一种测量气液两相流流量的装置及方法
【专利摘要】本发明提供了一种测量气液两相流流量的装置及方法。所述测量气液两相流流量的装置包括外管、内管、脊柱、近红外发射探头、近红外接收探头、差压变送器、数据采集单元和数据处理单元；内管位于外管内，且位于外管的轴心线上；内管包括依次连接的大口径管、过渡斜肩和小口径管；在外管的侧壁上开有第一测压孔和第二测压孔，在内管的大口径管上开有与第二测压孔对应的第三测压孔，通过三个测压孔可测量内外管内的压力差，根据压力差以及近红外接收探头接收到的近红外光的光强即可计算出两相流中各相流量。本发明可在不分离气液两相流的情况下准确地测量气液两相流中各相流量。
【专利说明】
_种测量气^夜两相流流量的装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种两相流流量检测装置，具体地说是一种测量气液两相流流量的装 置及方法。
【背景技术】
[0002] 目前，对气液两相流的流量进行测量的方法有很多，如：分离测量法、单相流量计 组合的双参数测量法、直接式质量测量法、单相流量计和相含率仪表组合测量法等。但是这 些测量方法又各有优缺点，现分别介绍如下：
[0003] 分离测量法是采用分离器将两相流分离成液相和气相的单相流，然后用单相流量 计分别测量。分离法工作可靠、测量精度高、测量范围宽，而且测量结果不受流型变化等因 素的影响，是目前陆地油田中广泛采用的油气产量计量方法，其他在线多相流量计一般也 都通过与分离测量法的比对来进行检定校验。但分离测量法最大的缺点是分离设备体积庞 大、系统造价昂贵、自动化程度低，而且无法实时快速进行多相流的流量测量。
[0004] 单相流量计组合的双参数测量法，单相流量计用于两相流的测量中时，常见的组 合有:双孔板、孔板-文丘里管、孔板_均速管、靶式流量计_涡轮流量计、文丘里管-涡轮流量 计、节流元件-容积式流量计、双槽式孔板等。但是这些组合测量的有效测量范围有限，测量 效果受流型影响较大。
[0005] 直接式质量测量法，主要有角动量式涡轮流量计和科里奥利力质量流量计。这两 种质量流量计都能够提供高精度的流量测量，并且测量结果不受流体密度的影响，能够不 必预知相含率就可以测得两相流的流量。角动量式涡轮流量计能够适用于各种类型的两相 流流量测量，但是会严重干扰被测流体的正常流动，并带来很大的流动阻力。科里奥利力质 量流量计能够很好地应用于液液两相流的测量，然而其测量效果会受到管内存在的气体的 影响，因此其在气液两相流中的应用还处于研究的初始阶段。
[0006] 单相流量计和相含率仪表组合测量法，目前很多研究者采用这一技术路线对气液 两相流的测量进行了研究，公开报道的有:文丘里管、涡轮分别与空隙率计相结合测量气液 两相流，电磁流量计和差压传感器结合对泡状流和弹状流进行测量，以及其他一些研究者 采用孔板、文丘里管、文丘里喷嘴与电导、电容相含率计相结合的方法对两相流进行测量。
[0007] 除了上述几种测量方法外，对两相流的测量还有声学法、热学法、脉冲种子活化 法、放射性示踪法、光学粒子示踪法等。各种方法虽然在某些特定场合有一些应用，但总体 来讲，由于两相流流动的复杂性和两相流工况的多样性，两相流流量测量问题仍没有得到 很好的解决。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的之一就是提供一种测量气液两相流流量的装置，该装置基于内外管 差压流量计而构成，采用该装置可准确测量气液两相流中各相的流量。
[0009] 本发明的目的之二就是提供一种测量气液两相流流量的方法，采用该方法无需对 两相流进行分离即可准确地测量气液两相流的分相流量。
[0010] 本发明的目的之一是这样实现的：一种测量气液两相流流量的装置，包括：
[0011] 外管，为圆直管结构；在所述外管的侧壁上开有用于测量外管内流体压力的第一 测压孔，在所述外管的侧壁上还开有第二测压孔，所述第二测压孔和所述第一测压孔处于 所述外管的同一横截面上且两者关于该横截面中心呈中心对称分布；
