一种新型气液两相流体等干度分配装置和方法
【专利摘要】一种新型气液两相流体等干度分配装置和方法，该装置包括和主路管下游连通的气液分离管，与气液分离管连通的液体收集箱和气体收集箱，在主路管和气液分离管内或气液分离管内安装有薄壁管，在主路管内和薄壁管内或薄壁管内安装有旋流装置；本发明主要利用旋流装置和薄壁管把两相来流分成两部分，一部分为单相流体即单相气体或者单相液体，另一部分相对应为来流中的绝大部分液体伴随有小部分剩余气体或来流中绝大部分气体伴随有小部分剩余液体，前一部分直接进入气体收集箱或者液体收集箱，后一部分进入气液分离管，在其内气相和液相分离后分别汇入气体收集箱和液体收集箱，并各自分配后再汇合输出，达到等干度分配的目的，通过本发明方法，减小了分配装置的体积，对两相流来流的流量和流型有了更广的适应。
【专利说明】一种新型气液两相流体等干度分配装置和方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种流体分配装置和方法，具体涉及一种新型气液两相流体等干度分配装置和方法。
【背景技术】
[0002]两相流体分配广泛存在于核能、石油、化工和动力等领域。主路两相来流分配到各个支路管道中使得各支路中气液比例保持一致，称为等干度分配。两相流体的等干度分配在很多情况下不仅与效率及经济性直接相关，更是与系统的安全可靠运行有密切的关系。因此，两相流体等干度的分配到各个支路是一项重要的技术。
[0003]目前，国内外主要运用的分配方法包括:对称分配法及分相组合法。
[0004]对称分配法的原理是力图在结构上做到完全对称，使两相流体进入各支路的流量相等从而实现等干度分配。例如美国专利US4505297、US5010910都是在这样的思想上设计的。但其缺点有，其一，结构完全对称，其支路各干度也不能保证完全的一致，因为保证分配结构对称的同时也要满足流型和流速分布对称才能使气相和液相均匀进入各支管，但流型和流速分布很难达到均匀，例如，美国专利US4505297在混合集箱中加入伞状隔板，美国专利US5010910在来流入口设置锥型混合器，即使这样，在实际中发现很难保证流型和流速分布的对称型；其二，各支路流量也需要对称，如果支路中有一只或几只管路损坏，对称性(结构对称性及流型流速分布对称性)受到影响使得分配效果变差。
[0005]分相组合 法的原理是使两相流体先分离，各自进行分配后再组合。例如美国专利US5415195，US6250131，中国专利 CN101402004A，CN102536182A。美国专利 US5415195 介绍了一种Splitigator分配器，其结构简单，利用三通的相分离原理把气液分离后再汇合输出，缺点是其支路出口干度无法调节，是一个固定值，另一个缺点是其无法把来流两相流体完全分配，也就是说为了达到它这样的分配效果，主路来流在分配后必须有剩余流量，分配效率受到限制。美国专利US6250131和中国专利CNlO 1402004A都主要是利用管道和重力把来流两相流体先分成单相或近似单相流体，各自分配后再汇合达到等干度分配，但其缺点有:随着来流中流体的流量和流速的增大，尤其在主路管来流流型是环状流的情况下，气相速度很大，其携带液体的能力大大加强，同时液相的速度和动量也很大，使得液相变得不易改变流动方向，流体经过下降管的时候，液相很难完全进入下降管，单纯靠重力和下降管很难使气相和液相完全分开，气相管路中会携带大量的液相，从而影响了等干度分配效果，适应范围较窄，在实际现场使用中受到很大限制。