专利名称：一种气液两相流体的流量测量装置及其测量方法
技术领域：
本发明属于多相流流量测量技术领域，具体涉及一种气液两相流体的流量测量装 置及其测量方法。
背景技术：
目前传统的气液两相流体流量测量方法仍然是分离法，即首先采用一种气液分离 设备将气液两相流体分离成单相气体和液体，然后分别用单相流量计测量出各相流量。这 种方法的优点是工作可靠性高，测量结果与流型无关，但最大的缺点是设备庞大、造价高、 自动化程度低且测量的实时性差。这些缺点严重限制了它在工程上的广泛应用，尤其是随 着流体管道直径的增大,这种缺点就更加突出。US5390547“Multiphase flow separation and measurement system”禾口 US7311001 "Multiphase flow measurement apparatus and method”这两项美国专利，公开了一种多相流体流量测量方法和装置，整个装置不用专门的 分离设备，仅利用多相流体管道本身构成了一种分离系统，将多相流体分离成单相流体，然 后分别用单相流量计测量各相的流量，最后再将它们重新混合。从表面上看，这种方法的确 省掉了传统的分离器，但是由于所采用的钢管直径非常大，而且也采用了旋风分离方式及 复杂的液位控制系统，因此实质上它与传统的分离法没有实质的区别，更主要的是该系统 仅适合于气相流量相对较小的场合，不适合于高含气率的工况。因为随着气速的增大，气体 携带液体的能力也不断增大，当将气体从管道内分离出去时必然会有大量液体跟随气体进 入气体管路，导致分离失败。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种气液两相流体的 流量测量装置及其测量方法，大幅度缩小了测量装置的体积，简化分离方法，改善测量的实 时性和提高了自动化程度，便于在工程上广泛应用。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是一种气液两相流体的流量测量装置，包括气体流量计10和液体流量计5，还包括 水平管道1，在水平管道1的顶部侧面和底部侧面分别设置集气箱6和液体收集箱2，且集 气箱6的底部和水平管道1的顶部之间通过上部多孔壁7相导通，液体收集箱2的顶部和 水平管道1的底部之间通过下部多孔壁3相导通，另外在水平管道的顶部侧面和底部侧面 还分别设置上部拱门状倒U形管9和下部倒拱门状U形管4，该上部拱门状倒U形管9的一 端和集气箱6相导通，而其另一端和水平管道1的顶部相导通，该下部倒拱门状U形管4的 一端和液体收集箱2相导通，而其另一端和水平管道1的底部相导通，上部拱门状倒U形管 9和下部倒拱门状U形管4分别安装有所述的气体流量计10和液体流量计5。所述的下部多孔壁3的孔为在下部多孔壁3上均勻分布的贯穿孔，该贯穿孔的孔 径为水平管道1的内径的十分之一以下。所述的上部多孔壁7的孔为在上部多孔壁7上均勻分布的贯穿孔或割缝，该贯穿孔的孔径或割缝的宽度为水平管道1的内径的百分之一以下但不小于2毫米。所述的水平管道1的内侧壁设置有节流元件11，而所述的集气箱6在水平管道1 的顶部侧面的位置位于节流元件11上游。所述的集气箱6的内部设置有均气板8。均气板8为带有均勻分布的贯穿孔的板，每个贯穿孔直径为3-6毫米，贯穿孔在均 气板8上的开孔率为0. 3-0.6。