[0012] 内管，置于所述外管内，且位于所述外管的轴心线上;所述内管包括依次连接的大 口径管、过渡斜肩和小口径管;测量时两相流流体在外管内流动，且沿内管的大口径管向小 口径管方向流动;在所述内管的大口径管上开有第三测压孔，所述第三测压孔与所述外管 侧壁上的第二测压孔相对设置;通过所述第二测压孔和所述第三测压孔可测量内管内的流 体压力；
[0013] 脊柱，设置在所述内管的外侧壁与所述外管的内侧壁之间，用于支撑所述内管；
[0014] 近红外发射探头，设置在所述外管的外侧壁上，且靠近所述外管的流体入口处;所 述近红外发射探头用于发射近红外光以沿截面照射外管内的流体；
[0015] 近红外接收探头，设置在与所述近红外发射探头处于同一横截面的外管的外侧壁 上，并和所述近红外发射探头关于外管的横截面中心呈中心对称分布;所述近红外接收探 头用于接收经流体吸收后的近红外光的光强信号；
[0016] 差压变送器，与数据采集单元相接，用于通过所述第一测压孔、所述第二测压孔和 所述第三测压孔测量内、外管内流体的压力差；
[0017] 数据采集单元，分别与所述近红外接收探头、所述差压变送器和数据处理单元相 接，用于采集内、外管内流体的压力差信号，同时采集近红外接收探头所接收到的经流体吸 收后的近红外光的光强信号，并将所接收到的信号发送至数据处理单元;以及
[0018] 数据处理单元，与所述数据采集单元相接，用于根据接收到的信号计算气液两相 流中各相流量。
[0019] 优选的，所述脊柱的数量为三个，且三个所述脊柱沿所述内管的外侧壁均匀分布。
[0020] 优选的，其中一个脊柱的与所述外管内侧壁相贴合的一侧对应所述外管上的第二 测压孔，该脊柱的与所述内管外侧壁相贴合的一侧对应所述内管上的第三测压孔;在该脊 柱上与所述第二测压孔对应的部位开有穿接孔，所述穿接孔用于实现第二测压孔和第三测 压孔的连接。
[0021] 优选的，所述脊柱的长度与所述内管的长度相同，且两者的端部对齐。
[0022] 优选的，所述近红外发射探头有四个，所述近红外接收探头与所述近红外发射探 头的数量和位置一一对应;相互对应的近红外发射探头和近红外接收探头在外管横截面上 以过外管截面圆心的一条直线为对称分布。
[0023] 本发明通过在外管内设置内管，并在外管内侧壁与内管外侧壁之间设置脊柱，以 实现对内管进行支撑，可保证测量过程中内管保持固定不动，从而使得取压结果准备，保证 了后期计算的准确性。通过在外管上开第一测压孔，可以测量外管内流体的压力;通过在内 管上开第三测压孔，并在外管上开与第三测压孔对应的第二测压孔，可测量内管内流体的 压力；内管内的压力和外管内的压力之差即为内、外管内的压力差。本发明通过内、外管内 的压力差即可计算出两相流中气液总质量流量，该气液总质量流量经修正后即得气相的质 量流量。再根据近红外接收探头接收到的经流体吸收后的光强信号，可计算出两相流中液 相的相含率。液相的相含率结合气相的质量流量便可计算出液相的质量流量。
[0024] 本发明所提供的装置是通过两相流的流动理论，结合近红外光的信号检测原理， 再利用CFD仿真技术，设计并且优化而形成;通过多次实验也充分验证了本装置的合理性以 及可行性。
[0025] 本发明的目的之二是这样实现的：一种测量气液两相流流量的方法，包括如下步 骤：
[0026] a、在外管内设置内管及脊柱;所述外管为圆直管结构，在所述外管的侧壁上开有 第一测压孔和第二测压孔，第一测压孔和第二测压孔处于所述外管的同一横截面上且两者 关于该横截面中心呈中心对称分布;所述内管位于所述外管的轴心线上;所述内管包括依 次连接的大口径管、过渡斜肩和小口径管;在所述内管的大口径管上开有第三测压孔，所述 第三测压孔与外管侧壁上的第二测压孔相对设置;所述脊柱位于所述内管的外侧壁与所述 外管的内侧壁之间，其用于支撑所述内管；
