科氏质量流量计气液两相流实验装置设计

　　0　引言

　　科氏流量计已应用于油田单相计量中,但石油运输管道中会含气,气液两相流流动极其复杂,相界面的形状及其在两相流中的分布情况随流动过程不断变 化[1],使得科氏流量计在计量气液两相流方面受到限制,一些流量计仅能测量含气率非常小的气液两相流。因此,研究测量管内气液两相的流动状态及其对测量 结果的影响,对提高科氏流量计测量气液两相流的精度有重大意义。

　　国内外很多科研工作者对科氏流量计应用在气液两相流测量方面进行了研究[2-4]。M PHenry[5-7]等设计了一种新型数字式变送器,根据内部变量的变化检测两相流状态,采用基于神经网络的误差修正算法可以把测量误差控制在2%以 内;JHemp[8]利用气泡模型对科氏流量计测量水平管和垂直管内气液两相流进行修正,流型包括泡状流、分层流和弹状流,结果表明测量误差有所减小; A F Skea[9]等研究了油中含气时对单相流量计的影响,指出流动状态随着流量和含气量变化而变化,气泡越分散,测量效果越好。但是,振动管内气液两相流具 体流型和科氏流量计测量性能之间的关系,国内外公开发表的文献较少。因此,为分析液相中含气量不同时的流动状态与科氏流量计测量精度之间的关系,对科氏流 量计应用于气液两相流双参数测量进行了实验研究,并将实验数据与Weisman垂直上升管气液两相流流型图进行了对比。

　　1　科氏流量计测量原理

　　测量管以其固有频率振动,流体在振动的测量管中流过,测量管的入口侧和出口侧会产生大小相等方向相反的科氏力,这两个力引起测量管扭曲,质量流 量qm与这个扭转角成正比。当流量为0时,扭转角为0,入口侧和出口侧越过中心线的时间差Δt为0;随着流量的增大,扭转角增大,时间差Δt也增大,且 有:

　　式中K为常数,与测量管几何常数有关。

　　通过测量时间差信号,便可得到流体的质量流量。

　　科氏流量计不仅可以测量流体的质量流量,还可以测量流体的密度。密度ρ与谐振频率f有如下关系:

　　式中:K₁、K₂为标定系数。

　　根据以上原理,在科氏流量计测量管两侧安装信号检测器,通过信号处理方法将检测到的信号转换为有用的相位差、频率等信号,便可得到流体的质量流量和密度。

　　2　实验装置和试验方法

　　为分析含气率不同时科氏流量计的计量性能,实验采用两个单相流量计分别控制气相和液相的流量,并保持液相流量一定,利用气液混合器完成气体和液体的混合,混合后的气液两相流体流入实验环道,用计算机采集科氏流量计测得的质量流量、密度等参数。