一种天然气流场测量用示踪粒子的发生和分离装置的制作方法

本实用新型属于天然气流场测试装置领域，具体来说涉及一种天然气流场测量用示踪粒子的发生和分离装置。

背景技术：

随着国产天然气产量的不断上升、大型天然气管道线路的不断建设、人们天然气消费的急剧增加，我国天然气的发展已经进入高速发展期，市场前景巨大。目前天然气的输送方式主要采用管路系统输运，而管路系统的输运能力受多方因素影响，尤其是管路输运系统内部流体流态对天然气输运的稳定性以及计量有重要的影响。

目前，流体机械内流场测量的方式可分为接触式和非接触式。接触式的测量方式要将探针或热线等测量工具放置于被测流场，其缺点如下：一是对天然气的安全性有要求，二是放置在流场中的测量工具本身就会对内流场会产生干扰，从而影响测试精度。所以，流体机械内流场测量的方式主要采用非接触式测量方式。

天然气非接触式测量方式主要分为ldv(激光多普勒测速)和piv(粒子成像测速)，这两种方式测速的原理都是通过测量流场中示踪粒子的速度来反映流场的速度，所以示踪粒子的品质直接影响流场测量的准确性。粒子的品质主要取决于粒子的跟随性和一致性，跟随性要求粒子体积要小(一般几微米)、不易沉降；而一致性则要求所有粒子的直径基本相同，不要有较大的差距，使不同的粒子具有相同或近似的跟随性。

以往在天然气流场测量的粒子加注中，往往采用雾化喷嘴将液态物质雾化成液滴作为示踪粒子注入到天然气流场中，但由于雾化喷嘴喷出的粒子有大有小、粒径的分布带较宽，难以保证粒子的跟随性和一致性，从而影响测量的准确性。为了解决这些问题，本装置采用了两级气液分离器将大小宽带分布的雾化粒子进行分离，选择性的去除较大直径的粒子，从而得到粒径较小且粒径分布较窄的粒子群，使得粒子跟随性和一致性得到很大的提高，保证了ldv和piv流场测量准确性。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种天然气流场测量用示踪粒子的发生和分离装置，其目的在于解决天然气流场非接触测量中，采用ldv、piv测速技术时其加注的示踪粒子跟随性和一致性较差的问题，提高天然气流场测量的准确性。

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种天然气流场测量用示踪粒子的发生和分离装置，本装置由示踪粒子发生部分和示踪粒子分离部分组成，其主要功能在于产生雾化的示踪粒子并将雾化的示踪粒子进行筛选分离，去除粒径较大的粒子，得到粒径较小且大小基本一致的粒子，从而大大提高示踪粒子的跟随性和一致性，保证天然气ldv和piv流场测量准确性。

所述示踪粒子发生部分包含高压釜、高压气源、雾化喷嘴；高压管道将雾化喷嘴、高压釜、高压气源依次连通在一起；其中，雾化喷嘴串联在高压管道的一端、高压气源串联在高压管道的另一端；所述雾化喷嘴设置在天然气管道中；示踪粒子从雾化喷嘴中喷出；示踪粒子发生部分的功能主要是采用高压气源将高压釜内的液态物质通过雾化喷嘴进行雾化形成雾化粒子。

所述示踪粒子分离部分包含旋流分离器、集液槽、折流板分离器；天然气管道将旋流分离器、集液槽、折流板分离器依次连通在一起；其中，旋流分离器串联在天然气管道中雾化喷嘴的下游、折流板分离器串联在天然气管道中piv和ldv测试区的上游；示踪粒子分离部分的功能主要是采用旋流分离器和折流板分离器的两级分离实现对较大和中等示踪粒子的分离，从而得到粒径较小且大小基本一致的示踪粒子。

经过筛选后的示踪粒子被天然气的自身流动所带动到piv和ldv测试区，由于其具有良好跟随性和一致性，从而确保了piv和ldv天然气流场测量准确性，分离后的直径较大的粒子沉降聚集形成液体流入集液槽中，可通过排液阀排除。

所述雾化喷嘴和高压釜之间的高压管道上设置有出口阀、所述高压釜和高压气源之间的高压管道上设置有加压阀。

所述集液槽中设置有排液阀。

所述折流板分离器由一系列的折形挡板平行并排组成，当含有示踪粒子的气流在折形挡板间流动时，处于不同角度的挡板折角会使得气流的方向发生突变，由于气液的惯性不同，因此小液滴粒子会撞击在折形挡板上并汇聚成大液滴粒子，大液滴粒子在重力的作用下沉降，流入集液槽，从而达到气液分离的目的。

混合着示踪粒子的天然气经过旋流分离器形成旋流，使混合在其中的示踪粒子产生离心力，在离心力的作用下，大直径示踪粒子会附着在天然气管道内壁上，聚集并沿着内壁流入集液槽，形成一级气液分离；

通过旋流分离器而留下的示踪粒子经过折流板分离器进行进一步过滤，得到直径均匀的小直径示踪粒子，形成二级气液分离。

所述示踪粒子的主要成份为癸二酸二异辛酯，即dehs。

所述高压气源为压缩氮气。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型所述的天然气流场测量用示踪粒子发生装置将粒子发生装置与粒子分离装置进行有机结合，示踪粒子通过旋流板和折流板的筛选变得颗粒均匀、粒径较小，满足非接触ldv、piv测速技术对示踪粒子要求较好的跟随性和一致性的要求，提高了ldv和piv天然气流场测量准确性。本装置结构简单，成本低廉。

附图说明

图1为天然气流场测量用示踪粒子的发生和分离装置的结构示意图；

图2为折流板分离器的结构示意图；

其中，1-天然气管道；2-示踪粒子；3-高压管道；4-出口阀；5-高压釜；6-加压阀；7-高压气源；8-piv和ldv测试区；9-雾化喷嘴；10-旋流分离器；11-集液槽；12-排液阀；13-折流板分离器；131-折形挡板。

具体实施方式

下面将对本实用新型做进一步的详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。

如图1所示，一种天然气流场测量用示踪粒子的发生和分离装置，由示踪粒子发生部分和示踪粒子分离部分组成；

示踪粒子发生部分包含高压釜5、高压气源7、雾化喷嘴9；高压管道3将雾化喷嘴9、高压釜5、高压气源7依次连通在一起；其中，雾化喷嘴9串联在高压管道3的一端、高压气源7串联在高压管道3的另一端；雾化喷嘴9设置在天然气管道1中；示踪粒子2从雾化喷嘴9中喷出；

示踪粒子分离部分包含旋流分离器10、集液槽11、折流板分离器13；天然气管道1将旋流分离器10、集液槽11、折流板分离器13依次连通在一起；其中，旋流分离器10串联在天然气管道1中雾化喷嘴9的下游、折流板分离器13串联在天然气管道1中piv和ldv测试区8的上游。

雾化喷嘴9和高压釜5之间的高压管道3上设置有出口阀4、所述高压釜5和高压气源7之间的高压管道3上设置有加压阀6。

所述集液槽11中设置有排液阀12。

所述折流板分离器13由一系列的折形挡板131平行并排组成。

混合着示踪粒子的天然气经过旋流分离器10形成旋流，使混合在其中的示踪粒子产生离心力，在离心力的作用下，大直径示踪粒子会附着在天然气管道1内壁上，聚集并沿着内壁流入集液槽11，形成一级气液分离；

通过旋流分离器10而留下的示踪粒子经过折流板分离器13进行进一步过滤，得到直径均匀的小直径示踪粒子，形成二级气液分离。

所述示踪粒子2的主要成份为癸二酸二异辛酯，即dehs。

所述高压气源7为压缩氮气。

其中：天然气管道1主要用于输送天然气；示踪粒子2主要成份为癸二酸二异辛酯，即dehs；高压管道3主要用于将加压液体输送到雾化喷嘴；出口阀4主要用于控制示踪粒子的通断；高压釜5主要用于存放产生示踪粒子的加压液体；加压阀6主要用于控制高压气源的通断；高压气源7主要用于给高压釜加压；piv和ldv测试区8主要用于piv、ldv测试流场测量，对天然气管道内的示踪粒子测速，从而测出天然气管道内的流速及速度分布；雾化喷嘴9主要用于产生喷射雾化的示踪粒子；旋流分离器10主要用于将经过它的气体形成旋流，使混合在气体里的粒子产生离心力，在离心力的作用下直径大的粒子会附着在天然气管道的内壁上聚集并沿着内壁进入集液槽，形成一级分离作用；集液槽11主要用于收集分离后的沉降粒子形成的液体；排液阀12主要用于当集液槽中的沉降粒子沉积过多时，打开排液阀，在天然气内部压力作用下，将集液槽中的液体排出；折流板分离器13主要用于对经过旋流分离器的示踪粒子中较大颗粒进行进一步过滤，形成二级分离。

如图2所示，折流板分离器13由一系列的折形挡板131平行并排组成，当含有示踪粒子的气流在折形挡板131间流动时，处于不同角度的挡板折角会使得气流的方向发生突变，由于气液的惯性不同，因此小液滴粒子会撞击在折形挡板上并汇聚成大液滴粒子，大液滴粒子在重力的作用下沉降，流入集液槽，从而达到气液分离的目的。

实施例1：

在高压釜5中放置液态的desh，打开加压阀6，使高压气源7中的压缩氮气充入高压釜5中，打开出口阀4，受压的desh通过高压管道3、在雾化喷嘴9处形成雾化的示踪粒子2。雾化的示踪粒子2从而进入天然气管道1内，示踪粒子2在天然气的带动下，经过旋流分离器10，在旋流分离器10的作用下，示踪粒子2中直径较大的粒子在离心力的作用下流向天然气管道1的内壁，汇集并形成液态流体，流向集液槽11中，形成一级分离。经过旋流分离器10的示踪粒子2在天然气的带动下继续沿着天然气管道1前行，经过折流板分离器13，在折流板分离器13的特殊结构下进一步分离粒径较大的示踪粒子，形成二级分离，最终得到粒径较小且粒径基本一致的示踪粒子2。在天然气的带动下，粒径较小且粒径基本一致的示踪粒子2到达piv和ldv测试区8进行流场测量。现有研究表明：示踪粒子2的直径越小，其跟随性越好，在piv和ldv测试区8中所测得的天然气流速就越接近于实际流速，进而能够确保测量的准确性。

经过雾化喷嘴9后形成雾化的示踪粒子的粒径统计情况，其中：横坐标为示踪粒子直径(um)，纵坐标为示踪粒子数量。可以看出经过雾化喷嘴后的示踪粒子粒径分布在0～40um的范围内，分布范围较宽，粒子直径大小差别较大，粒子的一致性较差，尤其表现在粒子中含有粒径大于20um的大粒子，粒子的跟随性较差。

经过二级分离折流板分离器13后剩余示踪粒子的粒径统计情况，其中：横坐标为示踪粒子直径(um)，纵坐标为示踪粒子数量。可以看出经过二级分离后的剩余示踪粒子粒径主要分布在2～6um的范围内，剩余示踪粒子的直径明显变小且分布也明显收窄，粒子直径大小差别明显变小，粒子的跟随性和一致性均大大提高。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本实用新型整体构思下的不同实现方式，而且本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。