專利名稱：濕蒸汽兩相流流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于計(jì)量技術(shù)類。它具體涉及一種用 于稠油開發(fā)、石油化工、能源動力、及民用供熱系統(tǒng)中常見的濕 蒸汽兩相流體各相流量的計(jì)量裝置的結(jié)構(gòu)。
背景^L術(shù)濕蒸汽(或汽-水)兩相流作為一種高效二次能源 廣泛應(yīng)用于稠油開發(fā)、石油化工、能源動力、及民用供熱等領(lǐng)域。 濕蒸汽兩相流體的各相流量或總流量和干度的實(shí)時(shí)在線測量一 直是困擾人們的一個(gè)國際性技術(shù)難題。全世界每年因濕蒸汽兩相 流體未能得到精確計(jì)量所造成的經(jīng)濟(jì)損失難以估量，尤其是在稠 油注汽熱采開發(fā)中的經(jīng)濟(jì)損失更為嚴(yán)重。雖然已有這方面的專 利，但因其要么測量精度達(dá)不到工業(yè)要求，要么未能實(shí)現(xiàn)真正意 義上流量和干度雙參數(shù)的同時(shí)測量，至今未見可供工業(yè)應(yīng)用的產(chǎn) 品。美國德士古(Texaco)石油公司于上世紀(jì)八十年代研發(fā)出了 一 種孔板-臨界流噴嘴組合式濕蒸汽千度計(jì)(美國專利US 4836032)，但因臨界流噴嘴造成壓力的損失高達(dá)50%,使該技
術(shù)未能得到廣泛應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為克服對濕蒸汽兩相流各相
流量實(shí)現(xiàn)精確即時(shí)測量的困難特提出本方案--濕蒸汽兩相
流流量計(jì)，它利用濕蒸汽兩相流體流經(jīng)一個(gè)節(jié)流元件與 一個(gè)位于 該節(jié)流裝置上游或下游的垂直管段時(shí)壓差及管內(nèi)流體壓力的測 量，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對濕蒸汽兩相流體各相流量、總流量和干度的在 線精確計(jì)量，并具有測量精確及工作穩(wěn)定的特點(diǎn)。
按如上構(gòu)思，本方案所提出的濕蒸汽兩相流流量計(jì)的特征
3是它由測量濕蒸汽兩相混合物平均密度的垂直管段、測量濕蒸 汽兩相流體總流量的節(jié)流元件和計(jì)算、記錄并顯示濕蒸汽兩相流 體各相流量的流量計(jì)算機(jī)所構(gòu)成，在垂直管段的兩端裝有A壓差 傳感器和壓力傳感器，在節(jié)流元件的兩端裝有B壓差傳感器，A 壓差傳感器、壓力傳感器及B壓差傳感器的輸出數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī) 連接。
在本方案中，其節(jié)流元件采用文丘里管結(jié)構(gòu)，也可采用節(jié)流 噴嘴或節(jié)流孔^1結(jié)構(gòu)。其可連續(xù)運(yùn)算即時(shí)顯示各相流量，流量計(jì) 算機(jī)內(nèi)裝有飽和水蒸汽物性和經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的濕蒸汽兩相流體 流過垂直管段與節(jié)流元件時(shí)的兩相流動力學(xué)^t型的計(jì)算程序。
本方案體現(xiàn)出如下的優(yōu)點(diǎn)該兩相流流量計(jì)是從垂直管段測 得壓差和壓力值，從節(jié)流原件的兩端測得動壓差，送入計(jì)算機(jī)， 按該機(jī)內(nèi)存儲的飽和水蒸汽物理特性的數(shù)值和經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的 濕蒸汽兩相流體流過垂直管段與節(jié)流元件時(shí)的兩相流動力學(xué)模 型計(jì)算程序，則得出兩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，即做到無須停車的在線檢測。它還具有 結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、無需進(jìn)行汽液分離、無》文射性元器件、 壓力損失小、工作范圍寬廣、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。

