管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置及方法

2023-08-22 13:09:21

管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置及方法
【專利摘要】一種管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置及方法，該裝置主要由管道、內管、兩級旋流器、漸縮管、旋流管、過渡管、漸擴管、消旋器、常規小型分離器以及氣體和液體流量計組成；其方法通過採用管內相分隔技術，配合離心和重力分離作用，經多個分離步驟完成氣液兩相流體在管道內的完全分離，最後分別使用氣體和液體流量計測量出各相流量；通過本發明可以大幅度縮小分離法類氣液兩相流測量裝置的體積，改善測量的實時性，並能顯著降低製造成本，便於在工程上廣泛應用。
【專利說明】管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置及方法

【技術領域】
[0001]本發明屬於流量測量【技術領域】，具體涉及一種管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置及方法。

【背景技術】
[0002]本發明中的「相」是指多相流體中物理性質相同的各部分，如氣相、液相、油相、水相等。其中氣相和液相既可以是單組份物質，也可以是多組分物質的均勻混合體，如空氣，原油等。管內相分隔是指把各相分別匯聚隔離到管道內一個特定區域，以便最終實現完全分離的過程。在兩相流測量技術中，分離法仍然是目前最可靠和精度最高的技術。因為這種方法是把氣液兩相流體分離成單相氣體和液體後，再分別用單相流量計測量各相流量，實際上等於把多相流計量轉化成了單相流計量，因而能夠避免流型變化和流動不穩定等因素對測量的影響，同時也就免除了建立專門的多相流標定系統以及相應的量值傳遞體系的浩澈工程。如美國專利 US4688418 「Method and apparatus for determing mass flowrate and quality in a steam line」，公開了一種使用旋風分離器的蒸汽流量幹度測量系統。但這類方法的最大缺點是設備龐大、造價高、自動控制系統複雜，且測量的實時性差。這些缺點嚴重限制了它在工程上的廣泛應用。為了縮小分離器的體積，改善測量特性，人們進行了很多嘗試，如美國專利 US6128962 「Three-phase fluid flow measurement systemand method」，公開了一種使用小型分離器的三相流測量裝置。這種方法也稱為部分分離法(partial separat1n),從中可以看出，分離器的尺寸的確縮小了，但是卻犧牲了分離效率，不能將三相流徹底分離成單相流，因而影響了測量精度，為此而必須增加一些修正手段。美國專利 US539O5^:7 「Multiphase flow separat1n and measurement system」和US7311001 「Multiphase flow measurement apparatus and method，，分別公開了一種多相流測量裝置，試圖不用專門的分離設備，僅利用多相流體管道本身構成一種分離系統。從表面上看，該系統的確省掉了傳統的分離器，但是由於所採用的管道直徑和長度尺寸都非常大，而且也使用了外置式旋風分離方式，因此實質上它與傳統的分離法並沒有實質的區另O。中國專利ZL98113068.2公開了一種分流分相式測量方法。通過採用成比例的分流手段，使實際進入分離器的流量大為減少，從而成倍降低了所需分離器的體積。但在使用中會遇到一個困難，當兩相流中的液相或氣相的流量很小(高含氣率或低含氣率)時，由於經過了分流，因而從分離器流出的液相或氣相流量就更小，以至於低於現有最小流量計的測量下限，導致測量困難，甚至無法計量。


【發明內容】

[0003] 為了克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在於提供一種管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置及方法，通過採用管內相分隔技術，配合離心和重力分離作用，經過多個分離步驟完成氣液兩相流體在管道內的完全分離，從而大幅度縮小分離法類氣液兩相流測量裝置的體積，改善測量的實時性，並顯著降低製造成本，以便於在工程上廣泛應用。