中国专利CN102536182A是通过扩容作用，把两相来流全部引入大容器中利用重力使气相和液相自然分离，然后气相和液相各自分配后再组合达到等干度分配目的，但是其缺点也是明显的，要使全部来流在扩容罐中分离，扩容罐体积必然很大，设备笨重且材料消耗较多，对于高温高压蒸汽和水的两相流体来说，设备体积越大也就增加了其危险隐患。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的以上不足，本发明的目的在于提供一种新型气液两相流体等干度分配装置和方法。本发明主要利用旋流装置和薄壁管把两相来流分成两部分，一部分为单相流体即单相气体或者单相液体，另一部分相对应为来流中的绝大部分液体伴随有一小部分剩余气体或者是来流中绝大部分气体伴随有一小部分剩余液体，前一部分直接进入气体收集箱或者液体收集箱，后一部分进入气液分离管，在气液分离管内气相和液相分离后分别汇入气体收集箱和液体收集箱，气相和液相在气体收集箱和液体收集箱中各自分配后再汇合输出，达到等干度分配的目的。
[0007]为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是:
[0008]一种新型气液两相流体等干度分配装置，包括主路管1，还包括和主路管I下游连通的气液分离管2，通过气液分离管2底部的下降孔19或出口管路5和气液分离管2连通的液体收集箱3，通过出口管路5，28和气液分离管2连通的气体收集箱6，所述液体收集箱3均匀对称的引出多个液相支路4，气体收集箱6均匀对称的引出多个气相支路7，气相支路7和其对应的液相支路4在同一竖直平面上，并通过汇合三通8与输出管9连通，所述输出管9的水平高度与主路管I保持一致；在所述主路管I和气液分离管2内部或气液分离管
2内部安装有薄壁管16，在所述主路管I内和薄壁管16内或薄壁管16内或主管路I内安装有旋流装置15。
[0009]所述气液分离管2为水平布置或垂直于主路管I竖直布置，当气液分离管2水平布置时，在气液分离管2内同轴安装有和气液分离管2等长度的薄壁管16，在薄壁管16内间隔预设距离设置有旋流装置15，未设置旋流装置15的薄壁管16段上开有圆形小孔18，且气液分离管2包括两种结构，一种在气液分离管2中每隔预设距离设置有隔板17，隔板17的两端分别固定在气液分离管2的管壁和薄壁管16的管壁上，且隔板17设置在薄壁管16上未开有圆形小孔18的管段内，每个由气液分离管2管壁及隔板17构成的腔室底部开有下降孔19，通过下降孔19使得各个腔室与液体收集箱3连通；另一种在气液分离管2中无隔板17，整个气液分离管2内部形成一个大的腔室，在气液分离管2底部开有下降孔19，通过下降孔19使得腔室与液体收集箱3连通；当气液分离管2竖直布置时，在其上部安装有多孔板26，顶部有气体排出孔27，底部有下降孔19或液体排出孔219，所述薄壁管16有两种结构，一种薄壁管16内不安装旋流装置15，薄壁管16上未布置有圆形小孔18，其外径小于主路管I的内径，薄壁管16的一端同轴插入主路管I内且位于主路管I末级的旋流装置下游，另一端贯穿气液分离管2并与出口管路5连接；另一种薄壁管16，其外径小于主路管I的内径，薄壁管16上未开圆形小孔18，薄壁管16的一端同轴插入主路管I内且位于主路管I末级的旋流装置下游，另一端通入气液分离管2内，，薄壁管16位于气液分离管2中的部分在薄壁管16内安装有旋流装置15，且旋流装置15下游连接有喇叭状的扩散段30或带孔的管段。
[0010]当所述气液分离管2为水平布置时，所述薄壁管16管壁分为两种，一种是壁面光滑，另一种是在管壁内侧、圆形小孔18之间设置有管壁突起25。
[0011]所述管壁突起25为横截面为倒L型的圆环或圆弧段，其高度取决于来流液相流量的大小。