上述的气液两相流体的流量测量装置的测量方法将该气液两相流体流量测量装 置放入要测量的气液两相流体管道中，且其水平管道1的入口横截面和要测量的气液两相 流体的流向保持垂直，当气液两相流体在水平管道1内流动时，在重力的作用下，气液两相 流体中的液体沉积在水平管道1底部，而其气体则在水平管道1内部上方聚集，另外气体也 会从水平管道1内部下方卷吸少量液体进入气流中心，这样当沉积和卷吸两种过程达到平 衡时，大部分液体会沉积在水平管道1底部，仅少量液滴会分散在气流中，随后当水平管道 1底部的液体遇到下部多孔壁3时，就会不断流入液体收集箱2内，此时沉积和卷吸的平衡 会被打破，少量分散在气流中的液滴会不断向管道底部沉积，直至全部从气流中分出，这样 就实现了气液分离；接着分离后的液体从液体收集箱2进入下部倒拱门状U形管4，再经过 液体流量计5测量后返回水平管道1中，完成气液两相流体中的液体流量测量；与此同时一 部分气体会通过上部多孔壁7进入集气箱6，最后该气体经上部拱门状倒U形管9流过，并 且由气体流量计10测量气体在上部拱门状倒U形管9中的流量，即气体分流体的流量q后
返回水平管道1中，利用公式β = f计算气液两相流体中的气体流量Q，其中K为分流系数，
K值为由气液两相流体的流量测量装置的结构所确定的常数，q为气体分流体的流量，Q为 气液两相流体中的气体流量。本发明的气液两相流体的流量测量装置及其测量方法，主要由水平管道1、液体收 集箱2、集气箱6、气体流量计10和液体流量计5组成，当气液两相流体流过水平管道时，由 于重力的作用会产生自然分离现象，液体会向管道底部沉积，而气体会向管道上部聚集。通 过下部多孔壁3将液体收集到液体收集箱2内，然后用液体流量计5进行测量，同时通过上 部多孔壁7将一部分气体收集到集气箱6，然后用气体流量计10进行测量，并根据比例关系 换算成气体的总流量，通过本发明可以实现简化分离方法，大幅度缩小整个测量装置的体 积和改善测量的实时性的目的，并能提高自动化程度，便于在工程上广泛应用。
附图是本发明的气液两相流体的流量测量装置的结构示意图，其中箭头标示 C=O表示对应的被测气液两相流体的流动方向。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作更详细的说明。如附图所示，气液两相流体的流量测量装置，包括气体流量计10和液体流量计5， 还包括水平管道1，在水平管道1的顶部侧面和底部侧面分别设置集气箱6和液体收集箱 2，且集气箱6的底部和水平管道1的顶部之间通过上部多孔壁7相导通，液体收集箱2的
4顶部和水平管道1的底部之间通过下部多孔壁3相导通，另外在水平管道的顶部侧面和底 部侧面还分别设置上部拱门状倒U形管9和下部倒拱门状U形管4，该上部拱门状倒U形管 9的一端和集气箱6相导通，而其另一端和水平管道1的顶部相导通，该下部倒拱门状U形 管4的一端和液体收集箱2相导通，而其另一端和水平管道1的底部相导通，上部拱门状倒 U形管9和下部倒拱门状U形管4分别安装有所述的气体流量计10和液体流量计5。所述 的下部多孔壁3的孔为在下部多孔壁3上均勻分布的贯穿孔，该贯穿孔的孔径为水平管道 1的内径的十分之一以下。所述的上部多孔壁7的孔为在上部多孔壁7上均勻分布的贯穿 孔或割缝，该贯穿孔的孔径或割缝的宽度为水平管道1的内径的百分之一以下但不小于2 毫米。所述的水平管道1的内侧壁设置有节流元件11，而所述的集气箱6在水平管道1的 顶部侧面的位置位于节流元件11上游。所述的集气箱6的内部设置有均气板8。均气板8 为带有均勻分布的贯穿孔的板，每个贯穿孔直径为3-6毫米，贯穿孔在均气板8上的开孔率 为 0. 3-0. 6。该气液两相流体的流量测量装置的测量方法将该气液两相流流量测量装置放入 要测量的气液两相流体管道中，且其水平管道1的入口横截面和要测量的气液两相流体的 流向保持垂直，当气液两相流体在水平管道1内流动时，在重力的作用下，气液两相流体中 的液体沉积在水平管道1底部，而其气体则在水平管道1内部上方聚集，另外气体也会从水 平管道1内部下方卷吸少量液体进入气流中心，这样当沉积和卷吸两种过程达到平衡时， 大部分液体会沉积在水平管道1底部，仅少量液滴会分散在气流中，随后当水平管道1底部 的液体遇到下部多孔壁3时，就会不断流入液体收集箱2内，此时沉积和卷吸的平衡会被打 破，少量分散在气流中的液滴会不断向管道底部沉积，直至全部从气流中分出，这样就实现 了气液分离；接着分离后的液体从液体收集箱2进入下部倒拱门状U形管4，再经过液体流 量计5测量后返回水平管道1中，完成气液两相流体中的液体流量测量；与此同时一部分气 体会通过上部多孔壁7进入集气箱6，最后该气体经上部拱门状倒U形管9流过，并且由气 体流量计10测量气体在上部拱门状倒U形管9中的流量，即气体分流体的流量q后返回水
平管道1中，利用公式β = f计算气液两相流体中的气体流量Q，其中K为分流系数，K值为
由气液两相流体的流量测量装置的结构所确定的常数，q为气体分流体的流量，Q为气液两 相流体中的气体流量。本发明的气液两相流体的流量测量装置及其测量方法，主要由水平管道1、液体收 集箱2、集气箱6、气体流量计10和液体流量计5组成，当气液两相流体流过水平管道时，由 于重力的作用会产生自然分离现象，液体会向管道底部沉积，而气体会向管道上部聚集。通 过下部多孔壁3将液体收集到液体收集箱2内，然后用液体流量计5进行测量，同时通过上 部多孔壁7将一部分气体收集到集气箱6，然后用气体流量计10进行测量，并根据比例关系 换算成气体的总流量，通过本发明可以实现简化分离方法，大幅度缩小整个测量装置的体 积和改善测量的实时性的目的，并能提高自动化程度，便于在工程上广泛应用。而所述的下 部多孔壁3的孔为在下部多孔壁3上均勻分布的贯穿孔，该贯穿孔的孔径为水平管道1的 内径的十分之一以下，这样的结构能够达到更好的液体沉积效果。所述的上部多孔壁7的 孔为在上部多孔壁7上均勻分布的贯穿孔或割缝，该贯穿孔的孔径或割缝的宽度为水平管 道1的内径的百分之一以下但不小于2毫米，这样的结构能够达到更好的足量气体上升到集气箱6的效果。所述的水平管道1的内侧壁设置有节流元件11，而所述的集气箱6在水 平管道1的顶部侧面的位置位于节流元件11上游，这样的结构能够保证更好的气液分离效 果。所述的集气箱6的内部设置有均气板8，均气板8的结构便于阻挡气体中带有液滴进入 集气箱6。均气板8为带有均勻分布的贯穿孔的板，每个贯穿孔直径为3-6毫米，贯穿孔在 均气板8上的开孔率为0. 3-0. 6，这样的结构能更有效的阻挡气体中带有液滴进入集气箱 6。
权利要求
一种气液两相流体的流量测量装置，包括气体流量计10和液体流量计5，其特征在于还包括水平管道(1)，在水平管道(1)的顶部侧面和底部侧面分别设置集气箱(6)和液体收集箱(2)，且集气箱(6)的底部和水平管道(1)的顶部之间通过上部多孔壁(7)相导通，液体收集箱(2)的顶部和水平管道(1)的底部之间通过下部多孔壁(3)相导通，另外在水平管道的顶部侧面和底部侧面还分别设置上部拱门状倒U形管(9)和下部倒拱门状U形管(4)，该上部拱门状倒U形管(9)的一端和集气箱(6)相导通，而其另一端和水平管道(1)的顶部相导通，该下部倒拱门状U形管(4)的一端和液体收集箱(2)相导通，而其另一端和水平管道(1)的底部相导通，上部拱门状倒U形管(9)和下部倒拱门状U形管(4)分别安装有所述的气体流量计(10)和液体流量计(5)。
