[发明专利]全截面测量多相流中气、液、固质量流量计量装置及方法

权利要求书

1.一种全截面测量多相流中气、液、固质量流量计量装置，包括伽马射线源(1)、伽马射线探测器(2)、差压型流量计(3)，所述差压型流量计(3)具有喉部段(31)，所述的伽马射线源(1)和伽马射线探测器(2)分别安装于喉部段(31)两侧相对的位置；其特征在于：所述的伽马射线探测器(2)为由多个探测器组成的阵列，所述伽马射线源(1)发出的伽马射线覆盖喉部段(31)所在的测量截面，且所有穿过上述截面的伽马射线均能被伽马射线探测器(2)接收。

2.根据权利要求1所述的全截面测量多相流中气、液、固质量流量计量装置，其特征在于：所述的伽马射线源(1)能发出至少三种能级的伽马射线。

3.根据权利要求1所述的全截面测量多相流中气、液、固质量流量计量装置，其特征在于：所述的伽马射线源(1)和伽马射线探测器(2)互相配合为一组探测装置，所述探测装置沿差压型流量计(3)的轴线方向设置至少一组。

4.根据权利要求3所述的全截面测量多相流中气、液、固质量流量计量装置，其特征在于：所述探测装置多余一组时，每两组探测装置之间的间距为1～10cm。

5.根据权利要求4所述的全截面测量多相流中气、液、固质量流量计量装置，其特征在于：所述的每组探测装置沿差压型流量计(3)的轴线方向互相错开，且围绕轴线分布。

6.根据权利要求1所述的全截面测量多相流中气、液、固质量流量计量装置，其特征在于：所述的伽马射线探测器(2)为由多个探测器(21)组成的阵列。

7.根据权利要求6所述的全截面测量多相流中气、液、固质量流量计量装置，其特征在于：所述的每个探测器(21)接收伽马射线的一端均连接有一闪烁晶体22，所述探测器(21)为半导体探测器。

8.根据权利要求7所述的全截面测量多相流中气、液、固质量流量计量装置，其特征在于：所述的闪烁晶体22与探测器(21)之间通过耦合剂固定。

9.根据权利要求1所述的全截面测量多相流中气、液、固质量流量计量装置，其特征在于：它还包括用于测量流体温度和压力的温压传感器和用于测量差压型流量计(3)的入口处与喉部段(31)之间的压差的差压传感器。

10.一种根据权利要求1-9任一项所述全截面测量多相流中气、液、固质量流量计量装置的计量方法，其特征在于：包括以下步骤：

a)通过温度传感器测量流体温度T，通过差压传感器测量差压管入口处与喉部之间的压差ΔP；通过伽马射线探测器(2)测量三个伽马射线的透射强度N_x,1、N_x,2和N_x,3；

b)通过以下公式来计算流体总质量流量和气、液、固三相各自质量流量：

总质量流量：

气质量流量：Q_m,g＝Q_m*GMF

液质量流量：Q_m,l＝Q_m*LMF

固质量流量：Q_m,s＝Q_m*SMF

其中，

质量含气率，

质量含液率，

质量含固率，

其中Q_g，Q_l，Q_s分别为气、液、固三相的线性质量，具体为：

其中

各式中字母含义如下：

C为节流型流量计流出系数；

ε为流体压缩修正因子；

β为节流型流量计直径比；

D为伽马射线测量的厚度，即为管道直径；

ΔP为差压；

f1、f2为第二股伽马射线和第三股伽马射线相对于第一股伽马射线的初始强度比值；

ρ_mix为被测流体的平均密度；

S为测量横截面的面积l为单位长度，t为单位时间；

a为流体对伽马射线的质量吸收系数，Q为被测流体的质量流量，下标1、2和3分别代表不同能级的伽马射线，g、l、s分别代表气、液、固；

最后需要把所有的计算结果进行加权平均，求得最终准确的各相的线性质量数值；公式如下：

Q_g、Q_l、Q_s分别为需要求解的气、液、固三个最终的线性质量，D为差压型流量计(3)喉部段(31)的直径，Xi为每股伽马射线在喉部段(31)穿过的距离，Q_gi、Q_li、Q_si为每股伽马射线穿过喉部段(31)后对应测得的线性质量数值；根据公式统计所有的伽马射线及其各相线性质量数据，算出最终准确的数值。