[0004]為了更好地闡明本發明的技術方案，下面先簡要分析一下氣液兩相流在高含氣率時在管內的流動形態(流型)。
[0005]氣體01以連續態的形式(圖中空白部分)分布在管道2內，而液體則以三種形式存在於管道2內:以細小液滴4(微米級及以下)分散在氣體中，以較大液滴6 (毫米級)懸浮在氣流中和以連續液膜8緊貼在管壁上。在流速較低時(小於4-6米/秒)液膜8會沉積在管道2的底部，流速進一步增加時(大於等於6-12米/秒)，形成半環狀流，流速較高時(大於12-16米/秒)，液膜8能形成環狀。當管道2垂直放置時，由於受力對稱，液體的分布形式與水平管流速較高時形成環狀相似，但液膜8的厚度沿圓周分布會更均勻些。由此可知，高含氣率氣液兩相流體在管道內流動時，液體不會分散成極小的液滴均勻混合在氣流中，形成所謂的霧狀流；相反，在流動過程中兩相流體之間總存在一種較強的自發分離趨勢:液滴會聚合成液膜，小氣泡會合併成大氣泡，氣體和液體均會自發地分別向特定的區域匯集。但是另一方面，在流動過程中氣相和液相之間確實也會相互混合，造成已經沉積在管壁上的液膜隨時會被氣體再次卷進氣流中。流速越高，氣液之間的密度差越小，這種混合作用就越明顯。事實上在整個流動過程中，分離和混合總是相伴在一起，它們會在不同的條件下達到不同的動態平衡。在傳統分離器中，主要是利用離心力將液體驅趕到筒壁上形成液膜，然後再利用重力將其最後分離。為了避免氣流重新捲走已形成的液膜(二次攜帶)，一般在設計上都會嚴格控制分離筒內的軸向流速。只要軸向流速足夠低，這種二次攜帶就十分微弱。根據設計經驗，這一臨界流速為0.1米/秒?4米/秒，遠低於氣液兩相流體在管道內的正常流速。因此分離器的直徑一般總比與之相連的管道直徑大好幾倍。這就是分離器尺寸難以減小的主要原因。
[0006]從上述分析可以看出，分離和混合是同時存在的一對矛盾，兩者始終處於一種動態平衡中。如果能在這一動態過程中及時將已經分離出來的液膜與氣流隔離，那麼平衡就會不斷朝著分離的方向發展，直至將氣流中所有的液體都分離乾淨。因此像傳統分離器那樣，為了避免二次攜帶而一味增大分離筒的直徑(來降低軸向流速)，只是實現氣液分離的一種有效方法，但並不是唯一的方法，也絕不是一個必要條件，況且根據離心加速度的公式(a = V2/R, V為切向流速，R為分離筒的半徑)，增大分離筒半徑R也會同時降低離心加速度，直接影響分離效果，所以，傳統分離法並不能算是最佳的分離方法。事實上只要能促使分離與混合之間的動態平衡不斷朝著分離的方向發展，氣液兩相流體在管道內也是能夠實現完全分離的，而且由於直徑小，離心力會更大，因而也更有利於強化分離作用。本發明就是依照這一思路而形成的。
[0007]本發明採用如下技術方案:
[0008]一種管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，包括管道2，通過前隔板53a和後隔板53b固定於管道2內壁上的內管12,管道2的內壁與內管12的外壁之間保持一個夾層空間14，沿流動方向，所述內管12包括依次連通且同軸的內管前段12a、漸縮管32、旋流管34、過渡管36、漸擴管38和內管後段12b，在內管前段12a內設置有第一旋流器16和第二旋流器22，在內管後段12b內設置有消旋器52和氣體流量計54 ;所述內管12的管壁上分布有貫穿孔或割縫15 ;內管12內還包含一個中心管24,所述中心管24的入口與設置在管道2頂部的回氣管46的出口相連通，中心管24的出口與過渡管36相連通，回氣管46的入口與設置在管道2頂部與夾層空間14連通的小型常規分離器45的頂部相連通；在所述管道2的底部依次設置有和與夾層空間14連通的第一落液管18、第二落液管26、第三落液管28和液體測量管29 ;第一落液管18底部與液體測量管29的入口相連通，第二落液管26和第三落液管28通過連通管27連通，並通過連通管27和第一落液管18的側面相連通；在第一落液管18內安裝有液位計58 ;在液體測量管29上安裝有調節閥57和液體流量計56，所述調節閥57和液位計58通過控制信號線59連接。