[0027] b、在所述外管的外侧壁上靠近流体入口处设置近红外发射探头和近红外接收探 头;所述近红外发射探头和所述近红外接收探头处于外管的同一横截面上，且两者关于外 管的横截面中心呈中心对称分布;气液两相流在外管内流动，且沿内管的大口径管向小口 径管方向流动；
[0028] c、由驱动模块驱动近红外发射探头发射近红外光，所发射的近红外光沿外管横截 面穿透外管内的流体，近红外接收探头接收经流体吸收后的近红外光的光强信号，并将所 接收到的信号经数据采集单元发送至数据处理单元；
[0029] d、由差压变送器通过第一测压孔、第二测压孔以及第三测压孔测量流体在内、外 管内的压力差，并将所测数据经数据采集单元发送至数据处理单元；
[0030] e、数据处理单元根据接收到的流体在内、外管内的压力差以及经流体吸收后的近 红外光的光强计算气液两相流中各相流量。
[0031] 步骤e中在计算气液两相流中各相流量时，首先依据公式（1)计算气液两相流中气 液总质量流量：
(1>
[0033] 式（1)中，e为膨胀系数，C为流出系数，0为节流比，D为外管内径，pg为两相流的密 度，A Ptp为步骤d中差压变送器所测量的内、外管内的压力差；
[0034] 其次对公式(1)所求得的气液总质量流量进行虚高修正，具体依据如下公式：
(2)
[0036]式⑵中，〇g为修正系数，Wg为两相流中气相的质量流量；
[0037] 的具体计算公式为：
[0038] Og = a+bX+cX2 (3)
[0039]式(3)中，a、b、c均为拟合系数，X即为步骤d中差压变送器所测量的内、外管内的压 力差；
[0040]接着根据步骤c中近红外接收探头接收到的经流体吸收后的近红外光的光强，计 算两相流中近红外光所穿过的液体的厚度h，具体计算公式如下：
[0041] y=A*exp(B*h) (4)
[0042] 式⑷中，A、B为系数，即为乘号，y的表达式为：
(5)
[0044] 式(5)中，I即为步骤c中近红外接收探头接收到的经流体吸收后的近红外光的光 强，1〇为外管内不存在流体时近红外接收探头所接收到的近红外光的光强；
[0045] 根据公式(4)计算出的液体的厚度h计算两相流中液相的相含率a1:
I 6 '
[0047]式(6)中，r为外管的内半径；
[0048]最后根据^以及式⑵中的Wg计算两相流中液相的质量流量Wi，具体公式如下：
C7)
[0050] 本发明所提供的方法主要是针对气液两相流(也就是湿气)进行测量。通过对气液 两相流的流动状态的测试，提取有用信号，并且进行信号特征提取，最终可在不分离两相流 的前提下准确地测量出两相流中各相的流量。
【附图说明】
[0051] 图1是本发明测量装置中管道部位的结构示意图。
[0052] 图2是本发明测量装置中内管以及脊柱的结构示意图；其中，图2(a)为侧视图，图2 (b)为端视图。
[0053]图3是图1的端视图。
[0054] 图4是本发明管道内气相和液相分布的结构示意图。
[0055] 图5是本发明测量装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0056] 实施例1，一种测量气液两相流流量的装置。
[0057] 如图1和图2所示，本发明所提供的测量气液两相流流量的装置包括外管1、内管、 脊柱8、近红外发射探头10、近红外接收探头11、差压变送器、数据采集单元和数据处理单 元。图1中没有示出差压变送器、数据采集单元和数据处理单元。
[0058] 外管1为圆柱形直管结构；内管设置在外管1内，且位于外管1的轴心线上，即外管1 的轴心线与内管的轴心线重合。内管包括依次连接的大口径管2、过渡斜肩3和小口径管4。 大口径管2和小口径管4均为直管结构，过渡斜肩3连接大口径管2和小口径管4，过渡斜肩3 为圆台状管。当测量两相流流量时，两相流在外管1内流动，且沿内管的大口径管2向小口径 管4方向流动(见图1中箭头所示方向）。
