[发明专利]基于差压与旋流分相电容含水率传感器的湿气测量系统

说明书

本发明涉及一种基于差压与旋流分相电容含水率传感器的湿气测量系统，包括固定在测量管道上的差压流量计和含水率传感器，差压流量计和含水率传感器水平安装，來流先经过差压流量计测量两相流总的虚高质量流量，再经过含水率传感器测量两相流中的液相含率，实现两相流量的非分离计量；所述的含水率传感器为旋流分相电容含水率传感器，包括旋流分相段和电容测量段，旋流分相段包括螺旋叶片支撑杆，分布在螺旋叶片支撑杆外周的两个以上的螺旋叶片、和外管壁；电容测量段包括金属内芯，覆盖在金属内芯外周的绝缘层和外金属管壁。本发明适用工业现场测量，并具有较高测量精度。

技术领域

本发明属于气液两相流流量测量技术领域，涉及一种水平安装的差压式流量计与旋流分相电容含水率传感器组合测量气液两相流量的测量系统。

背景技术

气液两相流广泛存在于工业生产的各个领域。使用非分离技术对工业中的气液两相流流量进行分别测量，对工业生产、科学研究均具有重要意义。在天然气、页岩气等的工业气液两相流测量中，目前已经成熟的可应用在工业现场的两相流测量方法一般是一种差压式流量计辅以一种含水率测量手段，例如差压+射线技术、差压+微波技术、双差压技术等等。本发明针对该领域丞待解决的技术难点：(一)安全无辐射，便于现场管理；(二)测量量程尽量宽，保证现场中由于返排液、管道震动等方式出现短时间的段塞流等复杂流动形态变化；(三)结构简单，体积轻便，维护方便等，从以上述角度出发，解决适用于工业现场的非分离两相流量计量问题。

差压式流量计由于结构简单，可靠性高，成本低，在一定范围内具有较好的测量精度，成为目前在两相流各流型下都能够较稳定工作的测量装置。常用的节流装置有孔板、文丘里、内锥等。近年来，大量研究者针对节流装置来测量气液两相流动进行实验研究及测量模型建立工作，差压式流量计目前是工业测量湿天然气的应用最广泛的流量计之一。1967年Chisholm D.在《Flow of incompressible two‐phase mixtures through sharp‐edgedorifices》基于孔板中蒸汽、水两相流动采用分相法理论推导出孔板气液两相流的虚高模型；林宗虎等人在1979年根据大量工况的气液密度比实验分析结果，提出了适用于压力0.7-20.1MPa，干度在0.1-1范围，孔板节流比为0.25-0.75，管道内径为8-75cm的虚高模型；1997年，De Leeuw提出了针对文丘里管的湿气虚高测量模型。其公式形式借用了Chisholm提出的孔板湿气测量模型，并对其参数进行相关修正，气相质量流量预测相对误差绝对值在湿气范围内可达到5％以内；2002年，R.N.Steven用NEL的实验数据拟和了新的文丘里管测量湿气模型；2003年，M.Van Werven和H.R.E.Van Maanen将湿气看作雾状流，探讨了湿气流经文丘里管的流动模型。2015年，天津大学徐英、袁超针对长喉颈文丘里的虚高特性进行研究，采用量纲分析法建立了基于长喉颈文丘里的湿气流量预测模型。