專利名稱:液液兩相流測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域,更進(jìn)一步涉及化學(xué)工業(yè)溶劑萃取和石油工業(yè)油水等一種液液兩相流測量方法及裝置。
背景技術(shù):
液液兩相流系統(tǒng)普遍存在于化工、動(dòng)力工程等領(lǐng)域。目前傳統(tǒng)的計(jì)量方法是將兩相流混合變成為均相流,利用單相流量計(jì)如節(jié)流式流量計(jì)、容積式流量計(jì)等來獲取流量。但是得到的流量僅是總體積流量,無法獲取各分相含率和分相流量數(shù)據(jù)。密度計(jì)結(jié)合單相流量計(jì)能解決分相測量問題,但是實(shí)際使用情況測量精度不夠理想,成本高。常用的振動(dòng)管密度計(jì)對(duì)介質(zhì)的溫度、壓力等現(xiàn)場狀況十分敏感,介質(zhì)條件的變化直接影響密度和分相測量。而射線密度計(jì)又存在安全問題,對(duì)操作條件要求高。近幾年出現(xiàn)的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)也可以用來解決分相測量問題,但是存在成本高,使用條件苛刻,安裝維修不方便等缺點(diǎn)。
另外一種解決液液兩相流測量問題的方法是先進(jìn)行液液兩相分離,然后分別單相計(jì)量。但是液液分離效果容易受多種因素影響,很難做到高度分離,從而影響單相計(jì)量精度,并且分離需要一定的時(shí)間,影響測量的實(shí)時(shí)性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種液液兩相流測量新方法及裝置。
方法的步驟為1)利用容積式流量計(jì)或者渦輪流量計(jì)獲取管路的總體積流量QV,利用差壓傳感器獲取在節(jié)流元件處管道的壓差Δp以及利用溫度傳感器獲取兩相流溫度T;2)基于節(jié)流元件的不可壓縮流體體積流量計(jì)算公式和流量信號(hào)QV、差壓信號(hào)Δp、溫度信號(hào)T分別獲得混合密度、分相含率和分相流量。其混合密度ρ=2α2A2ΔpQV2,]]>液液兩相流組分1的含率為x1=ρ-ρ2ρ1-ρ2,]]>組分2的含率為x2=ρ1-ρρ1-ρ2.]]>組分1的體積流量為QV1=x1QV,組分2的體積流量為QV2=x2QV。液液兩相流總質(zhì)量流量為Qm=ρQV,組分1的質(zhì)量流量為Qm1=ρ1QV1,組分2的質(zhì)量流量為Qm2=ρ2QV2。
其中ρ1,ρ2——分別為組分1,組分2在溫度為T時(shí)的密度,A——節(jié)流元件的開孔面積,α——節(jié)流元件流量系數(shù)。
液液兩相流的測量裝置具有計(jì)量管道,在計(jì)量管道上依次設(shè)有混流器、節(jié)流元件、流量計(jì)、溫度傳感器,節(jié)流元件配套設(shè)有差壓傳感器,A/D轉(zhuǎn)換卡和流量計(jì)、差壓傳感器、溫度傳感器相連,計(jì)算機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換卡相連。
本發(fā)明利用簡單的單相儀表解決了工程上一直難以很好解決的液液兩相流測量問題,具有不需要液液兩相分離、帶溫度補(bǔ)償功能、測量精度高、可靠、可獲測量信息多、成本低、適用范圍廣等特點(diǎn),可用于化學(xué)工業(yè)溶劑萃取、石油工業(yè)油水等各種液液兩相流系統(tǒng)的測量。
圖1是液液兩相流測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是采用長喉頸文丘里管的液液兩相流測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
液液兩相流的測量裝置具有計(jì)量管道1,在計(jì)量管道1上依次設(shè)有混流器2、節(jié)流元件3、流量計(jì)4、溫度傳感器6,節(jié)流元件3配套設(shè)有差壓傳感器5,A/D轉(zhuǎn)換卡7和流量計(jì)4、差壓傳感器5、溫度傳感器6相連,計(jì)算機(jī)8和A/D轉(zhuǎn)換卡相連。
所說的節(jié)流元件3選用長喉頸文丘里管時(shí),流量計(jì)4安裝在長喉頸文丘里管的長喉頸處。
測量時(shí)液液兩相流進(jìn)入計(jì)量管道1,由于液液兩相流存在相界面,流體先通過混流器2,使流體混合均勻變成均相流。差壓傳感器5與節(jié)流元件3配套安裝。差壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換卡7送入計(jì)算機(jī)8。流量計(jì)4獲取整個(gè)管路的體積流量并將流量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換卡7送入計(jì)算機(jī)8。溫度傳感器6用來檢測兩相流溫度T并將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換卡7送入計(jì)算機(jī)8。在計(jì)算機(jī)8中設(shè)有存儲(chǔ)模塊,存儲(chǔ)兩相組分在不同溫度下的密度以及文丘里管的流量系數(shù)、開孔面積等數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)8進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,獲取混合密度、分相含率和分相流量。
測量裝置中混流器采用液液相攪拌器。對(duì)于低粘物系,采用推進(jìn)式葉輪、長薄葉螺旋槳及各式渦輪槳等其中一種;對(duì)于高粘物系,采用單螺帶式槳或者雙螺帶式槳。
需要特別指出的是,文丘里管相對(duì)于孔板、噴嘴等其他節(jié)流元件形式,文丘里管管路壓損低,加工容易。節(jié)流元件之所以優(yōu)先選用長喉頸文丘里管除了管路壓損低,另一個(gè)重要的原因是在于流量計(jì)可以安裝在文丘里管的長喉頸處,縮短整個(gè)計(jì)量管道長度。相對(duì)于容積式流量計(jì),渦輪流量計(jì)具有體積小、安裝方便、不易堵塞、流量范圍較大等優(yōu)點(diǎn)。適于高壓測量,可用于各種口徑。
