專利名稱：汽(氣)液雙相流量和干度的測量方法
專利說明 本發(fā)明涉及一種雙相流體的流量和干度測量方法。
一般認(rèn)為測量雙相流體的流量和干度，必須采用兩套或兩套以上測量儀表，即組合測量儀表才能實(shí)現(xiàn)。在CN85201644U中公開了一種雙相流體的測量儀表，它雖然在測量時(shí)用一個(gè)孔板做為測量元件，但它還是利用被測管道做為另一個(gè)測量元件，它仍然需要兩套壓差測量儀表實(shí)現(xiàn)雙相流體的測量。組合測量所需儀表較多，造價(jià)高，費(fèi)用大，安裝復(fù)雜，利用被測管道本身做為測量元件，其缺點(diǎn)是所測壓差值受管道粗糙度和管徑影響較大，測量精度較低，并且該方法不適宜高壓兩相流體地測量，因此限制了在工業(yè)上的使用。
本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，改變組合測量儀表方式，而提供一種利用雙相流體的脈動(dòng)特性測量流量和干度的方法。從而使測量儀表減少了一半，而且測量精度較高，可用于高、中、低壓汽(氣)-液雙相流體的測量。
本發(fā)明包括如下幾個(gè)步驟1、用一個(gè)節(jié)流裝置(噴嘴、孔板、文丘利管中的一種)做為測量元件。2、利用一個(gè)壓差變送器，在任意一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)測量節(jié)流裝置兩側(cè)不斷變化著的瞬時(shí)壓差△Pi;3、通過壓差變送器不斷將瞬時(shí)壓差△Pi信號(hào)輸入到微型計(jì)算機(jī)內(nèi)，并計(jì)算出兩相流體的平均壓差△P和脈動(dòng)幅度△B;4、根據(jù)△B/△P和流體壓力P，利用實(shí)驗(yàn)方法確定的X與△B/△P關(guān)系曲線或其公式求得兩相流體的干度x。5、根據(jù)△B/△P和流體壓力P，利用實(shí)驗(yàn)方法確定的φ與△B/△P關(guān)系曲線或其公式求得φ，并將φ和△P代入公式(1)求得雙相流體的總質(zhì)量流量qm。

式中 qm-雙相流體的總質(zhì)量流量(kg/h); α-流量系數(shù); d-工作狀態(tài)下節(jié)流裝置的開孔直徑(mm); △P-平均壓差(Pa); ρ′-工作狀態(tài)下雙相流體中液相密度(kg/m3); ρ″-工作狀態(tài)下雙相流體中汽(氣)相密度(kg/m3); △P-平均壓差(Pa); φ-平均真實(shí)體積含氣率，在一定壓力下φ與△B/△P有一定的函數(shù)關(guān)系，其值可由實(shí)驗(yàn)方法確定。6、上述全部過程均由微型計(jì)算機(jī)處理并自動(dòng)記錄。
本發(fā)明的目的還可以通過下述步驟來達(dá)到 節(jié)流裝置可以是噴咀、孔板或文丘利管，標(biāo)準(zhǔn)的、非標(biāo)準(zhǔn)的及其它各種開口形狀的節(jié)流裝置。
微型計(jì)算機(jī)可以由單板計(jì)算機(jī)、單片計(jì)算機(jī)及其它處理機(jī)所代替。
為了增強(qiáng)雙相流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)的脈動(dòng)幅度△B，在其上游管道中，安裝一個(gè)垂直流向的任意形狀截面的柱狀體或有縮孔的節(jié)流件。
流量計(jì)算公式在實(shí)際應(yīng)用時(shí)也可以變換為
式中 qm-雙相流體的總質(zhì)量流量(kg/h); C-在一定壓力下，C與△B/△P有一定函數(shù)關(guān)系，其值可由實(shí)驗(yàn)方法確定。
附圖的圖面說明如下

