[发明专利]一种气液两相流体的流量测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明属于多相流流量测量技术领域，具体涉及一种气液两相流体的流量测量装置及其测量方法。

背景技术

目前传统的气液两相流体流量测量方法仍然是分离法，即首先采用一种气液分离设备将气液两相流体分离成单相气体和液体，然后分别用单相流量计测量出各相流量。这种方法的优点是工作可靠性高，测量结果与流型无关，但最大的缺点是设备庞大、造价高、自动化程度低且测量的实时性差。这些缺点严重限制了它在工程上的广泛应用，尤其是随着流体管道直径的增大，这种缺点就更加突出。US5390547“Multiphase flow separation and measurement system”和US7311001“Multiphase flow measurement apparatus and method”这两项美国专利，公开了一种多相流体流量测量方法和装置，整个装置不用专门的分离设备，仅利用多相流体管道本身构成了一种分离系统，将多相流体分离成单相流体，然后分别用单相流量计测量各相的流量，最后再将它们重新混合。从表面上看，这种方法的确省掉了传统的分离器，但是由于所采用的钢管直径非常大，而且也采用了旋风分离方式及复杂的液位控制系统，因此实质上它与传统的分离法没有实质的区别，更主要的是该系统仅适合于气相流量相对较小的场合，不适合于高含气率的工况。因为随着气速的增大，气体携带液体的能力也不断增大，当将气体从管道内分离出去时必然会有大量液体跟随气体进入气体管路，导致分离失败。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种气液两相流体的流量测量装置及其测量方法，大幅度缩小了测量装置的体积，简化分离方法，改善测量的实时性和提高了自动化程度，便于在工程上广泛应用。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种气液两相流体的流量测量装置，包括气体流量计10和液体流量计5，还包括水平管道1，在水平管道1的顶部侧面和底部侧面分别设置集气箱6和液体收集箱2，且集气箱6的底部和水平管道1的顶部之间通过上部多孔壁7相导通，液体收集箱2的顶部和水平管道1的底部之间通过下部多孔壁3相导通，另外在水平管道的顶部侧面和底部侧面还分别设置上部拱门状倒U形管9和下部倒拱门状U形管4，该上部拱门状倒U形管9的一端和集气箱6相导通，而其另一端和水平管道1的顶部相导通，该下部倒拱门状U形管4的一端和液体收集箱2相导通，而其另一端和水平管道1的底部相导通，上部拱门状倒U形管9和下部倒拱门状U形管4分别安装有所述的气体流量计10和液体流量计5。

所述的下部多孔壁3的孔为在下部多孔壁3上均匀分布的贯穿孔，该贯穿孔的孔径为水平管道1的内径的十分之一以下。

所述的上部多孔壁7的孔为在上部多孔壁7上均匀分布的贯穿孔或割缝，该贯穿孔的孔径或割缝的宽度为水平管道1的内径的百分之一以下但不小于2毫米。

所述的水平管道1的内侧壁设置有节流元件11，而所述的集气箱6在水平管道1的顶部侧面的位置位于节流元件11上游。

所述的集气箱6的内部设置有均气板8。

均气板8为带有均匀分布的贯穿孔的板，每个贯穿孔直径为3-6毫米，贯穿孔在均气板8上的开孔率为0.3-0.6。

上述的气液两相流体的流量测量装置的测量方法：将该气液两相流体流量测量装置放入要测量的气液两相流体管道中，且其水平管道1的入口横截面和要测量的气液两相流体的流向保持垂直，当气液两相流体在水平管道1内流动时，在重力的作用下，气液两相流体中的液体沉积在水平管道1底部，而其气体则在水平管道1内部上方聚集，另外气体也会从水平管道1内部下方巻吸少量液体进入气流中心，这样当沉积和巻吸两种过程达到平衡时，大部分液体会沉积在水平管道1底部，仅少量液滴会分散在气流中，随后当水平管道1底部的液体遇到下部多孔壁3时，就会不断流入液体收集箱2内，此时沉积和巻吸的平衡会被打破，少量分散在气流中的液滴会不断向管道底部沉积，直至全部从气流中分出，这样就实现了气液分离；接着分离后的液体从液体收集箱2进入下部倒拱门状U形管4，再经过液体流量计5测量后返回水平管道1中，完成气液两相流体中的液体流量测量；与此同时一部分气体会通过上部多孔壁7进入集气箱6，最后该气体经上部拱门状倒U形管9流过，并且由气体流量计10测量气体在上部拱门状倒U形管9中的流量，即气体分流体的流量q后返回水平管道1中，利用公式计算气液两相流体中的气体流量Q，其中K为分流系数，K值为由气液两相流体的流量测量装置的结构所确定的常数，q为气体分流体的流量，Q为气液两相流体中的气体流量。