溼蒸汽兩相流流量計的製作方法

2024-01-29 02:33:15

專利名稱：溼蒸汽兩相流流量計的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於計量技術類。它具體涉及一種用 於稠油開發、石油化工、能源動力、及民用供熱系統中常見的溼 蒸汽兩相流體各相流量的計量裝置的結構。
背景^L術溼蒸汽(或汽-水)兩相流作為一種高效二次能源 廣泛應用於稠油開發、石油化工、能源動力、及民用供熱等領域。 溼蒸汽兩相流體的各相流量或總流量和幹度的實時在線測量一 直是困擾人們的一個國際性技術難題。全世界每年因溼蒸汽兩相 流體未能得到精確計量所造成的經濟損失難以估量，尤其是在稠 油注汽熱採開發中的經濟損失更為嚴重。雖然已有這方面的專 利，但因其要麼測量精度達不到工業要求，要麼未能實現真正意 義上流量和幹度雙參數的同時測量，至今未見可供工業應用的產 品。美國德士古(Texaco)石油公司於上世紀八十年代研發出了 一 種孔板-臨界流噴嘴組合式溼蒸汽千度計(美國專利US 4836032)，但因臨界流噴嘴造成壓力的損失高達50%,使該技
術未能得到廣泛應用。
發明內容本實用新型的目的是為克服對溼蒸汽兩相流各相
流量實現精確即時測量的困難特提出本方案--溼蒸汽兩相
流流量計，它利用溼蒸汽兩相流體流經一個節流元件與 一個位於 該節流裝置上遊或下遊的垂直管段時壓差及管內流體壓力的測 量，可同時實現對溼蒸汽兩相流體各相流量、總流量和幹度的在 線精確計量，並具有測量精確及工作穩定的特點。
按如上構思，本方案所提出的溼蒸汽兩相流流量計的特徵
3是它由測量溼蒸汽兩相混合物平均密度的垂直管段、測量溼蒸 汽兩相流體總流量的節流元件和計算、記錄並顯示溼蒸汽兩相流 體各相流量的流量計算機所構成，在垂直管段的兩端裝有A壓差 傳感器和壓力傳感器，在節流元件的兩端裝有B壓差傳感器，A 壓差傳感器、壓力傳感器及B壓差傳感器的輸出數據線與計算機 連接。
在本方案中，其節流元件採用文丘裡管結構，也可採用節流 噴嘴或節流孔^1結構。其可連續運算即時顯示各相流量，流量計 算機內裝有飽和水蒸汽物性和經過實驗驗證的溼蒸汽兩相流體 流過垂直管段與節流元件時的兩相流動力學^t型的計算程序。
本方案體現出如下的優點該兩相流流量計是從垂直管段測 得壓差和壓力值，從節流原件的兩端測得動壓差，送入計算機， 按該機內存儲的飽和水蒸汽物理特性的數值和經過實驗驗證的 溼蒸汽兩相流體流過垂直管段與節流元件時的兩相流動力學模 型計算程序，則得出兩相流各自的流量及蒸汽的幹度。由於它是 串接在工作的管路之中，即做到無須停車的在線檢測。它還具有 結構簡單、製造成本低、無需進行汽液分離、無》文射性元器件、 壓力損失小、工作範圍寬廣、性能穩定等特點。

