專利名稱：一種氣液兩相流體的流量測量裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多相流流量測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣液兩相流體的流量測量裝 置及其測量方法。
背景技術(shù)：
目前傳統(tǒng)的氣液兩相流體流量測量方法仍然是分離法，即首先采用一種氣液分離 設(shè)備將氣液兩相流體分離成單相氣體和液體，然后分別用單相流量計測量出各相流量。這 種方法的優(yōu)點是工作可靠性高，測量結(jié)果與流型無關(guān)，但最大的缺點是設(shè)備龐大、造價高、 自動化程度低且測量的實時性差。這些缺點嚴(yán)重限制了它在工程上的廣泛應(yīng)用，尤其是隨 著流體管道直徑的增大,這種缺點就更加突出。US5390547“Multiphase flow separation and measurement system”禾口 US7311001 "Multiphase flow measurement apparatus and method”這兩項美國專利，公開了一種多相流體流量測量方法和裝置，整個裝置不用專門的 分離設(shè)備，僅利用多相流體管道本身構(gòu)成了一種分離系統(tǒng)，將多相流體分離成單相流體，然 后分別用單相流量計測量各相的流量，最后再將它們重新混合。從表面上看，這種方法的確 省掉了傳統(tǒng)的分離器，但是由于所采用的鋼管直徑非常大，而且也采用了旋風(fēng)分離方式及 復(fù)雜的液位控制系統(tǒng)，因此實質(zhì)上它與傳統(tǒng)的分離法沒有實質(zhì)的區(qū)別，更主要的是該系統(tǒng) 僅適合于氣相流量相對較小的場合，不適合于高含氣率的工況。因為隨著氣速的增大，氣體 攜帶液體的能力也不斷增大，當(dāng)將氣體從管道內(nèi)分離出去時必然會有大量液體跟隨氣體進(jìn) 入氣體管路，導(dǎo)致分離失敗。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種氣液兩相流體的 流量測量裝置及其測量方法，大幅度縮小了測量裝置的體積，簡化分離方法，改善測量的實 時性和提高了自動化程度，便于在工程上廣泛應(yīng)用。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種氣液兩相流體的流量測量裝置，包括氣體流量計10和液體流量計5，還包括 水平管道1，在水平管道1的頂部側(cè)面和底部側(cè)面分別設(shè)置集氣箱6和液體收集箱2，且集 氣箱6的底部和水平管道1的頂部之間通過上部多孔壁7相導(dǎo)通，液體收集箱2的頂部和 水平管道1的底部之間通過下部多孔壁3相導(dǎo)通，另外在水平管道的頂部側(cè)面和底部側(cè)面 還分別設(shè)置上部拱門狀倒U形管9和下部倒拱門狀U形管4，該上部拱門狀倒U形管9的一 端和集氣箱6相導(dǎo)通，而其另一端和水平管道1的頂部相導(dǎo)通，該下部倒拱門狀U形管4的 一端和液體收集箱2相導(dǎo)通，而其另一端和水平管道1的底部相導(dǎo)通，上部拱門狀倒U形管 9和下部倒拱門狀U形管4分別安裝有所述的氣體流量計10和液體流量計5。所述的下部多孔壁3的孔為在下部多孔壁3上均勻分布的貫穿孔，該貫穿孔的孔 徑為水平管道1的內(nèi)徑的十分之一以下。所述的上部多孔壁7的孔為在上部多孔壁7上均勻分布的貫穿孔或割縫，該貫穿孔的孔徑或割縫的寬度為水平管道1的內(nèi)徑的百分之一以下但不小于2毫米。所述的水平管道1的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有節(jié)流元件11，而所述的集氣箱6在水平管道1 的頂部側(cè)面的位置位于節(jié)流元件11上游。所述的集氣箱6的內(nèi)部設(shè)置有均氣板8。均氣板8為帶有均勻分布的貫穿孔的板，每個貫穿孔直徑為3-6毫米，貫穿孔在均 氣板8上的開孔率為0. 3-0.6。