其特征在于：所述的前隔板(53a)为一圆锥管，安装于测量装置的入口处，上游一端与管道(2)的内壁相连接，下游一端与内管(12)相连接；或前隔板53a是一块环板，此时该环板安装于距测量装置入口处下游一段的位置上，并且与管道(2)的底部之间留有1-6毫米的间距。

9.根据权利要求1所述的一种管内相分隔式高含气率气液两相流体流量测量装置，其特征在于：所述的消旋器(52)为一组与内管(12)的轴线平行布置的平板。这些平板将内管后段(12b)的内部空间分隔成若干流通面积相等或分布对称的小流道。

10.采用权利要求1所述的管内相分隔式高含气率气液两相流体流量测量装置的测量方法：其特征在于：当高含气率气液两相流体从前隔板(53a)进入内管(12)时，在重力作用下，液膜(8)的一部分通过内管(12)上的贯穿孔或割缝(15)落入夹层空间(14)中，其余液膜(8)会在气液两相流体流过第一旋流器(16)时所产生的离心力作用下排入夹层空间(14)中；当排除液膜后的气液两相流体流过第二旋流器(22)时，旋转得到进一步的加强，分散在气流中的较大液滴(6)会被离心力驱赶到内管(12)的内壁上，继而通过贯穿孔或割缝(15)进入夹层空间(14)中；当仅含细小水滴的旋转气流通过渐缩管(32)时，旋转半径大幅缩小，根据动量矩守恒定律，此时气流的旋转速度会得到大幅度的提高，在强大离心力的作用下，分散在气流中的细小液滴会在旋流管(34)内被甩到壁面上，形成很薄的一层液膜，或汇聚在壁面附近的一个很薄的边界层内，这层液膜连同少量的气体会依靠惯性从旋流管(34)的内壁与过渡管(36)外壁之间的缝隙(39)中流入夹层空间(14)中；其余干气则通过过渡管(36)进入渐扩管(38)中；内管(12)中的气体除了会从旋流管(34)内壁与过渡管(36)外壁之间的缝隙(39)进入夹层空间(14)外，也会伴随液膜(8)和液滴(6)从内管上的贯穿孔或割缝(15)流进夹层空间(14)中；通过调节气封组件(17a)、(17b)和缝隙(39)的尺寸，就能够控制进入夹层空间(14)的这部分气体的流量；在夹层空间(14)内，液膜和液滴在重力的作用下落入第一落液管(18)、第二落液管(26)或第三落液管(28)内，气体则携带少量细小液滴进入小型常规分离器(45)中，经过小型常规分离器(45)脱湿后，干气经过回气管(46)流入中心管(24)内，然后在过渡管(36)内与旋流管(34)中的干气汇合，再一同经过渐扩管(38)降速升压以及消旋器(52)整流后，由气体流量计(54)测量其流量，最后流出内管(12)，回到管道(2)内；从第一落液管(18)、第二落液管(26)和第三落液管(28)来的三股液体先汇集于第一落液管(18)内，然后从其底部进入液体测量管(27)，经过调节阀(57)控制后由液体流量计(56)测量其流量，最后流入管道(2)内，与从内管(12)流出的干气汇合，一同流出流量测量装置。