[0059] 在外管1的侧壁上开有用于测量外管内流体压力的第一测压孔5,在外管1的侧壁 上还开有第二测压孔6,第二测压孔6和第一测压孔5处于外管1的同一横截面上且两者关于 该横截面中心呈中心对称分布。在内管的大口径管2上开有第三测压孔7,第三测压孔7与外 管1侧壁上的第二测压孔6相对设置;通过第二测压孔6和第三测压孔7可测量内管内的流体 压力。内管内的流体压力与外管内的流体压力之差即为内、外管内的压力差，该压力差可由 差压变送器来采集、测量。通过内、外管内的压力差再结合相关公式即可得出气液两相流中 气相的质量流量。图1中还示出了在小口径管4上开的测压孔，以及与小口径管4上的测压孔 处于同一横截面上的外管上的测压孔，由这两个测压孔同样可以测量内、外管内的压力差， 该路压力差在本专利中未涉及。
[0060]脊柱8设置在内管的外侧壁与外管1的内侧壁之间。如图2(a)所不，脊柱8为长条状 结构，其长度与内管的长度相同，其两端分别与内管的两端对齐。脊柱8的外侧与外管1的内 侧壁相贴合，脊柱8的内侧与内管的外侧壁相贴合，通过脊柱8可实现对内管很好的支撑，以 便在测量过程中使内管保持固定不动。
[0061]如图2(b)和图3所示，本发明中脊柱8的数量为三个，三个脊柱8均匀分布在内管的 外侧壁上，这种对称性的结构不仅可实现对内管良好的支撑作用，还可保证测量过程中流 体流通的对称性，以保证取压结果的准确。
[0062]如图1所示，优选的实施方案是:使三个脊柱8中的其中一个正好对应第二测压孔6 和第三测压孔7,即：使其中一个脊柱的外侧（即脊柱与外管内侧壁相贴合的一侧)对应第二 测压孔6,使该脊柱的内侧（即脊柱与内管外侧壁相贴合的一侧)对应第三测压孔7。为实现 第二测压孔6和第三测压孔7之间的连通（以便对内管内的流体进行测压），此时需要在该脊 柱上与第二测压孔6和第三测压孔7对应的部位开穿接孔9,通过穿接孔9实现第二测压孔6 和第三测压孔7的连通。后续在测压时，使差压变送器的一端依次穿过第二测压孔6、穿接孔 9和第三测压孔7,使差压变送器的另一端穿过第一测压孔5,便能对内、外管内的流体压力 差进行测量。
[0063] 近红外发射探头10和近红外接收探头11均设置在外管1的外侧壁上，并靠近外管1 的流体入口处。优选的，近红外发射探头10和近红外接收探头11的设置位置距内管的大口 径管端口处为外管1的内径D。近红外发射探头10和近红外接收探头11成对设置，如图3所 示，本发明中共设置了四对近红外发射探头10和近红外接收探头11，这四对近红外发射探 头10和近红外接收探头11均位于外管1的同一横截面上，且每一对近红外发射探头10和近 红外接收探头11均关于其所在的外管1的横截面中心呈中心对称分布，或者说，每一对近红 外发射探头10和近红外接收探头11在外管1横截面上以过外管1截面圆心的一条直线为对 称分布。
[0064] 近红外发射探头10用于发射近红外光以沿外管1的横截面照射外管1内的流体;与 近红外发射探头10成对设置的（或对应设置的）近红外接收探头11用于接收经流体吸收后 的近红外光的光强信号。
[0065] 数据采集单元用于采集信号并进行传输，差压变送器所采集到的内、外管内的压 力差信号以及近红外接收探头所接收到的经流体吸收后的近红外光的光强信号，均由数据 采集单元采集并传输至数据处理单元;数据处理单元根据接收到的内、外管内的压力差计 算气液两相流中的总质量流量以及气相质量流量，再根据经流体吸收后的近红外光的光强 计算气液两相流中液相的相含率，结合液相相含率和气相的质量流量可计算得出液相的质 量流量。具体计算公式可参见下面实施例中所描述。
[0066] 实施例2，一种测量气液两相流流量的方法。
[0067] 如图1~图2所示，本发明所提供的测量气液两相流流量的方法包括如下步骤：
[0068] a、在外管1内设置内管及脊柱8。
[0069] 外管1为圆柱形直管结构，在外管1的侧壁上开有第一测压孔5和第二测压孔6,第 一测压孔5和第二测压孔6处于外管1的同一横截面上且两者关于该横截面中心呈中心对称 分布。通过第一测压孔5可测量外管1内两相流的压力。内管位于外管1的轴心线上；内管包 括依次连接的大口径管2、过渡斜肩3和小口径管4。在内管的大口径管2上开有第三测压孔 7,第三测压孔7与外管1侧壁上的第二测压孔6相对设置;通过第二测压孔6和第三测压孔7 可测量内管内两相流的压力。