[0012]所述等干度分配装置沿流动方向安装有2?3级旋流装置15，位于下游的旋流装置的旋流能力不小于相邻上游的旋流装置的旋流能力。[0013]位于下游腔室的下降孔19的直径不大于相邻上游腔室的下降孔19的直径。
[0014]所述液相支路4在汇合三通8前顺流依次布置有液体流量计21和液相支路阀门22。
[0015]所述气相支路7在汇合三通8前顺流依次布置有气体流量计23和气相支路阀门24。
[0016]上述所述的新型气液两相流体等干度分配装置的分配方法，将气液两相流体等干度分配装置的主路管I与需要分配的来流管相连接，在主路管I的下游安装2?3级旋流装置15，主路气液两相流体经过下游安装的旋流装置15，流体受到离心力，气体向管道中心聚集，液体贴附于管壁，利用薄壁管16把来流分成两部分，一部分为单相流体即单相气体或者单相液体，另一部分相对应为来流中的绝大部分液体伴随有一小部分剩余气体或者是来流中绝大部分气体伴随有一小部分剩余液体，前一部分直接进入气体收集箱6或者液体收集箱3，后一部分进入气液分离管2，在气液分离管2内气相和液相分离后分别汇入气体收集箱6和液体收集箱3，气相和液相先各自在气体收集箱6和液体收集箱3进行支路分配，然后气相和液相支路重新汇合输出，得到各个输出管的干度和主路一致，实现了气液两相流体的等干度分配。
[0017]当所述气液分离管2为水平布置时，旋流装置15安装在薄壁管16内，当所述气液分离管2为竖直布置时，旋流装置15安装在主管路(I)内或分别安装在主路管I和薄壁管16内。
[0018]所述气液分离管2的横截面为圆形或矩形。
[0019]所述薄壁管16的壁厚为2?12mm。
[0020]所述圆形小孔18的孔径不小于3mm,开孔率为0.1?0.8。
[0021]所述多孔板26的孔径不小于1mm，开孔率在0.2?0.8。
[0022]所述旋流装置15下游连接有一段带孔的管段，其孔径不小于3mm，开孔率在0.2?0.8。
[0023]本发明和现有技术相比，具有如下优点:
[0024]1、本发明把来流分为两部分，只需要把其中的一部分进行分离，有效缩小了分离设备的体积，提高了分离效率，减少了材料的消耗。
[0025]2、同时利用旋流装置和薄壁管，采用强制流动的方法，并不单单依靠重力使流体自然分离，有效增加了对来流两相流体流型的适用范围，在两相流来流流型为分层流、波状分层流、半环状流、环状流和弹状流情况下，都可以得到理想的分配效果。
[0026]3、本发明分配装置和方法广泛适用于各种介质的气液两相流体分配，例如，蒸汽和水，空气和水，制冷工质等。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明实例I的立体结构图。
[0028]图2_a为本发明实例I气液分离管(内壁光滑的薄壁管)的内部结构视图。
[0029]图2_b为本发明实例I气液分离管(内壁不光滑的薄壁管)的内部结构视图。
[0030]图3为本发明实例2的立体结构图。
[0031]图4-a为本发明实例2气液分离管(内壁光滑的薄壁管)内部结构视图。[0032]图4_b为本发明实例2气液分离管(内壁不光滑的薄壁管)的内部结构视图。
[0033]图5为本发明实例3的立体结构图。
[0034]图6为本发明实例3气液分离管内部结构视图。
[0035]图7为本发明实例4的立体结构图。
[0036]图8为本发明实例4气液分离管内部结构视图。
【具体实施方式】
[0037]以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