上述的氣液兩相流體的流量測量裝置的測量方法將該氣液兩相流體流量測量裝 置放入要測量的氣液兩相流體管道中，且其水平管道1的入口橫截面和要測量的氣液兩相 流體的流向保持垂直，當(dāng)氣液兩相流體在水平管道1內(nèi)流動時，在重力的作用下，氣液兩相 流體中的液體沉積在水平管道1底部，而其氣體則在水平管道1內(nèi)部上方聚集，另外氣體也 會從水平管道1內(nèi)部下方卷吸少量液體進(jìn)入氣流中心，這樣當(dāng)沉積和卷吸兩種過程達(dá)到平 衡時，大部分液體會沉積在水平管道1底部，僅少量液滴會分散在氣流中，隨后當(dāng)水平管道 1底部的液體遇到下部多孔壁3時，就會不斷流入液體收集箱2內(nèi)，此時沉積和卷吸的平衡 會被打破，少量分散在氣流中的液滴會不斷向管道底部沉積，直至全部從氣流中分出，這樣 就實現(xiàn)了氣液分離；接著分離后的液體從液體收集箱2進(jìn)入下部倒拱門狀U形管4，再經(jīng)過 液體流量計5測量后返回水平管道1中，完成氣液兩相流體中的液體流量測量；與此同時一 部分氣體會通過上部多孔壁7進(jìn)入集氣箱6，最后該氣體經(jīng)上部拱門狀倒U形管9流過，并 且由氣體流量計10測量氣體在上部拱門狀倒U形管9中的流量，即氣體分流體的流量q后
返回水平管道1中，利用公式β = f計算氣液兩相流體中的氣體流量Q，其中K為分流系數(shù)，
K值為由氣液兩相流體的流量測量裝置的結(jié)構(gòu)所確定的常數(shù)，q為氣體分流體的流量，Q為 氣液兩相流體中的氣體流量。本發(fā)明的氣液兩相流體的流量測量裝置及其測量方法，主要由水平管道1、液體收 集箱2、集氣箱6、氣體流量計10和液體流量計5組成，當(dāng)氣液兩相流體流過水平管道時，由 于重力的作用會產(chǎn)生自然分離現(xiàn)象，液體會向管道底部沉積，而氣體會向管道上部聚集。通 過下部多孔壁3將液體收集到液體收集箱2內(nèi)，然后用液體流量計5進(jìn)行測量，同時通過上 部多孔壁7將一部分氣體收集到集氣箱6，然后用氣體流量計10進(jìn)行測量，并根據(jù)比例關(guān)系 換算成氣體的總流量，通過本發(fā)明可以實現(xiàn)簡化分離方法，大幅度縮小整個測量裝置的體 積和改善測量的實時性的目的，并能提高自動化程度，便于在工程上廣泛應(yīng)用。


附圖是本發(fā)明的氣液兩相流體的流量測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中箭頭標(biāo)示 C=O表示對應(yīng)的被測氣液兩相流體的流動方向。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。如附圖所示，氣液兩相流體的流量測量裝置，包括氣體流量計10和液體流量計5， 還包括水平管道1，在水平管道1的頂部側(cè)面和底部側(cè)面分別設(shè)置集氣箱6和液體收集箱 2，且集氣箱6的底部和水平管道1的頂部之間通過上部多孔壁7相導(dǎo)通，液體收集箱2的
4頂部和水平管道1的底部之間通過下部多孔壁3相導(dǎo)通，另外在水平管道的頂部側(cè)面和底 部側(cè)面還分別設(shè)置上部拱門狀倒U形管9和下部倒拱門狀U形管4，該上部拱門狀倒U形管 9的一端和集氣箱6相導(dǎo)通，而其另一端和水平管道1的頂部相導(dǎo)通，該下部倒拱門狀U形 管4的一端和液體收集箱2相導(dǎo)通，而其另一端和水平管道1的底部相導(dǎo)通，上部拱門狀倒 U形管9和下部倒拱門狀U形管4分別安裝有所述的氣體流量計10和液體流量計5。所述 的下部多孔壁3的孔為在下部多孔壁3上均勻分布的貫穿孔，該貫穿孔的孔徑為水平管道 1的內(nèi)徑的十分之一以下。所述的上部多孔壁7的孔為在上部多孔壁7上均勻分布的貫穿 孔或割縫，該貫穿孔的孔徑或割縫的寬度為水平管道1的內(nèi)徑的百分之一以下但不小于2 毫米。所述的水平管道1的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有節(jié)流元件11，而所述的集氣箱6在水平管道1的 頂部側(cè)面的位置位于節(jié)流元件11上游。所述的集氣箱6的內(nèi)部設(shè)置有均氣板8。均氣板8 為帶有均勻分布的貫穿孔的板，每個貫穿孔直徑為3-6毫米，貫穿孔在均氣板8上的開孔率 為 0. 3-0. 6。該氣液兩相流體的流量測量裝置的測量方法將該氣液兩相流流量測量裝置放入 要測量的氣液兩相流體管道中，且其水平管道1的入口橫截面和要測量的氣液兩相流體的 流向保持垂直，當(dāng)氣液兩相流體在水平管道1內(nèi)流動時，在重力的作用下，氣液兩相流體中 的液體沉積在水平管道1底部，而其氣體則在水平管道1內(nèi)部上方聚集，另外氣體也會從水 平管道1內(nèi)部下方卷吸少量液體進(jìn)入氣流中心，這樣當(dāng)沉積和卷吸兩種過程達(dá)到平衡時， 大部分液體會沉積在水平管道1底部，僅少量液滴會分散在氣流中，隨后當(dāng)水平管道1底部 的液體遇到下部多孔壁3時，就會不斷流入液體收集箱2內(nèi)，此時沉積和卷吸的平衡會被打 破，少量分散在氣流中的液滴會不斷向管道底部沉積，直至全部從氣流中分出，這樣就實現(xiàn) 了氣液分離；接著分離后的液體從液體收集箱2進(jìn)入下部倒拱門狀U形管4，再經(jīng)過液體流 量計5測量后返回水平管道1中，完成氣液兩相流體中的液體流量測量；與此同時一部分氣 體會通過上部多孔壁7進(jìn)入集氣箱6，最后該氣體經(jīng)上部拱門狀倒U形管9流過，并且由氣 體流量計10測量氣體在上部拱門狀倒U形管9中的流量，即氣體分流體的流量q后返回水
平管道1中，利用公式β = f計算氣液兩相流體中的氣體流量Q，其中K為分流系數(shù)，K值為
由氣液兩相流體的流量測量裝置的結(jié)構(gòu)所確定的常數(shù)，q為氣體分流體的流量，Q為氣液兩 相流體中的氣體流量。本發(fā)明的氣液兩相流體的流量測量裝置及其測量方法，主要由水平管道1、液體收 集箱2、集氣箱6、氣體流量計10和液體流量計5組成，當(dāng)氣液兩相流體流過水平管道時，由 于重力的作用會產(chǎn)生自然分離現(xiàn)象，液體會向管道底部沉積，而氣體會向管道上部聚集。通 過下部多孔壁3將液體收集到液體收集箱2內(nèi)，然后用液體流量計5進(jìn)行測量，同時通過上 部多孔壁7將一部分氣體收集到集氣箱6，然后用氣體流量計10進(jìn)行測量，并根據(jù)比例關(guān)系 換算成氣體的總流量，通過本發(fā)明可以實現(xiàn)簡化分離方法，大幅度縮小整個測量裝置的體 積和改善測量的實時性的目的，并能提高自動化程度，便于在工程上廣泛應(yīng)用。而所述的下 部多孔壁3的孔為在下部多孔壁3上均勻分布的貫穿孔，該貫穿孔的孔徑為水平管道1的 內(nèi)徑的十分之一以下，這樣的結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到更好的液體沉積效果。所述的上部多孔壁7的 孔為在上部多孔壁7上均勻分布的貫穿孔或割縫，該貫穿孔的孔徑或割縫的寬度為水平管 道1的內(nèi)徑的百分之一以下但不小于2毫米，這樣的結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到更好的足量氣體上升到集氣箱6的效果。所述的水平管道1的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有節(jié)流元件11，而所述的集氣箱6在水 平管道1的頂部側(cè)面的位置位于節(jié)流元件11上游，這樣的結(jié)構(gòu)能夠保證更好的氣液分離效 果。所述的集氣箱6的內(nèi)部設(shè)置有均氣板8，均氣板8的結(jié)構(gòu)便于阻擋氣體中帶有液滴進(jìn)入 集氣箱6。均氣板8為帶有均勻分布的貫穿孔的板，每個貫穿孔直徑為3-6毫米，貫穿孔在 均氣板8上的開孔率為0. 3-0. 6，這樣的結(jié)構(gòu)能更有效的阻擋氣體中帶有液滴進(jìn)入集氣箱 6。
權(quán)利要求
一種氣液兩相流體的流量測量裝置，包括氣體流量計10和液體流量計5，其特征在于還包括水平管道(1)，在水平管道(1)的頂部側(cè)面和底部側(cè)面分別設(shè)置集氣箱(6)和液體收集箱(2)，且集氣箱(6)的底部和水平管道(1)的頂部之間通過上部多孔壁(7)相導(dǎo)通，液體收集箱(2)的頂部和水平管道(1)的底部之間通過下部多孔壁(3)相導(dǎo)通，另外在水平管道的頂部側(cè)面和底部側(cè)面還分別設(shè)置上部拱門狀倒U形管(9)和下部倒拱門狀U形管(4)，該上部拱門狀倒U形管(9)的一端和集氣箱(6)相導(dǎo)通，而其另一端和水平管道(1)的頂部相導(dǎo)通，該下部倒拱門狀U形管(4)的一端和液體收集箱(2)相導(dǎo)通，而其另一端和水平管道(1)的底部相導(dǎo)通，上部拱門狀倒U形管(9)和下部倒拱門狀U形管(4)分別安裝有所述的氣體流量計(10)和液體流量計(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣液兩相流體的流量測量裝置，其特征在于所述的下部多 