[0070] 脊柱8位于内管的外侧壁与外管1的内侧壁之间，脊柱8与内管的外侧壁以及外管1 的内侧壁均相贴合，其设置目的是为了支撑内管。如图2所示，本实施例中在内管的外侧壁 上均匀设置了三个脊柱8。
[0071] b、在外管1的外侧壁上靠近流体入口处设置近红外发射探头10和近红外接收探头 11。近红外发射探头10和近红外接收探头11成对设置，本实施例中设置了四对近红外发射 探头10和近红外接收探头11，如图3所示。所有近红外发射探头10和近红外接收探头11均处 于外管1的同一横截面上，且成对设置的近红外发射探头10和近红外接收探头11关于外管1 的横截面中心呈中心对称分布。结合图5,气液两相流在外管内流动，且沿内管的大口径管2 向小口径管方向4流动。
[0072] c、由驱动模块驱动近红外发射探头10发射970nm的近红外光，所发射的近红外光 沿外管1横截面照射外管1内的流体，近红外接收探头11接收经流体吸收后的近红外光的光 强信号，并将所接收到的信号经数据采集单元发送至数据处理单元。图5中的红外数据采集 模块包括近红外发射探头和近红外接收探头。
[0073] d、由差压变送器通过第一测压孔5、第二测压孔6以及第三测压孔7测量流体在内、 外管内的压力差，并将所测数据经数据采集单元发送至数据处理单元。图5中另一个差压变 送器所采集的另一路压力差在本专利中没有用到。
[0074] e、数据处理单元根据接收到的流体在内、外管内的压力差以及经流体吸收后的近 红外光的光强首先进行模块优化，然后计算气液总流量以及液相相含率，再计算各相流量。
[0075] 具体是，首先依据公式(1)计算气液两相流中的总质量流量：
⑴
[0077]式（1)中，e为膨胀系数（可通过理论公式计算得出），C为流出系数（靠实验来确 定），0为节流比，D为外管内径，Pg为两相流的密度(单位为Kg/m3，可在流体入口处通过测量 得知），A Ptp为步骤d中差压变送器所测量的内、外管内的压力差(单位为Pa)。
[0078]在本发明中，内管作为节流件，当流体流经节流件时，由于节流件的扩缩作用，流 体会在节流件内外分流，并且产生一定的内外差压，该内外差压即为步骤d中差压变送器所 测量的内、外管内的压力差。
[0079]节流比0的具体计算公式为：
(2)
[0081]式(2)中，K2为小口径管和大口径管的截面比，h为小口径管和大口径管的环隙面 积比。在本实施例的仿真设计过程中，已确定0为0.6。
[0082]气液两相流也称湿气或环雾状流，其是在气体中存在少量的液体，因此步骤d所测 的内、外管的压力差A Ptp相对纯气体压力来说是存在虚高的压力，由公式（1)所计算的Wtp 为气液的总质量流量，将该总质量流量W tP进行虚高修正就能得到两相流中气相的质量流 量。
[0083] 本发明中通过引入一个虚高的修正系数〇 g来对公式（1)所求得的总质量流量Wtp 进行修正，具体依据如下公式：
(j)
[0085]式⑶中，〇g为修正系数，Wg为修正后的两相流中气相的质量流量；
[0086]修正系数的具体计算公式为：
[0087] Og = a+bX+cX2 (4)
[0088]式(4)中，a、b、c均为拟合系数(可通过实验由软件得出），X即为步骤d中差压变送 器所测量的内、外管内的压力差。
[0089] 在根据公式(3)求得两相流中气相的质量流量Wg后，只需再求出液相的质量流量Wi 即可。在求液相的质量流量Wi之前，本发明首先计算液相的相含率。
[0090] 步骤c中近红外光穿过外管内的流体后，流体会吸收部分近红外光，从而使得近红 外接收探头接收到的近红外光的光强减弱。近红外接收探头接收到的近红外光的光强可由 电压值来表示，根据近红外光吸收特性-朗姆比尔定律可知，近红外光强度的电压值与近红 外光在两相流中所穿过的液相的厚度呈指数形式关系式，为提高拟合精度，选用电压的比 值作为近红外光强度，具体满足如下测量模型：