[0038]如附图所示，本发明新型气液两相流体等干度分配装置，主要由旋流装置15、薄壁管16、气液分离管2、气体收集箱6、液体收集箱3及分配支路组成，主路管I与气液分离管2连接，通过旋流装置15把来流变为均匀的环状流，利用薄壁管16把来流分成两部分，一部分为单相流体即单相气体或者单相液体，另一部分相对应为来流中的绝大部分液体伴随有一小部分剩余气体或者是来流中绝大部分气体伴随有一小部分剩余液体，前一部分直接进入气体收集箱6或者液体收集箱3，后一部分进入气液分离管2，在气液分离管2内气相和液相分离后分别汇入气体收集箱6和液体收集箱3，气相和液相各自在气体收集箱6和液体收集箱3进行支路分配，气相支路7和液相支路4经过汇合三通8后与输出管9相连，得到各个输出管的干度和主路一致，达到了气液两相流体等干度分配的目的。
[0039]实施例一
[0040]如图1、图2-a和图2-b所示为本发明的第一个实施例，本装置包括主路管1，和主路管I下游连通的气液分离管2，通过气液分离管2底部的下降孔19和气液分离管2连通的液体收集箱3，通过出口管路5和气液分离管2连通的气体收集箱6，液体收集箱3均匀对称的引出多个液相支路4，气体收集箱6均匀对称的引出多个气相支路7，气相支路7和其对应的液相支路4在同一竖直平面上，并通过汇合三通8与输出管9连通.所述输出管9的水平高度与主路管I保持一致；所述气液分离管2连接于主路管I的下游且水平布置，在其内部同轴安装有与气液分尚管等长度的薄壁管16,在薄壁管16内间隔预设距尚设置有三级旋流装置15，且位于下游的旋流装置的旋流能力不小于相邻上游的旋流装置的旋流能力，未设置旋流装置15的薄壁管16段上开有圆形小孔18，在气液分离管2中每隔预设距离设置有隔板17，隔板17的两端分别固定在气液分离管2的管壁和薄壁管16的管壁上，且隔板17设置在薄壁管16上未开有圆形小孔18的管段内，每个由气液分离管2管壁及隔板17构成的腔室底部开有下降孔19，且位于下游腔室的下降孔的直径不大于相邻上游腔室的下降孔的直径，通过下降孔19使得各个腔室与液体收集箱3连通；所述液相支路4在汇合三通8前顺流依次布置有液体流量计21和液相支路阀门22 ;所述气相支路7在汇合三通8前顺流依次布置有气体流量计23和气相支路阀门24 ;主路气液两相流来流的流型包括分层流、波状分层流、半环状流、环状流和弹状流，两相流来流经过下游旋流装置15后，流体受到离心力作用，流型变成均匀的环状流，即气体向管道的中心聚集，液体贴附于薄壁管16的管壁，在流经过多孔段时，薄壁管16管壁附近的液体会通过圆形小孔18进入到相应的腔室内，低流速来流的情况下可以选择内壁光滑的薄壁管，参见图2-a，高流速来流的情况下可以选择管壁带有管壁突起25的薄壁管，例如本实施例，管壁突起25为横截面为倒L型的圆环或圆弧段，参见图2-b，这样有利于管壁附近附着的液体完全进入气液分离管2内，流动达到平衡状态后，由于腔室内的气相压力略高于薄壁管内的气相压力，故气相不会进入腔室内，故在气液分离管2的腔室中只需要分离进入腔室的液体和腔室中已存在的气体，进入腔室内的液体由于扩容作用，其流速会迅速降低并在重力的作用下向底部汇集，通过下降孔19进入液体收集箱3，来流顺次经过下游的旋流装置和带孔薄壁管过程同上述过程同理，在经过三次如上过程后，气液分离管的出口管路5内主要是携带有极少量细小液滴的气体，由文献 Bingdong Zhang et al.(2013) (Equal quality distribution ofgas-liquid two-phase flowby partial separation method,International Journal ofMultiphase Flow)可知,在气体中含有少量的液体,并不会影响其分配的均勻性，且气体折算流速越大，在不影响分配均匀性的条件下，气体可携带液量的上限会越大，气液分离管出口的气体在气体收集箱6内分配进入气相支路7，液相在液体收集箱3内分配进入液相支路4，气相支路7和液相支路4经汇合三通8与输出管9相连，输出管9的干度与主路管I的干度一致，达到等干度分配的目的，同时通过各支路上的气相流量计23和液相流量计21的观察并调节相应的气相支路阀门24、液相支路阀门22，各输出管9可以输出一定干度的两相流体。
