[发明专利]一种气液两相流计量装置和方法

说明书

一种气液两相流计量装置和方法，装置包括主管段，主管段中布置有旋流器；旋流器下游布置有喷管整流器，喷管整流器喉部的外壁上设置有液膜流量测量装置；喷管整流器连突扩管；突扩管半径突变处布置有雾化喷嘴与副管段相连；文丘里管上连接差压传感器，差压传感器以及液膜流量测量装置与数据采集计算系统连接，其流量测量方法是：采用旋流器对管内气液两相流进行旋流分离，形成液膜环状流，利用液膜流量测量装置测量环状液膜中的液体质量流量，然后将环状液膜雾化，再通过文丘里管测量压降，最后通过计算得到气体质量流量。与现有多相流量计相比，具有结构紧凑、易于管理、操作简单、测量范围广、测量精度高等优点。

技术领域

本发明属于流量测量技术领域，特别是涉及一种测量管道内气液两相流流量的装置和方法。

背景技术

在工业生产过程中，气液两相流流量计量广泛存在于能源动力、石油、化工等工业领域。由于气液流体的物理性质不同，且在流动过程中气液两相之间存在滑差，流型也在不断发生变化，因此气液两相流流量的高效精准计量一直是一个难点。

目前，按照计量方式的不同，气液两相流流量计量方式可分为：完全分离式计量、部分分离式计量、不分离式计量和取样分离式计量四种。完全分离式计量是先用分离设备将气液混合物分离成单相气体和单相液体后，再通过普通单相流量计进行计量，从而把两相流量的测量转化为单相流量测量。完全分离式计量的优点是工作可靠、测量精度高、测量范围宽且不受气液两相流流型变化影响，缺点是分离设备体积庞大，价格昂贵，并需要建立专门的计量站和测试管线，增加了流量计的开发和使用成本。部分分离式计量在计量前也将气液两相分离，但与完全分离式不同的是，这种方法在进行气液分离时，只需将两相分离为以气相为主和以液相为主的两部分流体，再分别将这两部分流体用较为成熟的两相流计量计进行计量。计量液相部分中的含气量和计量气相部分中的含液量是此种计量方式的关键。部分分离式计量的优点是占用的空间更小，缺点是由于气液混合物并没有完全分离，计量方法测量精度较低。不分离式多相流计量是无需对多相流进行分离，在不分离的情况下对气液两相进行计量。优点是占用空间小、测量成本低，缺点是技术难度较高。取样分离式计量是将主管中的流体按比例提取，将提取的部分完全分离后计量，再与剩余流体汇集。取样分离式计量优点是测量相对精确，成本相对较低，缺点是须保证取样流体与被测流体之间有确定的比例，样本须对流体有代表性，因此，增加了测量难度。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，提升测量效率，本发明提出一种气液两相流计量装置和方法，采用旋流器对管内气液两相流进行旋流分离，形成液膜环状流，经喷管整流器整流后，利用液膜流量测量装置测量环状液膜中的液体质量流量，然后将环状液膜雾化，再通过文丘里管测量压降，最后通过计算得到气体质量流量，本发明装置具有结构紧凑、易于管理、操作简单、生产和运行成本低、测量范围广、测量精度高等优点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种气液两相流计量装置，包括主管段1，主管段1中布置有旋流器2；旋流器2下游布置有喷管整流器3，喷管整流器3喉部的外壁上设置有超声多普勒流速仪4-1，超声多普勒流速仪4-1的超声探头4-2的端面与喷管整流器3喉部的外壁之间的空隙中填充有耦合剂4-3；喷管整流器3出口端与突扩管7入口端相连；突扩管7半径突变处布置有雾化喷嘴6；突扩管7出口端与文丘里管10的入口端相连，文丘里管10的出口端与副管段11相连；文丘里管10的入口端和喉部通过引压管9连接差压传感器8，差压传感器8以及超声多普勒流速仪4-1均通过数据线与数据采集计算系统5连接。

所述的旋流器2由鱼尾型螺旋纽带组成，螺旋纽带的外缘与主管段1的内壁保持贴合，螺旋角为45°～50°，长度为1～1.5倍螺距。

所述的喷管整流器3布置在旋流器下游，主体呈先收缩后扩张的喷管状，出口端直径与突扩管7入口端直径相等。

一种气液两相流计量方法，包括如下步骤: