[发明专利]多相流产量仪

说明书

一.技术领域

本发明涉及浓度和多相流的测量方法及装置，尤其是一种测量管道输送浆体和或多相流的产量仪。

二.背景技术

目前在冶金、化工、石油、医药、河流疏浚、电力等部门，物料输送广泛采用管道系统。两相(或多相)流体在管道系统中不间断流动，以供生产系统连续运转。不论是从安全输送角度考虑还是从经济运行方面考虑，浆体在管道输送过程中，其浓度的测定是至关重要的，它是实施控制调节必不可少的测定参数。例如：前述行业在进行多相流(固、液、气)管道输送时，浆体在管道中必需有一个合理的输送量，既不能发生淤堵，又必需保证经济运行，这一产量的测定，按照流体力学的经典公式进行：产量＝C_T×Q×S。C_T为输送浆体浓度，Q为一定压力下输送浆体流量，S为时间。流量和压力的测定已是很容易解决的问题，然而对于浓度的测定，看似简单，实则很难。由于压力管道上取样会带来密封等一系列问题，加上放进管道中的测定传感器因被浆体包裹或磨损容易失去精度要求而导致测定失败。目前国内外应用较多的、精度尚可的浓度计有二种：一是核辐射浓度计，它的优点是精度较高，可达到3％以内的误差，缺点是核辐射对人体有危害，对环境造成核污染，一般情况下不宜轻易使用。二是超声多普勒Micro ADv系统——从美国引进的多普勒流速仪，用来测定浓度，在含沙是15kg/M³范围内，即体积浓度范围C_v≤0.006以内时才具有足够的精度，且该仪器费用较高，台为3.5万美元。因此输送管道内浆体浓度和多相流动态值的测定，一直是工程上没有完全彻底解决的问题，直接影响多相流浆体的控制，调节以及产量核定。

三.发明内容

本发明的目的是提供一种只需通过测量管道输送浆体和多相流的流量和压力，用数理模型的方法间接测定其浓度进而解决其产量计算问题。

本发明利用浆体多相流管道输送中阻力与流量的变化规律随浓度的不同而变化的特点，总结归纳大量实验数据并作出深入的理论分析确立了计算浓度的数理模型，此模型中只有多相流的流量和压力参数待测定，所述产量仪即为测量该压力和流量并通过对含有此两变量的所述数理模型的计算求出浓度值并由此而求得产量值。

数理模型的建立

浆体和多相流在管道中输送时它的能耗与平均流速之间存在着如图1示关系。图中：J_m表示能坡，即单位长度上的能量损失，V是管道断面的平均流速，从图中可以看出，清水随J_m～V增大而J_m增大，呈直线关系。对浑水而言分四区：1区是均匀悬浮区：2区是非均匀悬浮区：3区是管底层移层区，即有推移质运动，4区是堵管危险区。

在管道输送中，总是使浆体处于1或2区输送，该两区基本上是平行于清水的直线。也就是说，只要处于均匀悬浮区或非均匀悬浮区时，它可看成基本上是平行于清水线的。

由电磁流量计测流量，清水时流量为Q_清，清水平均流速为V＝Q_清/0.25d²对，即V∝Q_清。对于浑水，在动力设备及管道输送系统保持不变的条件下应遵循质量守衡定律：即管道系统动力设备不变条件下，能输送清水及浑水的质量保持不变，也即系统的出力是一定的，清水容重小，流量就大；而浑水容重大，则流量就小，但保持Υ×Q＝m。式中Υ为被测浆体容重，Q为被测浆体流量，m为被测浆体质量。

由图2可得浑水流量减少值与流速相对减少成正比，令其为R_c′即若清水单位时间输送质量：m_清＝Υ_清×Q_清    ……………(2)则浑水流量由(1)式

  Q_清-Q_浑＝R_c′×Q_清  得：

  Q_浑＝(1-R_c′)×Q_清      ……………………………(3)

则单位时间输送浑水时的质量为：

m_浑＝Υ_m×Q_浑＝Υ_m(1-R_c′)×Q_清   …………………(4)

当管输能力质量不变时(2)＝(4)