[0091] y=A*exp(B*h) (5)
[0092]式(5)中，A、B为系数，y的表达式为：
(6 )
[0094] 式(6)中，I即为步骤c中近红外接收探头接收到的经流体吸收后的近红外光的光 强(对应的电压值），1〇为外管内不存在流体时（即外管为空管时)近红外接收探头所接收到 的近红外光的光强(对应的电压值），1〇可以提前测量得出。
[0095] 根据步骤c中近红外接收探头接收到的经流体吸收后的近红外光的光强(对应的 电压值）1(对四个近红外接收探头所接收到的数据要取均值），结合公式(5)可计算出外管 内两相流中液体的厚度h(即近红外光所穿过的液体的厚度），根据液体的厚度h可求得外管 内液相的相含率。具体计算过程如下：
[0096] 当近红外光穿过外管时，会经过一个大气弹或者多个小气泡，或者中间雾气、管壁 处是液珠的情况，无论在哪种情况下，气体都是在管道中心处而周围被液体包围，近红外光 先通过液体然后通过气体最后再次通过液体。在外管内部是关于轴对称的，因此近红外光 在各个方向上穿透后的测量结果理论上应该是一致的，气泡分布的位置也不会影响其所占 管道截面的比例。因此，将各种小气泡无限融合成一个大气泡，如图4所示，大气泡的半径为 r'，管道(在本发明中即为外管）内液体的厚度为h，管道的半径为r(即本发明中外管的内半 径，也就是内径D的一半），则液相相含率为相对应的圆环的面积与整个管道横截面面积的 比值。
[0097] 由图4可知，管道内气相的半径为：
[0098] r'=r-h/2 (7)
[0099]管道内气相所占面积为：
[0100] S^=3ir，2 (8)
[0101] 管道横截面面积为：
[0102] S总=3ir2 (9)
[0103] 管道内圆环液相的横截面面积为：
[0104] S液=S总一 (10)
[0105] 贝lj，液相截面相含率为
(11 )
[01 07]因此，最终得到液相截面相含率为：
(12 )
[0109]式(12)中，r为外管的内半径，即外管内径D的一半。
[0110]又由弓
_，因此，根据ai以及~即可计算出两相流中液相的质量流量I， 具体公式如下：
(13)
【主权项】
1. 一种测量气液两相流流量的装置，其特征是，包括： 外管，为圆直管结构;在所述外管的侧壁上开有用于测量外管内流体压力的第一测压 孔，在所述外管的侧壁上还开有第二测压孔，所述第二测压孔和所述第一测压孔处于所述 外管的同一横截面上且两者关于该横截面中屯、呈中屯、对称分布； 内管，置于所述外管内，且位于所述外管的轴屯、线上;所述内管包括依次连接的大口径 管、过渡斜肩和小口径管;测量时两相流流体在外管内流动，且沿内管的大口径管向小口径 管方向流动;在所述内管的大口径管上开有第=测压孔，所述第=测压孔与所述外管侧壁 上的第二测压孔相对设置;通过所述第二测压孔和所述第=测压孔可测量内管内的流体压 力； 脊柱，设置在所述内管的外侧壁与所述外管的内侧壁之间，用于支撑所述内管； 近红外发射探头，设置在所述外管的外侧壁上，且靠近所述外管的流体入口处;所述近 红外发射探头用于发射近红外光W沿截面照射外管内的流体； 近红外接收探头，设置在与所述近红外发射探头处于同一横截面的外管的外侧壁上， 并和所述近红外发射探头关于外管的横截面中屯、呈中屯、对称分布;所述近红外接收探头用 于接收经流体吸收后的近红外光的光强信号； 差压变送器，与数据采集单元相接，用于通过所述第一测压孔、所述第二测压孔和所述 第=测压孔测量内、外管内流体的压力差； 数据采集单元，分别与所述近红外接收探头、所述差压变送器和数据处理单元相接，用 于采集内、外管内流体的压力差信号，同时采集近红外接收探头所接收到的经流体吸收后 的近红外光的光强信号，并将所接收到的信号发送至数据处理单元;W及 数据处理单元，与所述数据采集单元相接，用于根据接收到的信号计算气液两相流中 各相流量。2. 