专利名称：基于长喉颈文丘里的双差压湿气流量测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于湿气气液两相流量测量技术领域，涉及一种基于长喉颈文丘里的双差压湿气流量测量装置。
背景技术：
湿气作为气液两相流的一种特殊形态，广泛存在于自然界和工业领域中。气体或液体单独流动时流动规律基本相同，都遵从流体的连续性方程和伯努利方程，数学模型也都基本相似。当它们共同存在并同时流动时，由于两相流体的介质特性存在较大的差异，如摩阻系数、流体密度与粘度等物性参数各不相同，加上工况压力、两相速度滑差影响，使得气液两相的流动与单相流动相比更为复杂，在单相流动中的许多准则关系和分析方法都不能直接应用到气液两相的研究中。近几十年来，由于传统工业和新兴工业，如石油天然气工业、化学工程、冶金工程、核反应堆工程、航空航天工程等领域的急速发展，对湿气气液两相流的测量技术提出了越来越高地要求，同时也推动了该项技术更加深入快速地发展。然而已有的研究成果表明，这一领域的测量问题难度仍然很大，在相当长的一段时间内都将是该域备受关注的重要研究方向之中国专利ZL 200810151346. 6提出了一种双差压节流湿气测量装置，由直管内嵌普通锥形芯体和标准文丘里两个节流装置构成。实践证明，该设计存在以下缺点(1)锥形芯体作为检测元件之一，尽管可以贡献一个差压测量信息，但在确保两个节流装置的差异性和满足公共交叉测量范围时出现了矛盾，这意味着该装置的测量能力受到限制，量程比不足三分之一，在工业现场流量变化范围较大的工况条件下使用受到限制；(2)该专利装置采用两种节流元件用于湿气测量，复杂度高，成本高；(3)该专利装置的锥形芯体与管路安装方式采取焊接工艺，两者的同轴度难以保证，使得相同结构设计的测量装置加工不一致性明显，导致装置标定工作量大；(4)该专利装置的文丘里喉部依照标准文丘里设计，深入研究表明，液相通过喉部时加速距离不足，导致气液两相混合不够充分，影响喉部取压信号质量；(5)该专利装置的文丘里扩张段扩张角度设计不理想，使得下游扩张段容易导致回流，形成积液，最终影响系统对更高液相含率的辨识能力；(6)该专利装置中取压方式为单点取压，采用外挂式独立的小型气液隔离罐实现气液隔离兼取压，测量信号的信噪比低，气液隔离效率低；(7)该专利装置中全部排污阀位于气液隔离罐下端，其现有设计不能实现隔离罐与测量主管路的整体同步排污；(8)该专利装置中全部气液隔离罐位于计量管的一侧，影响着整体装置的重量平衡性，安装后由于旋转扭矩的存在，影响装置的安全及使用寿命。《天津大学学报》2012年第2期发表的“基于长喉径文丘里管的双差压湿气流量测量” 一文，提出了一种基于长喉颈单文丘里管的双差压湿气流量测量方法，该方法中引用了“文丘里管收缩段差压、扩张段差压”作为关键测量参数进行相关建模。实践证明，该实验用装置存在以下缺点(1)每一取压位置均采取在管壁上直接取压方式，且只有一个取压点，实验过程中使用细长管将取压位置的压力引致外挂式独立气液隔离罐，气液隔离效率低，压力测量信号信噪比低，重复性不理想；(2)喉部长度不足，仅为喉部内径的2. 8倍(3)喉部取压位置不够理想，该文章仅在喉部上下游处取压，取压位置不是最佳位置；(4)扩张段的扩张角度不理想，当液相含率较大时，易出现回流现象，下游差压信号失去意义，无法使用，因此最终模型的适用范围有限。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述问题，优化文丘里测量管道的结构设计，并改进湿气两相流量测量装置的取压方式，提供一种更加适用于湿气两相流量测量的装置，即基于长喉颈文丘里的双差压湿气流量测量装置。