[0041]实施例二
[0042]如图3、图4-a和图4_b所示为本发明的第二个实施例，本装置包括主路管1，和主路管I下游连通的气液分离管2，通过气液分离管2底部的下降孔19和气液分离管2连通的液体收集箱3，通过出口管路5和气液分离管2连通的气体收集箱6，液体收集箱3均匀对称的引出多个液相支路4，气体收集箱6均匀对称的引出多个气相支路7，气相支路7和其对应的液相支路4在同一竖直平面上，并通过汇合三通8与输出管9连通，所述输出管9的水平高度与主路管I保持一致；所述气液分离管2连接于主路管I的下游且水平布置，在其内部同轴安装有与气液分尚管等长度的薄壁管16,在薄壁管16内间隔预设距尚设置有两级旋流装置15，且位于下游的旋流装置的旋流能力不小于相邻上游的旋流装置的旋流能力，未设置旋流装置15的薄壁管16段上开有圆形小孔18，在气液分离管2中无隔板17，整个气液分离管2内部形成一个大的腔室，在气液分离管2底部开有下降孔19，通过下降孔19使得腔室与液体收集箱3连通；所述液相支路4在汇合三通8前顺流依次布置有液体流量计21和液相支路阀门22 ;所述气相支路7在汇合三通8前顺流依次布置有气体流量计23和气相支路阀门24 ;主路气液两相流来流的流型包括分层流、波状分层流、半环状流、环状流和弹状流，两相流来流经过下游安装的旋流装置15后，流体受到离心力作用，流型变成均匀的环状流，即气体向管道的中心聚集，液体贴附于薄壁管16的管壁，在流经多孔段时，薄壁管16管壁附近的液体会通过圆形小孔18进入到气液分离管2内，低流速来流的情况下可以选择内壁光滑的薄壁管，参见图4-a，高流速来流的情况下可以选择管壁带有管壁突起25的薄壁管，例如本实施例，管壁突起25为横截面为倒L型的圆环或圆弧段，参见图4-b，这样有利于管壁附近附着的液体完全进入气液分离管2内，流动达到平衡状态后，由于气液分离管2内气相的压力略高于薄壁管内气相的压力，故气相不会进入气液分离管2内，故在气液分离管2中只需要分离进入气液分离管的液体和气液分离管中已存在的气体，进入气液分离管2的液体由于扩容作用，其流速会迅速降低并在重力的作用下向下汇集，通过下降孔19进入液体收集箱3，气液分离管2的出口管路5内为携带有极少量细小液滴的气体，由文献Bingdong Zhang et al.(2013)可知，在气体中含有少量的液体，并不会影响其分配的均匀性，且气体折算流速越大，在不影响分配均匀性的条件下，气体可携带液量的上限会越大，气液分离管出口的气体在气相收集箱6内分配进入各气相支路7，液相在液体收集箱3内分配进入各液相支路4，气相支路7和液相支路4经汇合三通8与输出管9相连，输出管9的干度与主路管I的干度一致，达到等干度分配的目的，同时气相支路7和液相支路4安装有气相流量计23、液相流量计21和气相支路阀门24、液相支路阀门22，通过观察流量计和调节阀门可以输出一定干度的气液两相流体。
[0043]实施例三