圖1為孔板的孔徑比β＝0.6時(shí)，用實(shí)驗(yàn)方法確定的X與△B/△P關(guān)系曲線。
圖2為孔板的孔徑比β＝0.6時(shí)，用實(shí)驗(yàn)方法確定的φ與△B/△P關(guān)系曲線。
圖3為本發(fā)明實(shí)施測量流程圖。圖中(1)進(jìn)水流量測量孔板;(2)進(jìn)水取樣閥門;(3)蒸汽發(fā)生器;(4)出口取樣閥門;(5)汽水分離器;(6)測壓孔;(7)柱狀體;(8)節(jié)流裝置;(9)高壓截止閥;(10)微型計(jì)算機(jī)。
結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。
實(shí)施例 應(yīng)用本發(fā)明的方法測量汽-水雙相流體的流量和蒸汽干度。
圖3為本發(fā)明實(shí)施測量流程圖，節(jié)流裝置安裝在蒸汽發(fā)生器的出口處，汽水雙相流量等于進(jìn)水流量，管道內(nèi)徑D＝67mm，節(jié)流裝置為銳緣孔板，孔板內(nèi)徑d＝40.2mm，孔板的孔和圓管內(nèi)徑的比值β＝0.6，角接取壓，孔板上游14D處的管道中接裝一根直徑φ14mm的柱狀體以增強(qiáng)其脈動(dòng)幅度，選擇靈敏度和測量精度都較高的1151壓差變送器和1151壓力變送器進(jìn)行壓差和壓力的測量，測量前把壓差變送器阻尼時(shí)間調(diào)至最小。
通過1151壓差變送器和壓力變送器將瞬時(shí)壓差△Pi和流體壓力P分別變?yōu)?～20mA的電流信號(hào)，再經(jīng)電流電壓轉(zhuǎn)換I/V，模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D，輸入到微型計(jì)算機(jī)內(nèi)，微機(jī)每隔20～35μs測量瞬時(shí)壓差△Pi一次，連續(xù)采樣200次，做如下數(shù)據(jù)處理，即可求出平均壓差△P和脈動(dòng)幅度△B。
根據(jù)已經(jīng)求得的△B/△P和所測得的壓力P，由圖2查得φ，并將φ和△P代入公式(1)，即可計(jì)算出汽水雙相流體的質(zhì)量流量qm。
根據(jù)已經(jīng)求得的△B/△P和所測得的壓力P，由圖1直接查得蒸汽干度x。
當(dāng)微機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)處理完成以后，能夠自動(dòng)顯示并記錄下流量qm、干度x和壓力P。
計(jì)算舉例1已知平均壓差△P＝32055Pa 脈動(dòng)幅度△B＝439Pa 流體壓力P＝14.76MPa 求汽水雙相流體的質(zhì)量流量qm和蒸汽干度x。
工作狀態(tài)下雙相流體中水的密度ρ′＝608.3kg/m3 工作狀態(tài)下雙相流體中蒸汽密度ρ″＝93.8kg/m3 孔板直徑d＝40.2mm 流量系數(shù)α＝0.6618 根據(jù)△B/△P＝0.0137，P＝14.76MPa由圖2查得φ＝0.87 (1)計(jì)算汽水雙相流體的質(zhì)量流量qm
＝9702kg/h 實(shí)測蒸汽發(fā)生器進(jìn)水流量為9750kg/h，相對(duì)誤差0.5%。
(2)求蒸汽干度x 根據(jù)△B/△P＝0.0137、P＝14.76MPa，由圖1直接查得干度x＝0.72用化驗(yàn)方法確定的蒸汽干度為0.73，誤差為1%。
計(jì)算舉例2已知平均壓差△P＝29324Pa 脈動(dòng)幅度△B＝1447Pa 流體壓力P＝8.04MPa 求汽水雙相流體的質(zhì)量流量qm和蒸汽干度x。
工作狀態(tài)下雙相流體中水的密度ρ′＝722kg/m3; 工作狀態(tài)下雙相流體中蒸汽的密度ρ″＝42.8kg/m3; 孔板直徑d＝40.2mm; 流量系數(shù)α＝0.6618。
根據(jù)△B/△P＝0.0493、P＝8.04MPa，由圖2查得φ＝0.85。
(1)計(jì)算汽水雙相流體的質(zhì)量流量qm。

＝8806kg/h 實(shí)測蒸汽發(fā)生器進(jìn)水流量8660kg/h，相對(duì)誤差1.7%。
(2)求蒸汽干度x 根據(jù)△B/△P＝0.0493、P＝8.04MPa，由圖1直接查x得＝0.39，用化驗(yàn)方法確定的蒸汽干度0.34其誤差為5%。
本發(fā)明的方法只需要一個(gè)壓差測量儀表，是各種雙相流量計(jì)中應(yīng)用測量儀表最少的一種，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，精度較高，可以在較大壓力范圍內(nèi)測量，而且還可以測量單相流體的流量和壓力。
權(quán)利要求
1、一種只用一個(gè)節(jié)流裝置測量汽(氣)-液雙相流體各相流量的方法，其特征在于利用雙相流體流動(dòng)的脈動(dòng)特性，在任意一段時(shí)間內(nèi)，通過壓差變送器連續(xù)將節(jié)流裝置兩側(cè)的瞬時(shí)壓差△Pi輸入微型計(jì)算機(jī)內(nèi)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理得出平均壓差△P和脈動(dòng)幅度△B，根據(jù)△B/△P和流體壓力P，求得雙相流體的干度x和體積含氣率φ，再用公式(1)求出雙相流總質(zhì)量流量qm。
式中
qm--雙相流體總質(zhì)量流量(kg/h)；
α--流量系數(shù)；
d--工作狀態(tài)下節(jié)流裝置開孔直徑(mm)；
△P--平均壓差(Pa)；
ρ′--工作狀態(tài)下雙相流體中液相密度(kg/m3)；
ρ″--工作狀態(tài)下雙相流體中汽(氣)相密度(kg/m3)；
φ--平均真實(shí)體積含汽率。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所用節(jié)流裝置可以是噴嘴、孔板、文丘利管之中的一種，標(biāo)準(zhǔn)的、非標(biāo)準(zhǔn)的及其它各種開口形狀的節(jié)流元件。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于公式(1)中的φ值由φ與△B/△P關(guān)系曲線或其公式求得。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于雙相流體的干度x由x與△B/△P關(guān)系曲線或其公式求得。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于微型計(jì)算機(jī)可由單板計(jì)算機(jī)、單片計(jì)算機(jī)及其它處理機(jī)所代替。
6、根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所說計(jì)算公式，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)可以變換為
式中
qm-雙相流體的總質(zhì)量流量(kg/h);
C-雙相流特征參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種根據(jù)雙相流體的脈動(dòng)特性，利用單個(gè)節(jié)流裝置，一套壓差測量儀表實(shí)現(xiàn)汽(氣)液雙相流體流量和干度的測量方法，可用于高、中、低壓汽(氣)液雙相流體的測量，其流量測量誤差小于4％。
文檔編號(hào)G01D21/02GK1035354SQ8810521
公開日1989年9月6日 申請(qǐng)日期1988年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月15日
發(fā)明者申國強(qiáng), 代培文, 金文淑 申請(qǐng)人:勝利油田采油工藝研究院