根据权利要求1所述的测量气液两相流流量的装置，其特征是，所述脊柱的数量为= 个，且=个所述脊柱沿所述内管的外侧壁均匀分布。3. 根据权利要求2所述的测量气液两相流流量的装置，其特征是，其中一个脊柱的与所 述外管内侧壁相贴合的一侧对应所述外管上的第二测压孔，该脊柱的与所述内管外侧壁相 贴合的一侧对应所述内管上的第=测压孔;在该脊柱上与所述第二测压孔对应的部位开有 穿接孔，所述穿接孔用于实现第二测压孔和第=测压孔的连接。4. 根据权利要求1所述的测量气液两相流流量的装置，其特征是，所述脊柱的长度与所 述内管的长度相同，且两者的端部对齐。5. 根据权利要求1所述的测量气液两相流流量的装置，其特征是，所述近红外发射探头 有四个，所述近红外接收探头与所述近红外发射探头的数量和位置一一对应;相互对应的 近红外发射探头和近红外接收探头在外管横截面上W过外管截面圆屯、的一条直线为对称 分布。6. -种测量气液两相流流量的方法，其特征是，包括如下步骤： a、在外管内设置内管及脊柱;所述外管为圆直管结构，在所述外管的侧壁上开有第一 测压孔和第二测压孔，第一测压孔和第二测压孔处于所述外管的同一横截面上且两者关于 该横截面中屯、呈中屯、对称分布;所述内管位于所述外管的轴屯、线上;所述内管包括依次连 接的大口径管、过渡斜肩和小口径管;在所述内管的大口径管上开有第=测压孔，所述第= 测压孔与外管侧壁上的第二测压孔相对设置;所述脊柱位于所述内管的外侧壁与所述外管 的内侧壁之间，其用于支撑所述内管； b、在所述外管的外侧壁上靠近流体入口处设置近红外发射探头和近红外接收探头;所 述近红外发射探头和所述近红外接收探头处于外管的同一横截面上，且两者关于外管的横 截面中屯、呈中屯、对称分布;气液两相流在外管内流动，且沿内管的大口径管向小口径管方 向流动； C、由驱动模块驱动近红外发射探头发射近红外光，所发射的近红外光沿外管横截面穿 透外管内的流体，近红外接收探头接收经流体吸收后的近红外光的光强信号，并将所接收 到的信号经数据采集单元发送至数据处理单元； d、 由差压变送器通过第一测压孔、第二测压孔W及第S测压孔测量流体在内、外管内 的压力差，并将所测数据经数据采集单元发送至数据处理单元； e、 数据处理单元根据接收到的流体在内、外管内的压力差W及经流体吸收后的近红外 光的光强计算气液两相流中各相流量。7.根据权利要求6所述的测量气液两相流流量的方法，其特征是，步骤e中在计算气液 两相流中各相流量时，首先依据公式(1)计算气液两相流中气液总质量流量：(1) 巧U;甲，e刃膨化《甄，U刃流出系数，0为节流比，D为外管内径，Pg为两相流的密度，A Ptp为步骤d中差压变送器所测量的内、外管内的压力差； 其次对公式(1)所求得的气液总质量流量进行修正，具体依据如下公式：(2) 式(2)中，? g为修正系数，Wg为两相流中气相的质量流量； Og的具体计算公式为： 巫 g = a+bX+cX2 (3) 式（3)中，a、b、c均为拟合系数，X即为步骤d中差压变送器所测量的内、外管内的压力 差； 接着根据步骤C中近红外接收探头接收到的经流体吸收后的近红外光的光强，计算两 相流中近红外光所穿过的液体的厚度h，具体计算公式如下： y=A*e 邱（B*h) (4) 式(4)中，A、B为系数，y的表达式为： )'=-夺 (5) 式(5)中，I即为步骤C中近红外接收探头接收到的经流体吸收后的近红外光的光强，Io 为外管内不存在流体时近红外接收探头所接收到的近红外光的光强； 根据公式(4)计算出的液体的厚度h计算两相流中液相的相含率ai:((，、 式(6)中，r为外管的内半径； 最后根据ai W及式(2)中的Wg计算两相流中液相的质量流量Wi，具体公式如下：(7)
【文档编号】G01N21/3577GK105910663SQ201610210009
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月6日
【发明人】方立德, 温梓彤, 李明明, 李小亭
【申请人】河北大学