圖1是本方案溼蒸汽兩相流流量計的結構示意圖。
圖2、圖3是在實際使用狀態下增設一便於獲得穩定均相流 的彎頭的結構示意圖。
圖4是文丘裡管9的結構示意圖。 圖5是節流噴嘴10的結構示意圖。 圖6是節流孔板11的結構示意圖。
具體實施方式
為彌補溼蒸汽兩相流流量的精確地在線即時 測量設備的不足，特提出本方案。它是由垂直管段2、節流元件 1、流量計算機8所組成，在垂直管段上裝有A壓差傳感器6和 壓力傳感器7，在節流元件的兩端裝有B壓差傳感器5,前述的 三個傳感器得到的數值送入流量計算機8，該流量計通過法蘭3 和法蘭4與工作管路串接。流量計算機8裝有飽和水蒸汽物性和 溼蒸汽兩相流體流過垂直管段與節流元件時的兩相流動力學模 型的計算程序。;故測溼蒸汽兩相流體首先垂直向上流動經過與進 口法蘭3相連接的垂直管段2，由壓差傳感器6測得其流經垂直 管段時的壓降」屍;,，被測溼蒸汽兩相流體然後通過節流元件l, 由壓差傳感器5測得其通過節流元件時的壓降Z1 P2;溼蒸汽兩 相流體的壓力戶用壓力傳感器7測量。上述三個傳感器的輸出信 號被直接輸入流量計算機8，流量計算機連續計算、記錄並顯示 被測溼蒸汽兩相流體的各相流量，或溼蒸汽兩相流體的總質量流 量和蒸汽幹度。
下面以汽液兩相流均相流摸型為例，進一步說明本實用新型 的計算過程。根據節流元件(如孔板、文丘裡管、及節流噴嘴等) 的流量公式，溼蒸汽兩相流體的總質量流量mr和在管道內平均 流速^可分別表示為，
formula see original document page 5(1)
其中J是管道的截面積，-是節流元件的喉部內經與管道內經之 比，"是節流元件的流量係數， 是溼蒸汽兩相混合物的平均密
度，A^是節流元件的動壓差。
溼蒸汽兩相流體向上流經垂直管段的總壓差Ai^是重位壓差與摩擦壓差之和，可表示為，
Ai^M"g， (3)
其中g是重力加速度，/;是垂直管段上兩個取壓點之間的距離， 義是垂直管段內壁的摩阻係數，"是垂直管段的內經。將式(2) 代入式(3)得，
AP, g/2 + ;i告a2〃4AP2 (4)
在測得溼蒸汽兩相混合物流經垂直管段的總壓差M和節流元件 的動壓差A/^後，便可由式(4)計算出溼蒸汽兩相混合物的平均 密度 ，進而可由式(1)計算出溼蒸汽兩相流體的總質量流量 由式(5)計算出溼蒸汽兩相流體的幹度h
(5)
其中Pe和&分別為溼蒸汽兩相流汽相和液相的密度。
根據定義，溼蒸汽兩相流體的汽相質量流量Me和液相質量 流量M,可分別用式(6)和式(7)計算。
MG = (6) Mi=Mr(l-力 (7)
具體實施步驟:根據上述工原理，本實用新型對溼蒸汽兩相 流體的在線實時計量分為如下三個步驟
1.壓差傳感器A5和壓差傳感器B6分別測出溼蒸汽兩相流 體流經節流元件1和垂直管段2段時的壓差AP,和A^,壓力傳感 器測出溼蒸汽兩相流體的壓力戶；壓差傳感器A 5、壓差傳感器 B 6和壓力傳感器7的輸出信號全部輸入流量計算機8。2. 才艮據壓力傳感器7測得的壓力p,流量計算才幾8用存儲 其內的飽和水蒸氣物性的計算程序計算出溼蒸汽兩相流的相關 物性參數。
3. 根據已算得的溼蒸汽兩相流的相關物性參數和由壓差傳 感器A5及壓差傳感器B6測量的溼蒸汽兩相流體通過節流元件1 及垂直管段2時的壓差A^和APp流量計算機8由式(4 )和(1) 分別計算出溼蒸汽兩相流體的平均密度 和總質量流量Mr,再 由式(6 )和式(7 )分別計算出汽相和液相的質量流量M。和M^
在實際應用中，均相流可用安裝在入口連接法蘭3處的靜態 混合器或直角彎頭(12 )來實現。如果垂直管段2上遊有足夠長 的流型穩定管段，式(1 )、 ( 2 )、 ( 3 )、及(4 )應該用更精確的 汽液兩相流體動力學模型來代替。
本實用新型中的節流元件可以是孔板、文丘裡管、和節流噴 嘴中的任何一種。它們可以是標準的、或非標準的。該節流元件 還可以用其它壓差式流量計代替，例如錐型流量計(即V-Cone)、 阿紐巴流量計(Annubar)、及耙式流量計。
根據上述原理製成的溼蒸汽兩相流體流量計具有結構簡單、 製造成本低、無需進行汽液分離、無放射性元器件、壓力損失很 小、工作範圍寬廣、性能穩定等特點，可實現對稠油開發、石油 化工、能源動力及民用供熱系統中常見的溼蒸汽兩相流體進行自 動在線計量
權利要求1.一種溼蒸汽兩相流流量計，其特徵是它由測量溼蒸汽兩相混合物平均密度的垂直管段(2)、測量溼蒸汽兩相流體總流量的節流元件(1)和計算、記錄並顯示溼蒸汽兩相流體各相流量的計算機(8)所構成，在垂直管段的兩端裝有A壓差傳感器(6)和壓力傳感器(7)，在節流元件的兩端裝有B壓差傳感器(5)，B壓差傳感器(5)、A壓差傳感器(6)及壓力傳感器(7)的輸出數據線與計算機(8)連接。
2. 按照權利要求1所述的溼蒸汽兩相流流量計，其特徵是 其節流元件採用文丘裡管(9)結構，也可採用節流噴嘴(10) 或節流孔板(11)結構。
專利摘要本實用新型屬於計量技術類。為克服已有技術中溼蒸汽兩相流在線即時測量設備的不足特提出本方案——溼蒸汽兩相流流量計。它是由測量總流量的垂直管段、節流元件和測量、顯示用的流量計算機所組成，在垂直管段上裝有壓差傳感器和壓力傳感器，在節流元件的兩端裝有壓差傳感器，三個傳感器測得的數據輸送至流量計算機。經流量計算機內存儲的測量各相流量、總流量及蒸汽的幹度的數學模型及各種物質的參數程序進行計算，及時地顯示各項測量結果。它具有結構簡單、製造成本低、無需進行汽液分離、無放射性元器件、壓力損失很小、工作範圍寬廣、能實現穩定的在線測量等特點。
文檔編號G01N9/36GK201327400SQ200820143390
公開日2009年10月14日 申請日期2008年11月21日 優先權日2008年11月21日
發明者琪 何, 陳方非 申請人:天津瑞吉德科技有限公司