孔壁(3)的孔為在下部多孔壁(3)上均勻分布的貫穿孔，該貫穿孔的孔徑為水平管道(1) 的內(nèi)徑的十分之一以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的氣液兩相流體的流量測量裝置，其特征在于 所述的上部多孔壁(7)的孔為在上部多孔壁(7)上均勻分布的貫穿孔或割縫，該貫穿孔的 孔徑或割縫的寬度為水平管道(1)的內(nèi)徑的百分之一以下但不小于2毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的氣液兩相流體的流量測量裝置，其特征在于 所述的水平管道⑴的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有節(jié)流元件(11)，而所述的集氣箱(6)在水平管道⑴ 的頂部側(cè)面的位置位于節(jié)流元件(11)上游。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的氣液兩相流體的流量測量裝置，其特征在于 所述的集氣箱(6)的內(nèi)部設(shè)置有均氣板(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣液兩相流體的流量測量裝置，其特征在于均氣板(8)為帶有均 勻分布的貫穿孔的板，每個貫穿孔直徑為34毫米，貫穿孔在均氣板8上的開孔率為0. 3-0. 6。
7.一種采用權(quán)利要求1所述的氣液兩相流體的流量測量裝置的測量方法將該氣液兩 相流體流量測量裝置放入要測量的氣液兩相流體管道中，且其水平管道(1)的入口橫截面 和要測量的氣液兩相流體的流向保持垂直，當(dāng)氣液兩相流體在水平管道(1)內(nèi)流動時，在 重力的作用下，氣液兩相流體中的液體沉積在水平管道(1)底部，而其氣體則在水平管道 (1)內(nèi)部上方聚集，另外氣體也會從水平管道(1)內(nèi)部下方卷吸少量液體進(jìn)入氣流中心，這 樣當(dāng)沉積和卷吸兩種過程達(dá)到平衡時，大部分液體會沉積在水平管道(1)底部，僅少量液 滴會分散在氣流中，隨后當(dāng)水平管道(1)底部的液體遇到下部多孔壁(3)時，就會不斷流入 液體收集箱(2)內(nèi)，此時沉積和卷吸的平衡會被打破，少量分散在氣流中的液滴會不斷向 管道底部沉積，直至全部從氣流中分出，這樣就實現(xiàn)了氣液分離；接著分離后的液體從液體 收集箱(2)進(jìn)入下部倒拱門狀U形管(4)，再經(jīng)過液體流量計(5)測量后返回水平管道(1) 中，完成氣液兩相流體中的液體流量測量；與此同時一部分氣體會通過上部多孔壁(7)進(jìn) 入集氣箱(6)，最后該氣體經(jīng)上部拱門狀倒U形管(9)流過，并且由氣體流量計(10)測量氣 體在上部拱門狀倒U形管(9)中的流量，即氣體分流體的流量q后返回水平管道(1)中，利用公式β = |計算出氣液兩相流體中的氣體流量Q，其中K為分流系數(shù)，K值為由氣液兩相流體的流量測量裝置的結(jié)構(gòu)所確定的常數(shù)，q為氣體分流體的流量，Q為氣液兩相流體中的 氣體流量。
全文摘要
一種氣液兩相流體的流量測量裝置及其測量方法，主要由水平管道、液體收集箱、集氣箱、氣體流量計和液體流量計組成，當(dāng)氣液兩相流體流過水平管道時，由于重力的作用會產(chǎn)生自然分離現(xiàn)象，液體會向管道底部沉積，而氣體會向管道上部聚集。通過下部多孔壁將液體收集到液體收集箱內(nèi)，然后用液體流量計進(jìn)行測量，同時通過上部多孔壁將一部分氣體收集到集氣箱，然后用氣體流量計進(jìn)行測量，并根據(jù)比例關(guān)系換算成氣體的總流量，通過本發(fā)明可以實現(xiàn)簡化分離方法，大幅度縮小整個測量裝置的體積和改善測量的實時性的目的，并能提高自動化程度，便于在工程上廣泛應(yīng)用。
文檔編號G01F1/74GK101929884SQ20101024909
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者張炳東, 王棟 申請人:西安交通大學(xué)