[0044]如图5和图6所示为本发明的第三个实施例，本实施例主要针对来流干度较大的情况，尤其适用干度大于0.9，本装置包括主路管I，和主路管I下游连通的气液分离管2，通过气液分离管2底部的下降孔19和气液分离管2连通的液体收集箱3，通过出口管路5、28和气液分离管2连通的气体收集箱6，液体收集箱3均匀对称的引出多个液相支路4，气体收集箱6均匀对称的引出多个气相支路7，气相支路7和其对应的液相支路4在同一竖直平面上，并通过汇合三通8与输出管9连通；所述输出管9的水平高度与主路管I保持一致；所述主路管I内间隔预设距离设置有两级旋流装置15 ;所述气液分离管2连接于主路管I的下游且垂直于主路管I竖直布置，在其上部安装有多孔板26，顶部有气体排出孔27，底部有下降孔19，通过下降孔19使得气液分离管与液体收集箱3连通；所述薄壁管16内不安装旋流装置15，薄壁管16壁面光滑且管壁上未布置有圆形小孔18，其外径小于主路管I的内径，薄壁管16的一端同轴插入主路管I内且位于主路管I末级的旋流装置下游，另一端贯穿气液分离管2并与出口管路5连接；所述液相支路4在汇合三通8前顺流依次布置有液体流量计21和液相支路阀门22 ;所述气相支路7在汇合三通8前顺流依次布置有气体流量计23和气相支路阀门24 ;主路气液两相流来流的流型包括分层流、波状分层流、半环状流、环状流和弹状流，两相流来流经过下游旋流装置15后，流体受到离心力作用，流型变成均匀的环状流，即气体向管道的中心聚集，液体贴附于主路管I的管壁，在来流下游布置有两级旋流装置15，多级布置可以达到加强旋流的效果，使得汇集在管路中心的气体中携带的液相成分达到最小，薄壁管16 —端同轴插入主路管I中且位于主路管I末级旋流装置下游，另一端贯穿气液分离管2后与出口管路5连接，薄壁管16未开有圆形小孔，把主路管I内的来流分割成两部分，薄壁管内为携带有极少量细小液滴的气体，通过薄壁管16和气液分离管2的出口管道5进入到气体收集箱6分配至各个气相支路7 ;薄壁管16与主路管I之间为两相来流中绝大部分液体和剩余气体，流进气液分离管2，进入气液分离管2的流体由于扩容作用，其流速会迅速降低并在重力的作用下液体向气液分离管2下部汇集，气体向气液分离管2上部聚集，液体通过下降孔19最终进入液体收集箱3，气液分离管2上部安装有多孔板26，阻挡气液分离管内的液滴进入排气孔27，气液分离管中的气体会通过上部排气孔27和出口管路28进入到气体收集箱6，气体在气相收集箱6内分配进入各气相支路
7,液相在液体收集箱3内分配进入各液相支路4，气相支路和液相支路经汇合三通8与输出管9连通，输出管9的干度与主路管I的干度一致，达到等干度分配的目的，同时气相支路和液相支路安装有气相流量计23、液相流量计21和气相支路阀门24、液相支路阀门22，通过观察流量计和调节阀门可以输出一定干度的气液两相流体。
[0045]实施例四
[0046]如图7和图8所示为本发明的第四个实施例，本实施例主要针对来流干度很小的情况，尤其适用干度小于0.3，本装置包括主路管I，和主路管I下游连通的气液分离管2，通过出口管路5和气液分离管2连通的液体收集箱3，通过出口管路28和气液分离管2连通的气体收集箱6，液体收集箱3均匀对称的引出多个液相支路4，气体收集箱6均匀对称的引出多个气相支路7，气相支路7和其对应的液相支路4在同一竖直平面上，并通过汇合三通8与输出管9连通；所述输出管9的水平高度与主路管I保持一致；所述主路管I内间隔预设距离设置有两级旋流装置15 ;所述气液分离管2连接于主路管I的下游且垂直于主路管I竖直布置，在其上部安装有多孔板26，顶部有气体排出孔27，底部有液体排出孔219，气液分离管2底部设置有连接管路29，连接管路29与出口管路5连通；所述薄壁管16外径小于主路管I的内径且未开圆形小孔，薄壁管16的一端同轴插入主路管I内且位于主路管I末级的旋流装置下游，另一端通入气液分离管2内，薄壁管16位于气液分离管2中的部分在薄壁管16内安装有旋流装置15，且旋流装置15下游连接有喇叭状的扩散段30 ;所述液相支路4在汇合三通8前顺流依次布置有液体流量计21和液相支路阀门22 ;所述气相支路7在汇合三通8前顺流依次布置有气体流量计23和气相支路阀门24 ;主路气液两相流来流的流型包括分层流、波状分层流、半环状流、环状流和弹状流，两相流来流经过下游旋流装置15后，流体受到离心力作用，流型变成均匀的环状流，即气体向管道的中心聚集，管道内剩余空间为液体，在主路管I内布置有两级旋流装置15，多级布置可以达到加强旋流的效果，使得汇集在管路中心的气体中携带的液相成分达到最小，且液相中所含的气相成分达到最小，薄壁管16 —端同轴插入主路管I中，另一端直接连通至气液分离管2的内部，薄壁管16把主路管I内的两相来流分割成两部分，薄壁管16与主路管I之间为单相液体或含有极少量细小气泡的液体，直接通过出口管路5流入液体收集箱3 ;薄壁管内为两相来流中绝大部分的气体和剩余液体，通过薄壁管16进入气液分离管2，两相流体流经气液分离管2内部的薄壁管时，先后经过薄壁管内安装的旋流装置15和尾部喇叭状的扩散段30 (或者是带孔的管段)，气体由于惯性向上运动并在顶部汇集，液体在流出薄壁管后，由于受到流经薄壁管内旋流装置15离心力的惯性作用，向气液分离管2的管壁运动，液体在运动的过程中自然下落汇集于气液分离管底部，气液分离管2上部安装有多孔壁26，减少排出气体中携带的液滴，气体通过顶部的气体排出孔27和出口管路28流入气体收集箱6并分配至各个气相支路7，气液分离管2底部的液体通过液体排出孔219和连接管路29与出口管路5汇合并进入到液体收集箱3分配至各个液相支路4 ;液相支路4和气相支路7经汇合三通8与输出管9相连，输出管9的干度与主路管I的干度一致，达到等干度分配的目的，同时液相支路和气相支路安装有液相流量计21、气相流量计23和液相支路阀门22、气相支路阀门24，通过观察流量计和调节阀门可以输出一定干度的气液两相流体。
【权利要求】
1.一种新型气液两相流体等干度分配装置，包括主路管(I)，其特征在于:还包括和主路管(I)下游连通的气液分离管(2)，通过气液分离管(2)底部的下降孔(19)或出口管路(5 )和气液分离管(2 )连通的液体收集箱(3 )，通过出口管路(5，28 )和气液分离管(2 )连通的气体收集箱(6)，所述液体收集箱(3)均匀对称的引出多个液相支路(4)，气体收集箱(6)均匀对称的引出多个气相支路(7)，气相支路(7)和其对应的液相支路(4)在同一竖直平面上，并通过汇合三通(8)与输出管(9)连通，所述输出管(9)的水平高度与主路管(I)保持一致；在所述主路管(I)和气液分离管(2)内部或气液分离管(2)内部安装有薄壁管(16)，在所述主路管(I)内和薄壁管(16 )内或薄壁管(16 )内或主路管(I)内安装有旋流装置(15)。
2.根据权利要求1所述的一种新型气液两相流体等干度分配装置，其特征在于:所述气液分离管(2)为水平布置或垂直于主路管(I)竖直布置， 当气液分离管(2)水平布置时，在气液分离管(2)内同轴安装有和气液分离管(2)等长度的薄壁管(16)，在薄壁管(16)内间隔预设距离设置有旋流装置(15)，未设置旋流装置(15)的薄壁管(16)段上开有圆形小孔(18)，且气液分离管(2)包括两种结构，一种在气液分离管(2)中每隔预设距离设置有隔板(17)，隔板(17)的两端分别固定在气液分离管(2)的管壁和薄壁管(16)的管壁上，且隔板(17)设置在薄壁管(16)上未开有圆形小孔(18)的管段内，每个由气液分离管(2)管壁及隔板(17)构成的腔室底部开有下降孔(19)，通过下降孔(19)使得各个腔室与液体收集箱(3)连通；另一种在气液分离管(2)中无隔板(17)，整个气液分离管(2)内部形成一个大的腔室，在气液分离管(2)底部开有下降孔(19)，通过下降孔(19)使得腔室与液体收集箱(3)连通； 