兩相流通過混流器后再經(jīng)過節(jié)流元件時(shí),已變成均相流,因而可用單相流量計(jì)進(jìn)行測量。不管本裝置采用的是非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件還是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件,依據(jù)的測量原理仍是伯努利方程和連續(xù)性方程,因此可利用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件不可壓縮流體體積流量計(jì)算公式qv=αA2Δpρ---(1)]]>其中ρ——液液兩相流混合密度,A——節(jié)流元件的開孔面積,α——節(jié)流元件流量系數(shù)。
流量系數(shù)α是節(jié)流裝置中最重要的一個(gè)參數(shù),研究表明α主要與節(jié)流元件的形式和開孔直徑、取壓方式、流體的流動(dòng)狀況(包括雷諾數(shù)、管道直徑等)和管道條件(如管壁粗糙度)等因素有關(guān)。α的一個(gè)重要特性是當(dāng)流體的雷諾數(shù)大于臨界值時(shí)(一般為進(jìn)入湍流狀態(tài)時(shí)),α保持常數(shù),實(shí)際測量時(shí)α是可預(yù)知的。由于流體的不可壓縮性,容積式流量計(jì)獲取的體積流量QV即為流經(jīng)節(jié)流元件的體積流量。所以可得如下結(jié)果QV=αA2Δpρ---(2)]]>對(duì)式(2)進(jìn)行等價(jià)變換可以得到ρ=2α2A2ΔpQV2---(3)]]>由于整個(gè)計(jì)量管路比較短,可認(rèn)為整個(gè)管路的溫度是一致的。計(jì)算機(jī)根據(jù)溫度測量值T從存儲(chǔ)模塊中提取出兩相組分在溫度為T時(shí)的分相密度ρ1和ρ2,設(shè)x1和x2分別是各組分的分相含率。根據(jù)ρ=x1ρ1+x2ρ2和x1+x2=1,可以得到組分1的分相含率x1=ρ-ρ2ρ1-ρ2;---(4)]]>
組分2的分相含率x2=ρ1-ρρ1-ρ2.---(5)]]>組分1的體積流量QV1=x1QV; (6)組分2的體積流量QV2=x2QV。
(7)液液兩相流總質(zhì)量流量Qm=ρQV; (8)組分1的質(zhì)量流量Qm1=ρ1QV1; (9)組分2的質(zhì)量流量Qm2=ρ2QV2。 (10)
權(quán)利要求
1.一種液液兩相流的測量方法,其特征在于,方法的步驟為1)利用容積式流量計(jì)或者渦輪流量計(jì)獲取管路的總體積流量QV,利用差壓傳感器獲取在節(jié)流元件處管道的壓差Δp以及利用溫度傳感器獲取兩相流溫度T;2)基于節(jié)流元件的不可壓縮流體體積流量計(jì)算公式和流量信號(hào)QV、差壓信號(hào)Δp、溫度信號(hào)T分別獲得混合密度、分相含率和分相流量。其混合密度ρ=2α2A2ΔpQV2,]]>液液兩相流組分1的含率為x1=ρ-ρ2ρ1-ρ2,]]>組分2的含率為x2=ρ1-ρρ1-ρ2.]]>組分1的體積流量為QV1=x1QV,組分2的體積流量為QV2=x2QV。液液兩相流總質(zhì)量流量為Qm=ρQV,組分1的質(zhì)量流量為Qm1=ρ1QV1,組分2的質(zhì)量流量為Qm2=ρ2QV2。其中ρ1,ρ2——分別為組分1,組分2在溫度為T時(shí)的密度,A——節(jié)流元件的開孔面積,α——節(jié)流元件流量系數(shù)。
2.一種液液兩相流的測量裝置,其特征在于它具有計(jì)量管道(1),在計(jì)量管道(1)上依次設(shè)有混流器(2)、節(jié)流元件(3)、流量計(jì)(4)、溫度傳感器(6),節(jié)流元件(3)配套設(shè)有差壓傳感器(5),A/D轉(zhuǎn)換卡(7)和流量計(jì)(4)、差壓傳感器(5)、溫度傳感器(6)相連,計(jì)算機(jī)(8)和A/D轉(zhuǎn)換卡(7)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種液液兩相流的測量裝置,特征在于所說的節(jié)流元件(3)為長喉頸文丘里管,流量計(jì)(4)安裝在長喉頸文丘里管的長喉頸處。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液液兩相流測量方法及裝置。包括計(jì)量管道、混流器、節(jié)流元件、流量計(jì)、差壓傳感器、溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換卡和計(jì)算機(jī),各傳感器均經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換卡接計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的特征是利用混流器將兩相流攪勻成為均相流,利用流量計(jì)獲取的兩相流總體積流量,并根據(jù)節(jié)流元件處獲取的壓差和溫度傳感器獲取的兩相流溫度測量值計(jì)算得到流體的混合密度、分相含率和分相流量。本發(fā)明利用簡單的單相儀表解決了工程上一直難以很好解決的液液兩相流測量問題,具有不需要液液兩相分離、帶溫度補(bǔ)償功能、測量精度高、可靠、可獲測量信息多、成本低、適用范圍廣等特點(diǎn),可用于化學(xué)工業(yè)溶劑萃取、石油工業(yè)油水等各種液液兩相流系統(tǒng)的測量。
文檔編號(hào)G01N11/00GK1580733SQ200410018439
公開日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2004年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月15日
發(fā)明者黃志堯, 王微微, 李強(qiáng)偉, 冀海峰, 王保良, 李海青 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)