气液两相流量仪表的原理与应用

　　近几十年来,随着工业现代化的加速,在不少领域中出现了气液两相流,如热电、核电的气化单元;天然气、石油的开采、输送;低沸点液体的输送……对它的研究已引起了国内外广泛的关注,由于两相流的复杂性、随机性,要认识这些现象并进行预测,首先要解决检测问题,流量是最基本的参数,首当其冲,迫切需要解决。

　　在我国的能源结构中,富气少油,天然气资源较为丰富(如新疆、内蒙、四川、近海),开采中多采用陈旧的工艺,即先用笨重的分离器将气、液分离后,再分别进行气、液流量计量。分离器不仅昂贵,而且耗费大量耗能的钢材,体积也十分庞大,如海上开采平台,作业区狭窄,难以选用,迫切需要开发、推出气液二相流量计。

　　经过了近20年的努力,我国的气液二相流量计(TTWGF)的研发终于走出了试验室,并通过了现场测试,性能良好,与国外同类产品相比毫不逊色,即将进入实用阶段。这意味着它将淘汰沿用了几十年的落后工艺,有效地进行天然气的开采。

　　1　两相流的特征及主要参数

　　相的定义为在某一系统中,具有相同成分;物理、化学性的均匀物质成分;不同的相具有明显的界面。在自然界的物质一般分为固相、气相与液相三种,本文主要讨论同时存在气相与液相物质的流动,由于多相中存在各相的界面效应及相对速度,相界面在时间及空间上都是随机可变的,所以,其流动特性较单相流复杂得多,特征参数也较单相流多一些,简要介绍如下:

　　(1)流型亦称流态,即流动的形式或结构,各相界面之间存在随机可变的相界面,使两相流呈现为多种复杂的形式,流型不仅影响两相流的压力损失、传热效果,也影响流量测量。对气、液两相流来说,管道处于不同的位置(水平、垂直)也影响其流态形式,较为典型的如图1所示。

　　(2)分相含率:表述两相流中的分相浓度,说明分相流体占总量中的比例通常表述为:

　　①质量流量含率χ为分相质量流量(气体为qmg、液体为qme)与总质流量qm之比,如气液两相χ=qmg/qm=qmg/(qmg+qme)

　　②容积流量含率β,说明分相容积流量(气体为qvg,液体为qve)与总容积流量qv之比,如气液两相β=qvg/qv=qvg/(qvg+qve)

　　(3)截面含率αc,说明分相流量在某一截面A上所占的比例,气相为Ag、液相为Ae,如气油两相αc=Ag/A=Ag/(Ag+Ae)

　　(4)容积含率α,说明分相流体在某一管道长度较容积V所占的容积,气相为Vg、液相为Ve,如气液两相α=Vg/V=Vg/(Vg+Ve)

　　(5)混合流密度

　　①流动密度ρo,单位时间内流过某一截面的两相混合物总质量qm与总积qv之比,如气相密度为ρg,液相密度为ρe,则气液相流的流动密度。