圖1是本方案濕蒸汽兩相流流量計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2、圖3是在實(shí)際使用狀態(tài)下增設(shè)一便于獲得穩(wěn)定均相流 的彎頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是文丘里管9的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是節(jié)流噴嘴10的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6是節(jié)流孔板11的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為彌補(bǔ)濕蒸汽兩相流流量的精確地在線即時(shí) 測量設(shè)備的不足，特提出本方案。它是由垂直管段2、節(jié)流元件 1、流量計(jì)算機(jī)8所組成，在垂直管段上裝有A壓差傳感器6和 壓力傳感器7，在節(jié)流元件的兩端裝有B壓差傳感器5,前述的 三個(gè)傳感器得到的數(shù)值送入流量計(jì)算機(jī)8，該流量計(jì)通過法蘭3 和法蘭4與工作管路串接。流量計(jì)算機(jī)8裝有飽和水蒸汽物性和 濕蒸汽兩相流體流過垂直管段與節(jié)流元件時(shí)的兩相流動力學(xué)模 型的計(jì)算程序。;故測濕蒸汽兩相流體首先垂直向上流動經(jīng)過與進(jìn) 口法蘭3相連接的垂直管段2，由壓差傳感器6測得其流經(jīng)垂直 管段時(shí)的壓降」尸;,，被測濕蒸汽兩相流體然后通過節(jié)流元件l, 由壓差傳感器5測得其通過節(jié)流元件時(shí)的壓降Z1 P2;濕蒸汽兩 相流體的壓力戶用壓力傳感器7測量。上述三個(gè)傳感器的輸出信 號被直接輸入流量計(jì)算機(jī)8，流量計(jì)算機(jī)連續(xù)計(jì)算、記錄并顯示 被測濕蒸汽兩相流體的各相流量，或濕蒸汽兩相流體的總質(zhì)量流 量和蒸汽干度。
下面以汽液兩相流均相流摸型為例，進(jìn)一步說明本實(shí)用新型 的計(jì)算過程。根據(jù)節(jié)流元件(如孔板、文丘里管、及節(jié)流噴嘴等) 的流量公式，濕蒸汽兩相流體的總質(zhì)量流量mr和在管道內(nèi)平均 流速^可分別表示為，
<formula>formula see original document page 5</formula>(1)
其中J是管道的截面積，-是節(jié)流元件的喉部內(nèi)經(jīng)與管道內(nèi)經(jīng)之 比，"是節(jié)流元件的流量系數(shù)， 是濕蒸汽兩相混合物的平均密
度，A^是節(jié)流元件的動壓差。
濕蒸汽兩相流體向上流經(jīng)垂直管段的總壓差A(yù)i^是重位壓差與摩擦壓差之和，可表示為，
Ai^M"g， (3)
其中g(shù)是重力加速度，/;是垂直管段上兩個(gè)取壓點(diǎn)之間的距離， 義是垂直管段內(nèi)壁的摩阻系數(shù)，"是垂直管段的內(nèi)經(jīng)。將式(2) 代入式(3)得，
AP, g/2 + ;i告a2〃4AP2 (4)
在測得濕蒸汽兩相混合物流經(jīng)垂直管段的總壓差M和節(jié)流元件 的動壓差A(yù)/^后，便可由式(4)計(jì)算出濕蒸汽兩相混合物的平均 密度 ，進(jìn)而可由式(1)計(jì)算出濕蒸汽兩相流體的總質(zhì)量流量 由式(5)計(jì)算出濕蒸汽兩相流體的干度h
(5)
其中Pe和&分別為濕蒸汽兩相流汽相和液相的密度。
根據(jù)定義，濕蒸汽兩相流體的汽相質(zhì)量流量Me和液相質(zhì)量 流量M,可分別用式(6)和式(7)計(jì)算。
MG = (6) Mi=Mr(l-力 (7)
具體實(shí)施步驟:根據(jù)上述工原理，本實(shí)用新型對濕蒸汽兩相 流體的在線實(shí)時(shí)計(jì)量分為如下三個(gè)步驟
1.壓差傳感器A5和壓差傳感器B6分別測出濕蒸汽兩相流 體流經(jīng)節(jié)流元件1和垂直管段2段時(shí)的壓差A(yù)P,和A^,壓力傳感 器測出濕蒸汽兩相流體的壓力戶；壓差傳感器A 5、壓差傳感器 B 6和壓力傳感器7的輸出信號全部輸入流量計(jì)算機(jī)8。2. 才艮據(jù)壓力傳感器7測得的壓力p,流量計(jì)算才幾8用存儲 其內(nèi)的飽和水蒸氣物性的計(jì)算程序計(jì)算出濕蒸汽兩相流的相關(guān) 物性參數(shù)。