本发明采用如下技术方案一种基于长喉颈文丘里的双差压湿气流量测量装置，包括文丘里测量管道、第一差压变送器和第二差压变送器，所述的文丘里测量管道的喉部长度为喉部直径的Γ8倍之间，在文丘里测量管道的上游、喉部中下游位置及下游处各设置一个取压处，在文丘里测量管道的每个取压处与轴线垂直的同一平面的管壁上开设四个内部取压孔，水平方向最大直径处两个，垂直方向最大值径处两个，在四个内部取压孔的外周固定一个环室结构，该环室与文丘里测量管道本体同轴，固定于文丘里测量管道本体取压处外壁上，形成具有一定容量空间的气液隔离腔室，在腔室垂直轴线的上方开设有接对外引压管的引压口 ；在腔室垂直轴线的下方开设有接对外排污管的排污口 ；从上游和喉部中下游位置两个取压处接出的对外引压管分别接到第一差压变送器，从喉部中下游位置取压处和下游两个取压处接出的对外引压管分别接到第二差压变送器；从上游取压处接出的对外引压管还连接到一个压力变送器。作为优选实施方式，引压口和排污口均与四个内部取压孔不在一个平面上；所述环室的内径为文丘里测量管道内径的1.1 2. 5倍之间，腔室内长为测量装置内径的O. 8倍 2. 5之间，内部取压孔的孔径与管道内径之比在O. 05、. 15之间，内部取压孔的高度与管道内径之比在O. 06、. 2之间。文丘里测量管道扩张段的扩张角度为Γ6°。下游取压处距离文丘里扩张管段出口之间的距离为管道内径的59倍。
本发明给出的长喉颈文丘里湿气两相流测量装置具有以下的有益效果(I)采用复合型一体化环室气液隔离取压器取压，该取压器为具有一定气液容量的环形腔室，可容纳测量主管路取压面上的4个取压孔，能够实现气液的快速有效隔离，整体装置的重量平衡性好，测量信号信噪比低，重复性好；(2)本发明加长了喉颈长度，改进了喉部取压位置，给出了下游直管段上的取压位置，优化了扩张段的扩张角度。
图1长喉颈文丘里双差压湿气流量测量装置系统图，(a)为主视图，(b)为左视图。图2长喉颈文丘里双差压湿气流量测量装置环室取压处细节图。图3湿气测量装置中的环室气液隔离取压器结构示意图(a)为主视图，(b)为剖面图。
如下1压力变送器，21第一差压变送器22第二差压变送器，3温度变送器，4两阀组，5环室取压器，6引压管接取压装置，7引压管接排污装置，8排污阀，9长喉颈文丘里节流装置喉部，10测量管道，11气液隔离腔室，12取压孔
具体实施例方式下面参照附图对本发明做进一步详述。本发明为一种基于长喉颈文丘里的双差压湿气流量测量装置。与本发明区别于以往的湿气流量测量装置在于采用在优化设计文丘里结构的基础上，采用了一种环室气液隔离取压器作为取压机构。两变送器在喉部的取压共用一个环室气液隔离取压器。上游入口处装有压力变送器，该变送器的引压管可由第一差压变送器的上游引压管旁路引出，温度变送器固定在装置下游，用于测量管路内的温度。如图1所示，本发明装置，测量管道为文丘里测量管道，本发明装置在上游和喉部9分别取压，连接到第一差压变送器21上，在下游和喉部9分别取压，连接到第二差压变送器22上，即在测量管道的上游、喉部9和下游处设置三个取压点，每个取压点固定一个环室结构的取压室5，后差压将下游直管段上的取压位置作为高端压力，喉部取压位置作为低端压力，高端压力的取压与扩张管段出口之间的距离为管道内径的5、倍，喉部取压位置位于喉部的中下游。根据量程范围需求不同，喉部长度为喉部直径的41倍之间。扩张段的扩张角度为3飞。；节流比为O. 35、. 7之间；湿气装置上游直管段入口附近装有压力变送器，该压力变送器的引压管与第一变送器的上游取压位置相同，且共用一个环室气液隔离取压器。参见图1-3，本发明湿气装置采用环室气液隔离取压器5进行压力测量，不但可以有效实现气液隔离且效率高。