[0009]所述內管12的管壁上分布的貫穿孔的孔徑或割縫15的寬度為管道2內徑的百分之一以下但不小於2毫米。
[0010]所述中心管24與管道2、內管12、第二旋流器24、漸縮管32、旋流管34和過渡管36同軸安裝，並從它們的中心穿過。
[0011]所述第一落液管18的直徑小於或等於管道2的直徑，第二落液管26和第三落液管28的直徑不超過管道2的直徑的三分之一。
[0012]所述的夾套空間14內設置有固定在管道2內壁上的第一環板17b，還設置有固定在內管12外壁上的第二環板17a，其中固定在內管12外壁上的第二環板17a外緣與管道2內壁的間隙以及固定於管道2內壁上的第一環板17b內緣與內管12外壁的間隙為I?5mm,沿管道軸線方向，第一環板17b和第二環板17a交錯布置，形成氣封組件。
[0013]所述過渡管36的外徑比旋流管34的內徑小I?6mm，並且入口端37伸入旋流管34內至少50mm，出口端與漸擴管38連接，過渡管36的外壁與旋流管34的內壁形成一個縫隙39。
[0014]所述第一旋流器16和第二旋流器22由4?8片螺旋葉片圍繞一個中心軸而成，螺旋葉片與中心軸為一個整體，而螺旋葉片外緣與內管12的內壁緊密接觸，沒有間隙；第一旋流器16的葉片螺旋角至少大於第二旋流器22的葉片螺旋角2°。
[0015]所述的前隔板53a為一圓錐管，安裝於測量裝置的入口處，上遊一端與管道2的內壁相連接，下遊一端與內管12相連接；或前隔板53a是一塊環板，此時該環板安裝於距測量裝置入口處下遊一段的位置上，並且與管道2的底部之間留有1-6毫米的間距。
[0016]所述的消旋器52為一組與內管12的軸線平行布置的平板。這些平板把內管後段12b的內部空間分隔成若干流通面積相等或分布對稱的小流道。
[0017]上述所述的管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置的測量方法:當高含氣率氣液兩相流體從前隔板53a進入內管12時，在重力作用下，液膜8的一部分通過內管12上的貫穿孔或割縫15落入夾層空間14中，其餘液膜8會在氣液兩相流體流過第一旋流器16時所產生的離心力作用下排入夾層空間14中；當排除液膜後的氣液兩相流體流過第二旋流器22時，旋轉得到進一步的加強，分散在氣流中的較大液滴6會被離心力驅趕到內管12的內壁上，繼而通過貫穿孔或割縫15進入夾層空間14中；當僅含細小水滴的旋轉氣流通過漸縮管32時，旋轉半徑大幅縮小，根據動量矩守恆定律，此時氣流的旋轉速度會得到大幅度的提高，在強大離心力的作用下，分散在氣流中的細小液滴會在旋流管34內被甩到壁面上，形成很薄的一層液膜，或匯聚在壁面附近的一個很薄的邊界層內，這層液膜連同少量的氣體會依靠慣性從旋流管34的內壁與過渡管36外壁之間的縫隙39中流入夾層空間14中；其餘幹氣則通過過渡管36進入漸擴管38中；內管12中的氣體除了會從旋流管34內壁與過渡管36外壁之間的縫隙39進入夾層空間14外，也會伴隨液膜8和液滴6從內管上的貫穿孔或割縫15流進夾層空間14中；通過調節氣封組件17a、17b和縫隙39的尺寸，就能夠控制進入夾層空間14的這部分氣體的流量；在夾層空間14內，液膜和液滴在重力的作用下落入第一落液管18、第二落液管26或第三落液管28內，氣體則攜帶少量細小液滴進入小型常規分離器45中，經過小型常規分離器45脫溼後，幹氣經過回氣管46流入中心管24內，然後在過渡管36內與旋流管34中的幹氣匯合，再一同經過漸擴管38降速升壓以及消旋器52整流後，由氣體流量計54測量其流量，最後流出內管後段12b，回到管道2內；從第一落液管18、第二落液管26和第三落液管28來的三股液體先匯集於第一落液管18內，然後從其底部進入液體測量管27，經過調節閥57控制後由液體流量計56測量其流量，最後流入管道2內，與從內管後段12b流出的幹氣匯合，一同流出流量測量裝置。
[0018]和現有技術相比較，本發明具有如下優點:
[0019]本發明共分四步完成氣液兩相流體在管道內的完全分離。第一步，通過重力和適當的離心力先把管道內已自然形成的液膜8與氣流隔離；第二步，通過對兩相流施加離心力強化分離作用，把尺寸較大的液滴4驅趕到管壁上形成液膜並與氣流相隔離；第三步，通過進一步加強離心力把氣流中細小的液滴6隔離出來；第四步，把隔離過程中伴隨液膜8和液滴6的少量氣體分離出去，並將其返回到氣體測量管路中去，完成氣液兩相流體在管道內的完全分離。在氣液兩相流體實現完全分離後就可以分別用單相流量計測量氣體和液體的流量。
