[发明专利]一种测量竖直管道内气液两相流流量的装置及方法

权利要求书

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。

7.根据权利要求6所述的测量竖直管道内气液两相流流量的方法，其特征是，步骤d中流体总流量的计算公式为：

式中，Q_v为竖直管道内流体的总流量，K为流出系数，S_a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。

8.根据权利要求7所述的测量竖直管道内气液两相流流量的方法，其特征是，步骤d中各相相含率包括气相体积含率和液相体积含率；

其中，气相体积含率的计算公式为：

式中：β_g为气相体积含率，N为侧直管的个数，β_gN为第N个侧直管的气相体积含率；

I_N为第N个侧直管下端近红外接收探头所接收到的经流体吸收后的近红外光的光强，I_l为侧直管内全是液体时近红外接收探头所接收到的经流体吸收后的近红外光的光强，I_g为侧直管内全是气体时近红外接收探头所接收到的经流体吸收后的近红外光的光强；

液相体积含率的计算公式为：β_l＝1-β_g；

竖直管道内两相流中气相流量为：Q_g＝Q_v×β_g；

竖直管道内两相流中液相流量为：Q_l＝Q_v×(1-β_g)。