2.根据权利要求1所述的气液两相流体的流量测量装置，其特征在于所述的下部多 孔壁(3)的孔为在下部多孔壁(3)上均勻分布的贯穿孔，该贯穿孔的孔径为水平管道(1) 的内径的十分之一以下。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的气液两相流体的流量测量装置，其特征在于 所述的上部多孔壁(7)的孔为在上部多孔壁(7)上均勻分布的贯穿孔或割缝，该贯穿孔的 孔径或割缝的宽度为水平管道(1)的内径的百分之一以下但不小于2毫米。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的气液两相流体的流量测量装置，其特征在于 所述的水平管道⑴的内侧壁设置有节流元件(11)，而所述的集气箱(6)在水平管道⑴ 的顶部侧面的位置位于节流元件(11)上游。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的气液两相流体的流量测量装置，其特征在于 所述的集气箱(6)的内部设置有均气板(8)。
6.根据权利要求5所述的气液两相流体的流量测量装置，其特征在于均气板(8)为带有均 勻分布的贯穿孔的板，每个贯穿孔直径为34毫米，贯穿孔在均气板8上的开孔率为0. 3-0. 6。
7.一种采用权利要求1所述的气液两相流体的流量测量装置的测量方法将该气液两 相流体流量测量装置放入要测量的气液两相流体管道中，且其水平管道(1)的入口横截面 和要测量的气液两相流体的流向保持垂直，当气液两相流体在水平管道(1)内流动时，在 重力的作用下，气液两相流体中的液体沉积在水平管道(1)底部，而其气体则在水平管道 (1)内部上方聚集，另外气体也会从水平管道(1)内部下方卷吸少量液体进入气流中心，这 样当沉积和卷吸两种过程达到平衡时，大部分液体会沉积在水平管道(1)底部，仅少量液 滴会分散在气流中，随后当水平管道(1)底部的液体遇到下部多孔壁(3)时，就会不断流入 液体收集箱(2)内，此时沉积和卷吸的平衡会被打破，少量分散在气流中的液滴会不断向 管道底部沉积，直至全部从气流中分出，这样就实现了气液分离；接着分离后的液体从液体 收集箱(2)进入下部倒拱门状U形管(4)，再经过液体流量计(5)测量后返回水平管道(1) 中，完成气液两相流体中的液体流量测量；与此同时一部分气体会通过上部多孔壁(7)进 入集气箱(6)，最后该气体经上部拱门状倒U形管(9)流过，并且由气体流量计(10)测量气 体在上部拱门状倒U形管(9)中的流量，即气体分流体的流量q后返回水平管道(1)中，利用公式β = |计算出气液两相流体中的气体流量Q，其中K为分流系数，K值为由气液两相流体的流量测量装置的结构所确定的常数，q为气体分流体的流量，Q为气液两相流体中的 气体流量。
全文摘要
一种气液两相流体的流量测量装置及其测量方法，主要由水平管道、液体收集箱、集气箱、气体流量计和液体流量计组成，当气液两相流体流过水平管道时，由于重力的作用会产生自然分离现象，液体会向管道底部沉积，而气体会向管道上部聚集。通过下部多孔壁将液体收集到液体收集箱内，然后用液体流量计进行测量，同时通过上部多孔壁将一部分气体收集到集气箱，然后用气体流量计进行测量，并根据比例关系换算成气体的总流量，通过本发明可以实现简化分离方法，大幅度缩小整个测量装置的体积和改善测量的实时性的目的，并能提高自动化程度，便于在工程上广泛应用。
文档编号G01F1/74GK101929884SQ20101024909
公开日2010年12月29日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者张炳东, 王栋 申请人:西安交通大学