取压器共三个，分别位于文丘里测量管道10的上游、喉部和下游，与测量装置的本体同轴设计，复合于测量装置取压位置外壁，可实现装置系统整体重心平衡。环室气液隔离取压器的具体结构为在测量管道10取压处与轴线垂直的同一平面的管壁上开设四个取压孔12，水平方向最大直径处两个，垂直方向最大值径处两个，在四个取压孔12的外周固定一个环室结构，该环室与测量管道10本体同轴，固定于测量管道10本体取压处外壁上，形成具有一定容量空间的气液隔离腔室11，在腔室垂直轴线的上方开设有接对外引压管6的引压口，引压口不在四个取压孔12所在的平面上，防止小孔射流直接喷入对外的引压管；在腔室垂直轴线下方设置有排污管7，接排污阀等排污装置。腔室内径为测量装置主管道内径的1.1 2. 5倍之间，腔室内部长度为测量装置主管道内径的O. 8倍 2.5之间。取压孔的孔径与管道内径之比在O. 05、. 15之间，取压孔的高度与管道内径之比在O. 06、. 2之间。取压器对外排污孔与内部取压孔不在一个平面上，排污管方向竖直向下。
权利要求
1.一种基于长喉颈文丘里的双差压湿气流量测量装置，包括文丘里测量管道、第一差压变送器和第二差压变送器，其特征在于，所述的文丘里测量管道的喉部长度为喉部直径的41倍之间，在文丘里测量管道的上游、喉部中下游位置及下游处各设置一个取压处，在文丘里测量管道的每个取压处与轴线垂直的同一平面的管壁上开设四个内部取压孔，水平方向最大直径处两个，垂直方向最大值径处两个，在四个内部取压孔的外周固定一个环室结构，该环室与文丘里测量管道本体同轴，固定于文丘里测量管道本体取压处外壁上，形成具有一定容量空间的气液隔离腔室，在腔室垂直轴线的上方开设有接对外引压管的引压口 ；在腔室垂直轴线的下方开设有接对外排污管的排污口 ；从上游和喉部中下游位置两个取压处接出的对外引压管分别接到第一差压变送器，从喉部中下游位置取压处和下游两个取压处接出的对外引压管分别接到第二差压变送器；从上游取压处接出的对外引压管还连接到一个压力变送器。
2.根据权利要求1所述的湿气两相流量测量装置，其特征在于，引压口和排污口均与四个内部取压孔不在一个平面上。
3.根据权利要求1所述的湿气两相流量测量装置，其特征在于，所述环室的内径为文丘里测量管道内径的1.1 2. 5倍之间，腔室内长为测量装置内径的O. 8倍 2. 5之间，内部取压孔的孔径与管道内径之比在O. 05、. 15之间，内部取压孔的高度与管道内径之比在O.06 O. 2之间。
4.根据权利要求1所述的湿气两相流量测量装置，其特征在于，文丘里测量管道扩张段的扩张角度为:Te。。
5.根据权利要求1所述的湿气两相流量测量装置，其特征在于，下游取压处距离文丘里扩张管段出口之间的距离为管道内径的5-9倍。
全文摘要
本发明属湿气气液两相流量测量技术领域，涉及一种基于长喉颈文丘里的双差压湿气流量测量装置，包括文丘里测量管道、第一差压变送器和第二差压变送器，在文丘里测量管道的上游、喉部中下游位置及下游处各设置一个取压处，每个取压处与轴线垂直的同一平面的管壁上开设四个内部取压孔，在四个内部取压孔的外周固定一个环室结构；从上游和喉部中下游位置两个取压处接出的对外引压管分别接到第一差压变送器，从喉部中下游位置取压处和下游两个取压处接出的对外引压管分别接到第二差压变送器。本发明具有结构简单，无可动部件，测量可靠，精度高且实施简单方便的优点。
文档编号G01F1/34GK103048019SQ20121046544
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月15日 优先权日2012年11月15日
发明者徐英, 张涛, 张强, 巴玺丽, 白晓东, 杨莉娜, 韩方勇, 孙铁民, 王春燕, 王钦, 赵钰 申请人:天津大学, 中国石油天然气股份有限公司规划总院