[0020]為完成上述分離過程，本發明採用的主要隔離裝置包括:管道，設置於管道內的內管，內管上的貫穿孔和割縫以及用於固定內管的前後隔板。採用的強化分離元件包括:兩級旋流器，漸縮管和旋流管。這些元件既可以把氣流中的液滴驅趕到壁面上形成液膜或限制在壁面附近很薄的邊界層內，同時所產生的離心力也有助於實現相分隔。為了更有效地實現相分隔，分隔過程中需要少量的氣體伴隨液膜和液滴一起進入液體的匯集區。這些氣體的加入既是不可避免的，同時也可以提高整個分離系統的效率。但是為了完成氣液兩相流體在管內的完全分離，最後還必須要把這些氣體從所伴隨的液體中分離出去，並返回到氣體測量管路中去。由於它們的量相對較少，並且在夾層空間內能依靠重力作用分離出一部分，故本發明只設置了一個直徑小於或等於管道直徑的小型常規分離器，以及與之相連通的回氣管、中心管以及液體返回通道。最後，完成氣體和液體流量測量的裝置包括一個氣體和一個液體流量計，消旋器以及液位測量和調節裝置。
[0021]總之，本發明通過採用管內相分隔技術，配合離心和重力分離作用，經過多個分離步驟完成氣液兩相流體在管道內的完全分離，從而大幅度縮小分離法類氣液兩相流測量裝置的體積，改善測量的實時性，並顯著降低製造成本，以便於在工程上廣泛應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是高含氣率(體積含氣率大於90% )時氣液兩相流體在水平管道內的流型示意圖；其中:圖1A為流速較低時(小於4-6米/秒)液膜沉積在管道的底部示意圖，圖1B為流速進一步增加時液膜形成半環狀流的示意圖，圖1C為流速較高時液膜形成環狀的示意圖。
[0023]圖2是本發明的高含氣率氣液兩相流體的流量測量裝置的結構示意圖，其中箭頭標示表示流體的流動方向。
[0024]圖3是旋流管34與過渡管36兩者結合處的局部放大圖。
[0025]圖4是分離區間I的另一種結構形式。

【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明作更詳細的說明。
[0027]附圖1是根據目前兩相流的研究結果，如Mandhane流型圖，繪製的氣液兩相流體在高含氣率(體積含氣率大於90%)時在水平管內的流態示意圖。氣體01以連續態的形式(圖中空白部分)分布在管道2內，而液體則以三種形式存在於管道2內:以細小液滴4(微米級及以下)分散在氣體中，以較大液滴6 (毫米級)懸浮在氣流中和以連續液膜8緊貼在管壁上。在流速較低時(小於4-6米/秒)液膜8會沉積在管道2的底部(附圖1，A)，流速進一步增加時(大於等於6-12米/秒)，形成半環狀流(附圖1，B)，流速較高時(大於12-16米/秒)，液膜8能形成環狀(附圖1，C)。當管道2垂直放置時，由於受力對稱，液體的分布形式與附圖1(C)相似，但液膜8的厚度沿圓周分布會更均勻些。
[0028]如圖2所示，本發明一種管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，包括管道2,通過前隔板53a和後隔板53b固定於管道2內壁上的內管12,管道2的內壁與內管12的外壁之間保持一個夾層空間14，沿流動方向，所述內管12包括依次連通且同軸的內管前段12a、漸縮管32、旋流管34、過渡管36、漸擴管38和內管後段12b，在內管前段12a內設置有第一旋流器16和第二旋流器22，在內管後段12b內設置有消旋器52和氣體流量計54 ;所述內管12的管壁上分布有貫穿孔或割縫15 ;內管12內還包含一個中心管24,所述中心管24的入口與設置在管道2頂部的回氣管46的出口相連通，中心管24的出口與過渡管36相連通，回氣管46的入口與設置在管道2頂部與夾層空間14連通的小型常規分離器45的頂部相連通；在所述管道2的底部依次設置有和與夾層空間14連通的第一落液管18、第二落液管26、第三落液管28和液體測量管29，第一落液管18底部與液體測量管29的入口相連通，第二落液管26和第三落液管28通過連通管27連通，並通過連通管27和第一落液管18的側面相連通，在第一落液管18內安裝有液位計58，在液體測量管29上安裝有調節閥57和液體流量計56，所述調節閥57和液位計58通過控制信號線59連接。
