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基于文丘里管和涡轮流量计的液液两相流测量
发布日期:2017-09-14 09:11
 
基于文丘里管和涡轮流量计的液液两相流测量
  本文研究了运用单相流量计组合进行液液两相流参数测量的方法,该方法首先通过静态混合器将液液两相流混合成为均相流,然后利用文丘里管获得两相流差压,利用涡轮流量计获得两相流总体积流量,最后通过液液两相流测量模型获得液液两相流总体积流量、总质量流量、混合密度以及分相流量。初步实验结果表明该方法是可行的,在总体积流量1、6m3/h,油含率15%、85%的范围内,可有效地测量液液两相流的总体积流量、总质量流量和两相流混合密度,测量相对误差在5%以内,但液液两相流分相流量测量相对误差较大,仍需进一步研究。
  液液两相流系统广泛存在于化工、石油和日化等工业领域,其重要参数的在线测量具有重要意义。然而,相对于气液两相流和气固两相流,液液两相流检测技术方面的研究还相对较少[1一5]。传统的基于两相分离器的方法存在实时性能差,体积大和成本高等问题。核密度计结合单相流量计的方法存在安全性问题,成本也较高。近年出现的科里奥利质量流量计虽可以实现液液两相流测量,但成本高,使用维护不方便。
利用单相仪表组合进行单相流、气液两相流和气固两相流有关参数的测量已有相当的历史,并已取得了很多有益的成果[3一6],但对于液液两相流,目前这方面的研究很少,有关的理论分析和实验研究还相当有限[l]。
本文基于单相仪表组合测量的思想,提出了利用“文丘里管和涡轮流量计”组合并结合静态混合器进行液液两相流参数测量的新方法,并通过初步实验研究验证了该方法的可行性和有效性。
2测量原理与方法
液液两相流参数测量所采用的技术路线和原理框图如图1所示。
静态混合器的引入可消除液液两相流流型对参数测量的影响,从而使得混合后的液液两相流体可视为均相流[v],则根据节流元件不可压缩流体计算公式,文丘里管所获得的差压和液液两相流体积流量之间的关系可表为:
其中,qv为流经文丘里管的液液两相流体积流量,p为液液两相流混合密度,K为文丘里管的仪表系数,△p为文丘里管处的差压。
根据连续性方程,涡轮流量计获取的两相流总体积流量Qv应等于流经文丘里管的体积流量,即:
3实验装置与实验流程
液液两相流的实验装置如图2所示,油(0#柴油)经稳压后流入油路由一高精度椭圆齿轮流量计进行油流量计量,水(自来水)经稳压后流入水路由一高精度电磁流量计进行水流量计量。油和水汇合形成油水两相流后进入测量管段。最后油水两相进入分离罐进行油水分离,油返回油箱,水则直接排出。实验范围为:总体积流量1~6m”/h,油含率15%、85%。所采用的文丘里管由杭州成套节流装置有限公司生产,涡轮流量计由上海自动化仪表九厂生产,单相流测量精度分别为1%和0.5%
4实验结果与讨论
初步实验结果表明:本文提出的液液两相流测量方法是可行的,在上述实验范围内,油水两相流总体积流量、总质量流量及混合密度的相对测量误差均在士5%以内,图3示出了25mm管径下的一组典型测量数据。然而,油水两相分相流量测量的精度还不甚理想,常常出现大于15%的测量误差。经分析,测量各个环节的误差传递与放大,静态混合器产生的旋流[s],以及单相流文丘里管和涡轮流量计对液液两相流
本文提出了采用“文丘里管和涡轮流量计”组合并结合静态混合器进行液液两相流参数测量的新方法。初步研究表明,该方法是有效的。在本文实验范围(总体积流量l~6m3/h,油含率15%~85%)内液液两相流总体积流量、总质量流量和液液两相流混合密度的相对测量误差均在5%以内,已能满足工程应用的要求。但分相流量测量的相对误差较大,需要更深入的研究和改进。针对这一问题,今后的研究工作将围绕以下几方面展开:
(l)寻求有效的校正方法以提高分相测量精度。
(2)采用类似的技术路线,但寻求单相流量计最佳组合以提高分相流量测量的精度,例如V形内锥式节流元件(V一ConeMeter)和涡轮流量计组合,文丘里管和椭圆齿轮流量计组合等。
(3)本文采用的静态混合器虽克服了流型对两相流参数测量的影响,但同时也导致了旋流的产生和较大的压损,因而有必要寻求更为有效的混合方法。

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