环形管流量计测量气液两相流研究

　　自1910年弯管流量计获得专利以来,为使弯管流量计标准化,许多研究者锲而不舍地作了大量的实验工作.其目的在于研究弯管流量计的流量系数与其影响因数间的关系,从而给出流量系数的经验公式[1].但由于弯管流量计的固有特性使得弯管流量计流量系数离散性较大,在20世纪80年代人们提出了环形管流量计———弯管流量计的一种特例.与弯管流量计相比它具有精确度高,流量系数稳定,离散性小,对被测介质的要求很低,能测量各种情况下的流体的特点[2~4].气液两相流现象广泛存在于石油化工工业,两相流流量的测量对生产过程的计量管理、控制和运行具有重要的意义[5].两相流流量测量技术一直是国际上没能很好解决的一个难题[6].在工程应用上对不同的测量环境,不同的测量要求有不同的测量方法[7].本文通过研究环形管各点的差压与不同容积含气率的两相流的总的质量流量和体积流量的关系,发现气液两相流的总的体积流量和质量流量均与各点差压的平方根有良好的线性关系.

　　1　试验装置

　　1.1　环形管流量计的结构

　　为了研究环形管不同取压位置差压与流量和混相密度的关系,设计并制造了一个2圈、4差压测试点的环形管流量计.其中两组处于环形管水平直径方向上,分别测量流体向上流动时和向下流动时内外侧管壁的差压,如图1所示;另两组处于垂直直径方向上,分别测量环形管顶部管壁处与进口端管壁处和出口端管壁处的差压(图2).管道内径为50 mm,环形管半径R为250 mm,则R/D=5.环形管结构如图1和图2.

　　1.2　试验方法

　　将环形管安装在多相流试验装置上,ΔP1、ΔP2取压口各安装一只1151型电容式差压变送器,测量范围0~16 kPa,精度±0.2%.ΔP3,ΔP4,取压口各安装一只1151GPDP远传型电容式差压变送器,测量范围0~16 kPa,精度±0·2%.先调节气相调节阀,把气流量控制在一个流量点,再通过调节环形管上游的液相调节阀来调节通过流量计的总流量和容积含气率.然后重新调节一个气流量点,重复上述实验.通过测取不同流量、不同容积含气率环形管各点的差压,和实际的体积流量、质量流量进行回归分析,就可得流量与各点差压的回归方程,从而求出流体的混合密度.

　　2　试验数据处理及分析

　　由于受实验装置的限制,试验的水流量范围为4.41~45.2 m3/h,气流量范围0.21~1.16 m3/h,容积含气率范围为0.01~0·40.为了尽量消除由于脉动产生的误差,取得时匀值使实验结果更加可信,在每个流量点分别采了三百个数据.在流量范围内作了十多组试验.分析了气液两相流的总体积流量qv和总质量流量qm与四个不同位置的差压信号的关系,其结果如图3和图4所示.