[0029]作為本發明的優選實施方式，所述內管12的管壁上分布的貫穿孔的孔徑或割縫15的寬度為管道2內徑的百分之一以下但不小於2毫米。
[0030]作為本發明的優選實施方式，所述小型常規分離器45的下部安裝有均氣板42和渦輪葉片43，上部安裝有波形板組件44 ;小型常規分離器45的直徑小於或等於管道2的直徑。
[0031]作為本發明的優選實施方式，所述中心管24與管道2、內管12、第二旋流器24、漸縮管32、旋流管34和過渡管36同軸安裝，並從它們的中心穿過。
[0032]作為本發明的優選實施方式，所述第一落液管18的直徑小於或等於管道2的直徑，第二落液管26和第三落液管28的直徑不超過管道2的直徑的三分之一。
[0033]作為本發明的優選實施方式，所述的夾套空間14內設置有固定於管道2內壁上的第一環板17b，還設置有固定於內管12外壁上的第二環板17a，其中固定在內管12外壁上的第二環板17a外緣與管道2內壁的間隙以及固定於管道2內壁上的第一環板17b內緣與內管12外壁的間隙為I?5_，沿管道軸線方向，第一環板17b和第二環板17a交錯布置，形成氣封組件。
[0034]作為本發明的優選實施方式，如圖3所示，所述過渡管36的外徑比旋流管34的內徑小I?6mm，並且入口端37伸入旋流管34內至少50mm，出口端與漸擴管38連接，過渡管36的外壁與旋流管34的內壁形成一個縫隙39。
[0035]作為本發明的優選實施方式，所述第一旋流器16和第二旋流器22由4?8片螺旋葉片圍繞一個中心軸而成，螺旋葉片與中心軸為一個整體，而螺旋葉片外緣與內管12的內壁緊密接觸，沒有間隙；第一旋流器16的葉片螺旋角至少大於第二旋流器22的葉片螺旋角2。。
[0036]作為本發明的優選實施方式，所述的漸縮管32為一圓錐形管，其入口直徑大於出口直徑，其內壁與軸線之間的夾角為10°?23°。
[0037]作為本發明的優選實施方式，所述的旋流管34為一段圓管，其長度為其內徑的I?4倍。
[0038]作為本發明的優選實施方式，所述的漸擴管38為一圓錐管，其入口直徑小於出口直徑，其內壁與軸線的夾角為2°?8°。
[0039]作為本發明的優選實施方式，如圖2所示，所述的前隔板53a為一圓錐管，安裝於測量裝置的入口處，上遊一端與管道2的內壁相連接，下遊一端與內管12相連接；或如圖4所示，前隔板53a是一塊環板，此時該環板安裝於距測量裝置入口處下遊一段的位置上，並且與管道2的底部之間留有1-6毫米的間距，前分隔板53a從內管12的入口端向下遊移動了一段距離，使液膜8可以直接流入夾層空間14內。此時前分隔板53a與管道2的底部之間留有足夠的間隙，以保證液膜通過。
[0040]作為本發明的優選實施方式，所述的消旋器52為一組與內管12的軸線平行布置的平板。這些平板將內管後段12b的內部空間分隔成若干流通面積相等或分布對稱的小流道。
[0041]上述所述的管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置的測量方法:本發明共分四步完成氣液兩相流體在管道內的完全分離，四個步驟分別在圖2所示的1、I1、III和IV的對應分離區間內完成。如附圖2所示，當高含氣率氣液兩相流體從前隔板53a進入內管12時，在重力作用下，液膜8的一部分通過內管12上的貫穿孔或割縫15落入夾層空間14中，其餘液膜8會在氣液兩相流體流過第一旋流器16時所產生的離心力作用下排入夾層空間14中；當排除液膜後的氣液兩相流體流過第二旋流器22時，旋轉得到進一步的加強，分散在氣流中的較大液滴6會被離心力驅趕到內管12的內壁上，繼而通過貫穿孔或割縫15進入夾層空間14中；當僅含細小水滴的旋轉氣流通過漸縮管32時，旋轉半徑大幅縮小，根據動量矩守恆定律，此時氣流的旋轉速度會得到大幅度的提高，在強大離心力的作用下，分散在氣流中的細小液滴會在旋流管34內被甩到壁面上，形成很薄的一層液膜，或匯聚在壁面附近的一個很薄的邊界層內，如圖3所示，這層液膜連同少量的氣體會依靠慣性從旋流管34的內壁與過渡管36外壁之間的縫隙39中流入夾層空間14中；其餘幹氣則