[发明专利]气液两相流起旋分相器

说明书

技术领域

本发明属于气液两相流测量技术领域，涉及一种用于含水率测量的测量装置。

背景技术

气液两相流广泛存在于自然界及工业过程中，如石油、化工、冶金、核能、航空航天等领域。近几十年来，人们对气液两相流中的含液率计量提出了越来越高的要求。然而已有的研究成果表明，由于气液两相流的流动复杂性导致流型的多样性，要实现气、液两相流量的准确测量，特别是液相为水时的含水率的测量还具有很大的难度。目前常用的含水率的手段为基于分离器的技术、示踪技术、射线技术和电容技术。基于分离器的测量技术存在体积庞大笨重、造价高、管理及运行成本高的缺点；示踪技术需要在管道在线开孔取样，利用上下游示踪剂浓度的变化反应液相含率，往往在安全性和取样代表性方面存在问题。伽马射线是相对较成熟的含液率测量方法，但由于其具有放射性，安全管理成为其推广使用的一大障碍。电容层析成像被广泛用于可视化流动形态相分布测量，但目前理论上软场问题尚仍未解决，系统在空间分辨率改善方面存在着较大困难。此外，国内外科研工作者已经在多相流相含率的测量展开了大量的工作，在优化电容器结构及其激励模式方面均积累了宝贵的经验，然而在面对相含率测量时，学者们都意识到流动形态的重要性，但受到诸多因素的影响，两相流动呈现复杂性和随机性等特点，电容传感器的响应仍旧强烈的依赖于相介质空间分布，给相含率的测量带来了很大难度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述问题，提供一种能够提高电容含水率测量装置测量精度的液两相流起旋分相器。本发明采用如下技术方案：

一种气液两相流起旋分相器，用于测量气液两相流含水率，包括外管壁、螺旋叶片支撑体、螺旋叶片和，流体切向入口管路；在外管壁的中部固定有螺旋叶片支撑体，在螺旋叶片支撑体的外周固定有螺旋叶片，在外管壁上设有与流体切向入口管路相连的开口，流体切向入口管路的切向角度与螺旋叶片的螺旋升角相同，使得流体沿切向角度进入螺旋叶片和外管壁之间的空间。

优选地，螺旋升角10°～30°。螺旋叶片的螺旋圈数设计为0.5～10圈。螺旋叶片的内缘半径、外缘半径比例为1:2～1:5。设流体切向入口管路内径为D，外管壁内径设计为1D～6D，流体切向入口管路的长度大于3D。

采用了本发明的分相器电容含水率测量装置，与现有电容含水率测量技术相比较，具有以下技术特点：

(1)气液两相流经过水平管段后，切向进入起旋分相单元，利用叶片的连续导向作用，改变气液两相流的流动状态，由于气液两相的密度差别很大，在离心力的作用下，液相受到的离心力远大于气相，故液相更易穿过气相到达管壁，实现气液分相分布流动，即液相沿管壁流动，气相集中在中心区域，使得上游来流随机的气液两相流在起旋器内被强制改变成气液分相分布的规则旋转流。此单元实现了即便来流的气液两相流流型不同，也可实现稳定有效的流型调整，为后续电容测量不受流型影响奠定了基础。

(2)气液两相进入到电容测量单元时，旋转的液相以液膜的形式附着于管壁，与金属管壁共同构成外电极，气、水两相比例的变化直接影响管壁上等效液膜厚度的变化，含水率增加则液膜变厚，反之液膜变薄，从而影响内、外电极的间距，导致电容器的电容值变化。本单元保证了电容与含水率唯一相关性

本发明给出的气液两相流起旋分相式电容含水率测量装置具有以下的有益效果：

其一，无需分离，不依赖放射性技术和示踪技术、层析成像对气液含水率进行测量，结构简单、安全可靠；

其二，利用电容传感器直接测量含水率，电容测量精度高，含水率测量的准确度好；

其三，也是最大效益，基于起旋分相单元的电容含水率测量传感器不再受气液两相流流型的影响。

附图说明

图1带有本发明的分相器的气液两相流起旋分相式电容含水率测量装置

附图说明如下：1-流体切向入口管路，2-起旋分相单元外管壁，3-起旋螺旋叶片，4-螺旋叶片支撑体， 5-电容传感器内电极，6-绝缘层，7-电容传感器外电极，8-电容检测单元，9-连接法兰

图2电容测量值Cm与体积含水率β_l的实验测试关系

(实验条件：0.8MPa；含水率范围0～3％；气相表观流速：10m/s,15m/s,20m/s)

图3电容测量值Cm与体积含水率β_l的实验测试

(实验条件：0.1MPa、0.15MPa；含水率范围0～20％；气相表观流速：3.8m/s,4.8m/s)