氣液兩相流測量淺析

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1、新型氣液兩相流量計增強取樣代表性作者：發(fā)布時間：2011-02-1510:29:54?????氣液兩相流廣泛存在于石油、化工、能源等許多工業(yè)領(lǐng)域，在有兩相流動的系統(tǒng)中，兩相流體的流量測量一般是無法避免的，也是未能很好解決的一個難題。分流分相法是近年來出現(xiàn)的一種新型多相流量測量方法，其特點是從被測兩相流體中取樣分流出一部分兩相流體，將其分離成單相氣體和單相液體，分別用單相流量儀表測量，然后根據(jù)取樣流體與主流體間的關(guān)系推斷出被測兩相流體的流量。本文通過管壁取樣和整改入口流型的方法改善了取樣效果，利用分流分相方法實現(xiàn)了氣液兩相流量的測量。旋流型管壁取樣分配器結(jié)構(gòu)及測量原理??????氣液兩相流在管路

2、中流動，其流動特性比較復(fù)雜，不同的氣量下形成的流型不同，若只是采取管壁上開孔取樣，會使得取樣缺乏代表性，不能反映整個取樣。截面的氣液相的分布狀況。為了使其不受流型的影響，在設(shè)計管壁取樣的基礎(chǔ)上，又增加設(shè)計了整流裝置：旋流葉片和整流器。管線來流經(jīng)過旋流葉片使兩相流體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，使得原來不對稱分布的液膜、液滴在圓周方向進行混合和重新分布，變成一種關(guān)于軸線對稱的流型，再經(jīng)過整流器的整改，進一步改善相分布和速度分布的對稱性，最終將分層流、段塞流、波浪流以及不對稱的環(huán)狀流等其它流型轉(zhuǎn)變?yōu)閷ΨQ的環(huán)狀流，使管壁的每一個小孔取樣均趨于一致，實現(xiàn)分流系數(shù)的恒定，見圖1。?????實驗過程中發(fā)現(xiàn)圖2中（a）的整

3、流器由于其管線內(nèi)徑較大，而整流器的出口段設(shè)計的過長，當兩相流經(jīng)過旋流葉片再通過整流器整流后，形成的環(huán)狀流液膜不能緊貼管壁流動而是形成一股射流。圖2（b）的整流器雖然較圓柱式整流器的整流效果有所改善，但當兩相流中液相流量較大時，經(jīng)旋流葉片和整流器整流后的環(huán)狀流液膜也并非沿著喇叭口流動，而是形成一股射流。為了較好的取樣，把整流器的進出口進行了改進，由圓柱形整改成如圖2（c）所示的圓弧過渡形狀。整流器進出口直徑與主管內(nèi)徑相同，緊貼管壁，這樣整流后的環(huán)狀液膜能夠直接沿著管壁流動，改善流型的對稱性使得周向液膜分布更加均勻，見圖2。???被測兩相流體的氣相流量和液相流量根據(jù)它們與分流體氣液相流量的比例關(guān)系

4、計算：式中，M1G為被測主管氣相流量；M1L為被測主管液相流量；KG為氣相分流系數(shù)，可用關(guān)系式表示；KL為液相分流系數(shù)，可用關(guān)系式表示；M3G為分流體的氣相流量，由氣體流量計測量；M3L為分流體的液相流量，由液體流量計測量，見圖3。?????實驗管道內(nèi)徑80mm，水平布置，實驗介質(zhì)為空氣和水，經(jīng)泵增壓，調(diào)節(jié)閥調(diào)壓。水由質(zhì)量流量計計量，空氣由氣體流量計計量，然后氣液在混合器中混合，進入實驗環(huán)道。氣體流量計量采用金屬浮子流量計，液體流量計量采用Rosemount高準質(zhì)量流量計。分流氣體流量計量采用DY015型數(shù)字式渦街流量計，分流液體流量通過測量分離器積液體積間接測量。為了觀察實驗流動情況，加工實

5、驗設(shè)備均采用有機玻璃管，玻璃管的設(shè)計壓力為0.5Mpa。???氣液兩相流體經(jīng)過取樣分配器后，主流體沿原通道繼續(xù)向下游流動，最后在臥式分離器中進行氣液分離，分離后的液體進入儲罐，放空氣體，見圖4。????實驗發(fā)現(xiàn)：當旋流器、整流器和取樣孔的大小方位確定以后，下游的整改效果是隨著氣液流量的變化而變化的。在氣液相流量較小時，液膜只能覆蓋部分下游管路，不能形成均勻環(huán)狀流，隨著氣、液相流量的增加，整流裝置下游管壁被液膜覆蓋的面積逐漸擴大。在本實驗范圍內(nèi)，氣相折算速度大于30.50m/s，液相折算速度大于0.08m/s時，出現(xiàn)較完整的環(huán)狀流。逐漸增加氣液相流量，液膜的穩(wěn)定性和對稱性都會得到進一步改善。隨后

6、，無論旋流器前的流型如何變化，旋流器和整流器下游的流型都保持為環(huán)狀流。新型工具解決分流系數(shù)大、易堵難題?????當主管液相流速大于0.08m/s，其液相分流系數(shù)趨向于一個穩(wěn)定值0.073。當液相流速小于0.08m/s時，其液相分流系數(shù)呈現(xiàn)分散現(xiàn)象，液相分流系數(shù)最大0.079，最小值降到了0.03。液相分流系數(shù)與主管氣相折算速度關(guān)系較小，見圖5。?????氣相流量對氣體分流系數(shù)的影響不太明顯，隨主管液相流量的增大而增大，基本上成線性變化。這是因為當分流體在通過小孔時，在分配處造成了兩回路的阻力特性不對稱。這種不對稱性越大，造成的氣體分流系數(shù)的變化就會越大。對氣相分流系數(shù)曲線進行直線擬合，計算公式

7、為：??????????????????????????????????????????（3）上面的擬合曲線表明，氣相分流系數(shù)只與液相流量有關(guān)，氣體流量的影響幾乎可以忽略不計，見圖6。?????為了檢驗實驗結(jié)果的誤差大小，對于氣液相在主管當中的質(zhì)量流量利用分流分相法計算分流系數(shù)的定義式進行了計算，并與主管當中通過質(zhì)量流量計測量的實際液相質(zhì)量流量進行對比分析。測量分流體的液相流量M3L通過體積法測量