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分流分相式气液两相流体流量计

王栋  
【摘要】:气液两相流是石油、化工、动力等工业领域常见的流动工况,但气液两相流体的流量测量方法却一直是国际上没有很好解决的一个难题。近年来随着现代工程规模的迅速发展,该问题显得更加突出,世界各国都在投入巨资进行开发研究。本学位论文在国家自然科学基金会重大项目(59995460)的资助下,研究探索测量气液两相流体流量的新方法,作者在本论文中发明的测量方法已获得发明专利。 论文首先综述了气液两相流体流量测量方法的现状,根据测量过程中是否对来流进行分离,可以将现有的技术分为分离法和非分离法。传统的分离法采用分离设备将气液混合物分离后再进行测量,具有测量精度较高、测量结果可靠、测量过程不受流型变化的影响等优点。但缺点是分离设备体积庞大价格昂贵,并需建立专门的计量站和测试管线。近年来出现的“粗分离法(partial flow separation)”通过把来流粗分离为以气相为主和液相为主的两股两相流后再进行测量,虽然在一定程度上能够缩小分离器的体积,并降低两相流流量测量难度,但因未能将气液混合物完全分离,故实际上对提高测量精度的作用是很有限的,况且由于测量仪表的数量增加了一倍,反而有可能使测量精度降低,仪表成本增加。非分离法的主要缺点是,测量仪表和传感器都在两相流中工作,易受两相流的强烈波动性和流型变化等因素的影响,在可靠性、稳定性和测量精度等方面远低于在单相流中的情况,甚至根本就无法正常工作。目前除核磁共振和放射性示踪等技术外,其他的非分离法技术在测量原理上仍缺乏较坚实的理论基础。迄今还没有一种两相流量计能够达到公认的商用标准:测量误差小于5%,测量结果不受流型影响,并能长期在各种工程环境下工作。核磁共振和放射性示踪等技术虽很有希望,但由于这类测量设备过于昂贵(几十万到上百万美元),因而很难在工程中广泛应用。 本文提出的测量方法简称分流分相法。这种测量方法在测量原理上突破了现有的气液两相流体流量测量模式(即分离法与非分离法),其具体过程为,首先通过一种分配器从被测两相流体中成比例地分流出一部分(5%~20%)气液混合物,接着使用一小型分离器将这股两相流分离成单相气体和液体,然后分别用单相流量计测量出气相和液相流量并根据比例关系将测量值换算成被测两相流体的流量,最后再分别将这部分气体和液体返回被测两相流中。与传统的分离法相比,由于进行了分流,分离器的负荷仅为原来的5%~20%,因而体积可以比原来全部分离时缩小5~20倍,基本上接近于一个普通单相流量计的体积。与其他各种非分离法相比,


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