当气液分离管(2 )竖直布置时，在其上部安装有多孔板(26 )，顶部有气体排出孔(27)，底部有下降孔(19)或液体排出孔(219)，所述薄壁管(16)有两种结构，一种薄壁管(16)内不安装旋流装置(15)，薄壁管(16)上未布置有圆形小孔(18)，其外径小于主路管(I)的内径，薄壁管(16)的一端同轴 插入主路管(I)内且位于主路管(I)末级的旋流装置下游，另一端贯穿气液分离管(2)并与出口管路(5)连接；另一种薄壁管(16)，其外径小于主路管(I)的内径，薄壁管(16)上未开圆形小孔(18)，薄壁管(16)的一端同轴插入主路管(I)内且位于主路管(I)末级的旋流装置下游，另一端通入气液分离管(2)内，，薄壁管(16)位于气液分离管(2)中的部分在薄壁管(16)内安装有旋流装置(15)，且旋流装置(15)下游连接有喇叭状的扩散段(30)或带孔的管段。
3.根据权利要求2所述的一种新型气液两相流体等干度分配装置，其特征在于:当所述气液分离管(2)为水平布置时，所述薄壁管(16)管壁分为两种，一种是壁面光滑，另一种是在管壁内侧、圆形小孔(18)之间设置有管壁突起(25)。
4.根据权利要求3所述的一种新型气液两相流体等干度分配装置，其特征在于:所述管壁突起(25)为横截面为倒L型的圆环或圆弧段，其高度取决于来流液相流量的大小。
5.根据权利要求1所述的一种新型气液两相流体等干度分配装置，其特征在于:所述等干度分配装置沿流动方向安装有2~3级旋流装置(15)，位于下游的旋流装置的旋流能力不小于相邻上游的旋流装置的旋流能力。
6.根据权利要求2所述的一种新型气液两相流体等干度分配装置，其特征在于:位于下游腔室的下降孔(19)的直径不大于相邻上游腔室的下降孔(19)的直径。
7.根据权利要求1所述的一种新型气液两相流体等干度分配装置，其特征在于:所述液相支路(4)在汇合三通(8)前顺流依次布置有液体流量计(21)和液相支路阀门(22)。
8.根据权利要求1所述的一种新型气液两相流体等干度分配装置，其特征在于:所述气相支路(7)在汇合三通(8)前顺流依次布置有气体流量计(23)和气相支路阀门(24)。
9.权利要求1至8任一项所述的新型气液两相流体等干度分配装置的分配方法，其特征在于:将气液两相流体等干度分配装置的主路管(I)与需要分配的来流管相连接，在主路管(I)的下游安装2~3级旋流装置(15)，主路气液两相流体经过下游安装的旋流装置(15)，流体受到离心力，气体向管道中心聚集，液体贴附于管壁，利用薄壁管(16)把来流分成两部分，一部分为单相流体即单相气体或者单相液体，另一部分相对应为来流中的绝大部分液体伴随有一小部分剩余气体或者是来流中绝大部分气体伴随有一小部分剩余液体，前一部分直接进入气体收集箱(6)或者液体收集箱(3)，后一部分进入气液分离管(2)，在气液分离管(2)内气相和液相分离后分别汇入气体收集箱(6)和液体收集箱(3)，气相和液相先各自在气体收集箱(6)和液体收集箱(3)进行支路分配，然后气相和液相支路重新汇合输出，得到各个输出管的干度和主路一致，实现了气液两相流体的等干度分配。
10.根据权利要求9所述的分配方法，其特征在于:当所述气液分离管(2)为水平布置时，旋流装置(15)安装在薄壁管(16)内，当所述气液分离管(2)为竖直布置时，旋流装置(15)安装在主管路(1)内或分别安装在主路管(I)和薄壁管(16)内。
【文档编号】B01D45/12GK103894004SQ201410069704
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】卫鹏凯, 王栋 申请人:西安交通大学