通過過渡管36進入漸擴管38中；內管12中的氣體除了會從旋流管34內壁與過渡管36外壁之間的縫隙39進入夾層空間14外，也會伴隨液膜8和液滴6從內管上的貫穿孔或割縫15流進夾層空間14中；通過調節氣封組件17a、17b和縫隙39的尺寸，就能夠控制進入夾層空間14的這部分氣體的流量；在夾層空間14內，液膜和液滴在重力的作用下落入第一落液管18、第二落液管26或第三落液管28內，氣體則攜帶少量細小液滴進入小型常規分離器45中，經過小型常規分離器45脫溼後，幹氣經過回氣管46流入中心管24內，然後在過渡管36內與旋流管34中的幹氣匯合，再一同經過漸擴管38降速升壓以及消旋器52整流後，由氣體流量計54測量其流量，最後流出內管後段12b，回到管道2內；從第一落液管18、第二落液管26和第三落液管28來的三股液體先匯集於第一落液管18內，然後從其底部進入液體測量管27，經過調節閥57控制後由液體流量計56測量其流量，最後流入管道2內，與從內管12流出的幹氣匯合，一同流出流量測量裝置。
【權利要求】
1.一種管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特徵在於:包括管道(2)，通過前隔板(53a)和後隔板(53b)固定於管道(2)內壁上的內管(12)，管道⑵的內壁與內管(12)的外壁之間保持一個夾層空間(14)，沿流動方向，所述內管(12)包括依次連通且同軸的內管前段(12a)、漸縮管(32)、旋流管(34)、過渡管(36)、漸擴管(38)和內管後段(12b)，在內管前段(12a)內設置有第一旋流器(16)和第二旋流器(22)，在內管後段(12b)內設置有消旋器(52)和氣體流量計(54);所述內管(12)的管壁上分布有貫穿孔或割縫(15);內管(12)內還包含一個中心管(24)，所述中心管(24)的入口與設置在管道(2)頂部的回氣管(46)的出口相連通，中心管(24)的出口與過渡管(36)相連通，回氣管(46)的入口與設置在管道(2)頂部與夾層空間(14)連通的小型常規分離器(45)的頂部相連通；在所述管道(2)的底部依次設置有和與夾層空間(14)連通的第一落液管(18)、第二落液管(26)、第三落液管(28)和液體測量管(29)，第一落液管(18)底部與液體測量管(29)的入口相連通，第二落液管(26) 和第三落液管(28)通過連通管(27)連通，並通過連通管(27)和第一落液管(18)的側面相連通，在第一落液管(18)內安裝有液位計(58)，在液體測量管(29)上安裝有調節閥(57)和液體流量計(56)，所述調節閥(57)和液位計(58)通過控制信號線(59)連接。
2.根據權利要求1所述的一種管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特徵在於:所述內管(12)的管壁上分布的貫穿孔的孔徑或割縫(15)的寬度為管道(2)內徑的百分之一以下但不小於2毫米。
3.根據權利要求1所述的一種管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特徵在於:所述中心管(24)與管道(2)、內管(12)、第二旋流器(24)、漸縮管(32)、旋流管(34)和過渡管(36)同軸安裝，並從它們的中心穿過。
4.根據權利要求1所述的一種管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特徵在於:所述第一落液管(18)的直徑小於或等於管道(2)的直徑，第二落液管(26)和第三落液管(28)的直徑不超過管道(2)的直徑的三分之一。
5.根據權利要求1所述的一種管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特徵在於:所述的夾層空間(14)內設置有固定在管道(2)內壁上的第一環板(17b)，還設置有固定在內管(12)外壁上的第二環板(17a)，其中固定在內管(12)外壁上的第二環板(17a)外緣與管道(2)內壁的間隙以及固定於管道(2)內壁上的第一環板(17b)內緣與內管(12)外壁的間隙為I~5_，沿管道軸線方向，第一環板(17b)和第二環板(17a)交錯布置，形成氣封組件。
