[实用新型]湿蒸汽两相流流量计

说明书

技术领域：

本实用新型属于计量技术类。它具体涉及一种用于稠油开发、石油化工、能源动力、及民用供热系统中常见的湿蒸汽两相流体各相流量的计量装置的结构。

背景技术：

湿蒸汽(或汽-水)两相流作为一种高效二次能源广泛应用于稠油开发、石油化工、能源动力、及民用供热等领域。湿蒸汽两相流体的各相流量或总流量和干度的实时在线测量一直是困扰人们的一个国际性技术难题。全世界每年因湿蒸汽两相流体未能得到精确计量所造成的经济损失难以估量，尤其是在稠油注汽热采开发中的经济损失更为严重。虽然已有这方面的专利，但因其要么测量精度达不到工业要求，要么未能实现真正意义上流量和干度双参数的同时测量，至今未见可供工业应用的产品。美国德士古(Texaco)石油公司于上世纪八十年代研发出了一种孔板-临界流喷嘴组合式湿蒸汽干度计(美国专利US4836032)，但因临界流喷嘴造成压力的损失高达50％，使该技术未能得到广泛应用。

发明内容：

本实用新型的目的是为克服对湿蒸汽两相流各相流量实现精确即时测量的困难特提出本方案——湿蒸汽两相流流量计，它利用湿蒸汽两相流体流经一个节流元件与一个位于该节流装置上游或下游的垂直管段时压差及管内流体压力的测量，可同时实现对湿蒸汽两相流体各相流量、总流量和干度的在线精确计量，并具有测量精确及工作稳定的特点。

按如上构思，本方案所提出的湿蒸汽两相流流量计的特征是：它由测量湿蒸汽两相混合物平均密度的垂直管段、测量湿蒸汽两相流体总流量的节流元件和计算、记录并显示湿蒸汽两相流体各相流量的流量计算机所构成，在垂直管段的两端装有A压差传感器和压力传感器，在节流元件的两端装有B压差传感器，A压差传感器、压力传感器及B压差传感器的输出数据线与计算机连接。

在本方案中，其节流元件采用文丘里管结构，也可采用节流喷嘴或节流孔板结构。其可连续运算即时显示各相流量，流量计算机内装有饱和水蒸汽物性和经过实验验证的湿蒸汽两相流体流过垂直管段与节流元件时的两相流动力学模型的计算程序。

本方案体现出如下的优点：该两相流流量计是从垂直管段测得压差和压力值，从节流原件的两端测得动压差，送入计算机，按该机内存储的饱和水蒸汽物理特性的数值和经过实验验证的湿蒸汽两相流体流过垂直管段与节流元件时的两相流动力学模型计算程序，则得出两相流各自的流量及蒸汽的干度。由于它是串接在工作的管路之中，即做到无须停车的在线检测。它还具有结构简单、制造成本低、无需进行汽液分离、无放射性元器件、压力损失小、工作范围宽广、性能稳定等特点。

附图说明：

图1是本方案湿蒸汽两相流流量计的结构示意图。

图2、图3是在实际使用状态下增设一便于获得稳定均相流的弯头的结构示意图。

图4是文丘里管9的结构示意图。

图5是节流喷嘴10的结构示意图。

图6是节流孔板11的结构示意图。

具体实施方式：

为弥补湿蒸汽两相流流量的精确地在线即时测量设备的不足，特提出本方案。它是由垂直管段2、节流元件1、流量计算机8所组成，在垂直管段上装有A压差传感器6和压力传感器7，在节流元件的两端装有B压差传感器5，前述的三个传感器得到的数值送入流量计算机8，该流量计通过法兰3和法兰4与工作管路串接。流量计算机8装有饱和水蒸汽物性和湿蒸汽两相流体流过垂直管段与节流元件时的两相流动力学模型的计算程序。被测湿蒸汽两相流体首先垂直向上流动经过与进口法兰3相连接的垂直管段2，由压差传感器6测得其流经垂直管段时的压降ΔP_1，，被测湿蒸汽两相流体然后通过节流元件1，由压差传感器5测得其通过节流元件时的压降ΔP₂；湿蒸汽两相流体的压力P用压力传感器7测量。上述三个传感器的输出信号被直接输入流量计算机8，流量计算机连续计算、记录并显示被测湿蒸汽两相流体的各相流量，或湿蒸汽两相流体的总质量流量和蒸汽干度。

下面以汽液两相流均相流摸型为例，进一步说明本实用新型的计算过程。根据节流元件(如孔板、文丘里管、及节流喷嘴等)的流量公式，湿蒸汽两相流体的总质量流量M_T和在管道内平均流速u_M可分别表示为，