3. 根據(jù)已算得的濕蒸汽兩相流的相關(guān)物性參數(shù)和由壓差傳 感器A5及壓差傳感器B6測量的濕蒸汽兩相流體通過節(jié)流元件1 及垂直管段2時(shí)的壓差A(yù)^和APp流量計(jì)算機(jī)8由式(4 )和(1) 分別計(jì)算出濕蒸汽兩相流體的平均密度 和總質(zhì)量流量Mr,再 由式(6 )和式(7 )分別計(jì)算出汽相和液相的質(zhì)量流量M。和M^
在實(shí)際應(yīng)用中，均相流可用安裝在入口連接法蘭3處的靜態(tài) 混合器或直角彎頭(12 )來實(shí)現(xiàn)。如果垂直管段2上游有足夠長 的流型穩(wěn)定管段，式(1 )、 ( 2 )、 ( 3 )、及(4 )應(yīng)該用更精確的 汽液兩相流體動力學(xué)模型來代替。
本實(shí)用新型中的節(jié)流元件可以是孔板、文丘里管、和節(jié)流噴 嘴中的任何一種。它們可以是標(biāo)準(zhǔn)的、或非標(biāo)準(zhǔn)的。該節(jié)流元件 還可以用其它壓差式流量計(jì)代替，例如錐型流量計(jì)(即V-Cone)、 阿紐巴流量計(jì)(Annubar)、及耙式流量計(jì)。
根據(jù)上述原理制成的濕蒸汽兩相流體流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單、 制造成本低、無需進(jìn)行汽液分離、無放射性元器件、壓力損失很 小、工作范圍寬廣、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對稠油開發(fā)、石油 化工、能源動力及民用供熱系統(tǒng)中常見的濕蒸汽兩相流體進(jìn)行自 動在線計(jì)量
權(quán)利要求1.一種濕蒸汽兩相流流量計(jì)，其特征是它由測量濕蒸汽兩相混合物平均密度的垂直管段(2)、測量濕蒸汽兩相流體總流量的節(jié)流元件(1)和計(jì)算、記錄并顯示濕蒸汽兩相流體各相流量的計(jì)算機(jī)(8)所構(gòu)成，在垂直管段的兩端裝有A壓差傳感器(6)和壓力傳感器(7)，在節(jié)流元件的兩端裝有B壓差傳感器(5)，B壓差傳感器(5)、A壓差傳感器(6)及壓力傳感器(7)的輸出數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)(8)連接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的濕蒸汽兩相流流量計(jì)，其特征是 其節(jié)流元件采用文丘里管(9)結(jié)構(gòu)，也可采用節(jié)流噴嘴(10) 或節(jié)流孔板(11)結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型屬于計(jì)量技術(shù)類。為克服已有技術(shù)中濕蒸汽兩相流在線即時(shí)測量設(shè)備的不足特提出本方案——濕蒸汽兩相流流量計(jì)。它是由測量總流量的垂直管段、節(jié)流元件和測量、顯示用的流量計(jì)算機(jī)所組成，在垂直管段上裝有壓差傳感器和壓力傳感器，在節(jié)流元件的兩端裝有壓差傳感器，三個(gè)傳感器測得的數(shù)據(jù)輸送至流量計(jì)算機(jī)。經(jīng)流量計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲的測量各相流量、總流量及蒸汽的干度的數(shù)學(xué)模型及各種物質(zhì)的參數(shù)程序進(jìn)行計(jì)算，及時(shí)地顯示各項(xiàng)測量結(jié)果。它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、無需進(jìn)行汽液分離、無放射性元器件、壓力損失很小、工作范圍寬廣、能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的在線測量等特點(diǎn)。
文檔編號G01N9/36GK201327400SQ200820143390
公開日2009年10月14日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者琪 何, 陳方非 申請人:天津瑞吉德科技有限公司