6.根據權利要求1所述的一種管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特徵在於:所述過渡管(36)的外徑比旋流管(34)的內徑小I~6mm，並且入口端(37)伸入旋流管(34)內至少50_，出口端與漸擴管(38)連接，過渡管(36)的外壁與旋流管(34)的內壁形成一個縫隙(39)。
7.根據權利要求1所述的一種管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特徵在於:所述第一旋流器(16)和第二旋流器(22)由4~8片螺旋葉片圍繞一個中心軸而成，螺旋葉片與中心軸為一個整體，而螺旋葉片外緣與內管(12)的內壁緊密接觸，沒有間隙；第一旋流器(16)的葉片螺旋角至少大於第二旋流器(22)的葉片螺旋角2°。
8.根據權利要求1所述的一種管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特徵在於:所述的前隔板(53a)為一圓錐管，安裝於測量裝置的入口處，上遊一端與管道(2)的內壁相連接，下遊一端與內管(12)相連接；或前隔板53a是一塊環板，此時該環板安裝於距測量裝置入口處下遊一段的位置上，並且與管道(2)的底部之間留有1-6毫米的間距。
9.根據權利要求1所述的一種管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置，其特徵在於:所述的消旋器(52)為一組與內管(12)的軸線平行布置的平板。這些平板將內管後段(12b)的內部空間分隔成若干流通面積相等或分布對稱的小流道。
10.採用權利要求1所述的管內相分隔式高含氣率氣液兩相流體流量測量裝置的測量方法:其特徵在於:當高含氣率氣液兩相流體從前隔板(53a)進入內管(12)時，在重力作用下，液膜⑶的一部分通過內管(12)上的貫穿孔或割縫(15)落入夾層空間(14)中，其餘液膜(8)會在氣液兩相流體流過第一旋流器(16)時所產生的離心力作用下排入夾層空間(14)中；當排除液膜後的氣液兩相流體流過第二旋流器(22)時，旋轉得到進一步的加強，分散在氣流中的較大液滴(6)會被離心力驅趕到內管(12)的內壁上，繼而通過貫穿孔或割縫(15)進入夾層空間(14)中；當僅含細小水滴的旋轉氣流通過漸縮管(32)時，旋轉半徑大幅縮小，根據動量矩守恆定律，此時氣流的旋轉速度會得到大幅度的提高，在強大離心力的作用下，分散在氣流中的細小液滴會在旋流管(34)內被甩到壁面上，形成很薄的一層液膜，或匯聚在壁 面附近的一個很薄的邊界層內，這層液膜連同少量的氣體會依靠慣性從旋流管(34)的內壁與過渡管(36)外壁之間的縫隙(39)中流入夾層空間(14)中；其餘幹氣則通過過渡管(36)進入漸擴管(38)中；內管(12)中的氣體除了會從旋流管(34)內壁與過渡管(36)外壁之間的縫隙(39)進入夾層空間(14)外，也會伴隨液膜(8)和液滴(6)從內管上的貫穿孔或割縫(15)流進夾層空間(14)中；通過調節氣封組件(17a)、(17b)和縫隙(39)的尺寸，就能夠控制進入夾層空間(14)的這部分氣體的流量；在夾層空間(14)內，液膜和液滴在重力的作用下落入第一落液管(18)、第二落液管(26)或第三落液管(28)內，氣體則攜帶少量細小液滴進入小型常規分離器(45)中，經過小型常規分離器(45)脫溼後，幹氣經過回氣管(46)流入中心管(24)內，然後在過渡管(36)內與旋流管(34)中的幹氣匯合，再一同經過漸擴管(38)降速升壓以及消旋器(52)整流後，由氣體流量計(54)測量其流量，最後流出內管(12)，回到管道(2)內；從第一落液管(18)、第二落液管(26)和第三落液管(28)來的三股液體先匯集於第一落液管(18)內，然後從其底部進入液體測量管(27)，經過調節閥(57)控制後由液體流量計(56)測量其流量，最後流入管道(2)內，與從內管(12)流出的幹氣匯合，一同流出流量測量裝置。
【文檔編號】G01F7/00GK104075766SQ201410276592
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月19日 優先權日:2014年6月19日
【發明者】王棟, 衛鵬凱, 王帥, 楊楊 申請人:西安交通大學