[发明专利]多叶片旋流分相电容含水率测量装置

说明书

本发明涉及一种多叶片旋流分相电容含水率测量装置，包括旋流分相单元和电容测量单元，其特征在于，旋流分相单元包括螺旋叶片支撑杆，分布在螺旋叶片支撑杆外周的2个以上的螺旋叶片与外管壁构成；电容测量单元包括金属内芯，覆盖在金属内芯外周的绝缘层和外金属管壁，螺旋叶片支撑杆的迎水面为流线型设计。本发明的气液分相分布效果好，不依赖两相流型，可实现电容单元对含水率的可靠测量。

技术领域

本发明属于气液两相流流量测量技术领域，涉及一种多叶片导流式旋流分相电容含水测量装置。

背景技术

气水两相流广泛存在于石油、化工、能源等领域，其含水率的准确测量具有十分重要的意义。目前含水率测量手段主要有射线技术、微波技术、电学(电阻、电容)技术、差压技术等。近年来由于安全管理要求日益严格放射性技术的使用受到限制。

在非放射性含水率测量技术中，电容法历史悠久、原理简单、维护方便，缺点是受流型影响严重。

基于电容传感器分为接触式和非接触式两大类，由于电容传感器响应强烈地依赖于分散相的介质空间分布，为了减小空间灵敏度的不均匀性，研究者们对电容传感器电极结构进行了大量的优化设计，研究了其在不同流动流型下相含率的测量特性。非接触式电容法的含水率测量技术发展现状如下：

1992年清华大学张宝芬等人利用有限元法研究了“对壁式非接触电容传感器”，采用了8电极旋转激励测量方法，旨在克服相分布对含率影响，。1998年JTollefsen等人设计了表面螺旋电极的电容传感器，旨在测量原油中的水相和气相浓度。作者利用有限元方法仿真，并将仿真结果与静态测试结果进行了比对。2009年A.Jaworek等人利用对壁式电容传感器的相位移信息测量气液两相流的相含率，实验介质采用蒸馏水和异丙醇，利用不同直径的聚酰胺棒插入管道中心模拟气核，开展了环状流静态模拟实验测试。2012年Min S K等人优化设计了对壁式电容器和环形电容器两种传感器，利用不同直径的机玻璃棒模拟了环状流，开展了静态试验。2014年浙江大学林翀等人提出非接触六电极阵列式电容耦合电导传感器，通过循环激励、接收法降低相分布对含率测量的影响，模拟了不同流型的静态实验。2015年Kathleen De Kerpel等人利用对壁式电容器在内径8mm的水平管进行实验，流型包括弹状流，间歇流和环状流，作者利用小波分析的方法研究了流型和相含率。结论是相含率的测量结果不可避免的受到流型的影响。2015年天津大学赵安等人研究了两种电容传感器——对壁式及双螺旋式传感器对气液两相流相浓度测量的适应性，搭建了垂直上升气液两相流电容传感器测量系统。结论是对壁式电容传感器测量分辨率较差，而双螺旋式电容传感器对相浓度具有相对较高的分辨能力，但二者均受到流型的影响

接触式电容法的含水率测量技术发展现状：

2007年M J Da Silva等人设计电容金属丝网传感器。对竖直管道空气和硅油的泡状流进行实验，实现了对单一气泡的轴向和径向切面的图像重建。2013年天津大学翟路生等人利用平行线电容探针测量水平管油水两相流的互相关速度，发现平行线电容探针的互相关特性受到油水的流动结构的影响。2015年天津大学X.Chen等人利用同轴电容传感器在内径20mm的上升管内进行油水两相流实验。实验结果表明同轴电容器的响应与流型紧密相关。另外，3D电容断层扫描ECT技术被广泛用于可视化流动形态和多相流相含率的分布，但现有系统均存在空间分辨率低的缺点。X射线和伽马射线扫描仪也会应用于多相流，但成本较高。

中国专利申请201710465819.9和中国专利申请201710465822.0提出了一种能够改善电容传感器受到流型影响导流式旋流分相测量电容含水率的装置，然而，由于该装置为单一螺旋叶片设计，会导致当两相流动流速较低时，起旋效果有限。