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        文丘里管和渦輪流量計兩相流參數測量的實驗

        發布時間:2020-08-29 07:13:36??點擊次數:668次
        摘要:本文研究了運用單相流量計組合進行液液兩相流參數測量的方法。該方法首先通過靜態混合器將液液兩相流混合成為均相流,然后利用文丘里管獲得兩相流差壓,利用渦輪流量計獲得兩相流總體積流量,最后通過液液兩相流測量模型獲得液液兩相流總體積流量、總質量流量、混合密度以及分相流量。初步實驗結果表明該方法是可行的,在總體積流量1~6m³/h,油含率15%~85%的范圍內,可有效地測量液液兩相流的總體積流量、總質量流量和兩相流混合密度,測量相對誤差在5%以內,但液液兩相流分相流量測量相對誤差較大,仍需進一步研究。
        1、引言
        液液兩相流系統廣泛存在于化工、石油和日化等工業領域,其重要參數的在線測量具有重要意義。然而,相對于氣液兩相流和氣固兩相流,液液兩相流檢測技術方面的研究還相對較少,傳統的基于兩相分離器的方法存在實時性能差,體積大和成本高等問題。核密度計結合單相流量計的方法存在安全性問題,成本也較高。近年出現的科里奧利質量流量計雖可以實現液液兩相流測量,但成本高,使用維護不方便。
        利用單相儀表組合進行單相流、氣液兩相流和氣固兩相流有關參數的測量已有相當的歷史,并已取得了很多有益的成果,但對于液液兩相流,目前這方面的研究很少,有關的理論分析和實驗研究還相當有限。
        本文基于單相儀表組合測量的思想,提出了利用“文丘里管和渦輪流量計”組合并結合靜態混合器進行液液兩相流參數測量的新方法,并通過初步實驗研究驗證了該方法的可行性和有效性。
        2、測量原理與方法
        液液兩相流參數測量所采用的技術路線和原理框圖如圖1所示。
        靜態混合器的引入可消除液液兩相流流型對參數測量的影響,從而使得混合后的液液兩相流體可視為均相流,則根據節流元件不可壓縮流體計算公式,文丘里管所獲得的差壓和液液兩相流體積流量之間的關系可表為:
        其中,qv為流經文丘里管的液液兩相流體積流量,ρ為液液兩相流混合密度,K為文丘里管的儀表系數,△ρ為文丘里管處的差壓。
        根據連續性方程,渦輪流量計獲取的兩相流總體積流量Qv應等于流經文丘里管的體積流量,即:
        則液液兩相流混合密度可表為:
        設兩相流中各組分密度分別為ρ1和ρ2,各組分的分相含率分別為x1和x2,則根據ρ=x1ρ1+x2ρ2,x1+x2=1,可得:
        組分1的分相含率為:
        組分2的分相含率為:
        各組分的體積流量為:
        Qv1=x1Qv   (6)
        Qv2=x2Qv   (7)
        液液兩相流總質量流量為:
        Qm=ρQv   (8)
        各組分的質量流量為:
        Qm1=ρ1Qv1  (9)
        Qm2=ρ2Qv2   (10)
        式(4)~(10)即為液液兩相流參數測量模型。
        3、實驗裝置與實驗流程
        液液兩相流的實驗裝置如圖2所示,油(0#柴油)經穩壓后流入油路由一高精度橢圓齒輪流量計進行油流量計量,水(自來水)經穩壓后流入水路由一高精度電磁流量計進行水流量計量。油和水匯合形成油水兩相流后進入測量管段。最后油水兩相進入分離罐進行油水分離,油返回油箱,水則直接排出。實驗范圍為:總體積流量1~6m³/h,油含率15%~85%。所采用的文丘里管由杭州成套節流裝置有限公司生產,渦輪流量計由金湖凱銘儀表有限公司生產,單相流測量精度分別為1%和0.5%。
        4、實驗結果與討論
        初步實驗結果表明:本文提出的液液兩相流測量方法是可行的,在上述實驗范圍內,油水兩相流總體積流量、總質量流量及混合密度的相對測量誤差均在±5%以內,圖3示出了25mm管徑下的一組典型測量數據。然而,油水兩相分相流量測量的精度還不甚理想,常常出現大于15%的測量誤差。經分析,測量各個環節的誤差傳遞與放大,靜態混合器產生的旋流,以及單相流文丘里管和渦輪流量計對液液兩相流的響應特性等可能是導致目前分相流量測量誤差較大的原因。因此,對于分相流量測量問題仍需要在今后進行更為深入的研究。
        5、結論
        本文提出了采用“文丘里管和渦輪流量計”組合并結合靜態混合器進行液液兩相流參數測量的新方法。初步研究表明,該方法是有效的。在本文實驗范圍(總體積流量1~6m³/h,油含率15%~85%)內液液兩相流總體積流量、總質量流量和液液兩相流混合密度的相對測量誤差均在5%以內,已能滿足工程應用的要求。但分相流量測量的相對誤差較大,需要更深入的研究和改進。針對這一問題,今后的研究工作將圍繞以下幾方面展開:
        (1)尋求有效的校正方法以提高分相測量精度。
        (2)采用類似的技術路線,但尋求單相流量計最佳組合以提高分相流量測量的精度,例如V形內錐式節流元件和渦輪流量計組合,文丘里管和橢圓齒輪流量計組合等。
        (3)本文采用的靜態混合器雖克服了流型對兩相流參數測量的影響,但同時也導致了旋流的產生和較大的壓損,因而有必要尋求更為有效的混合方法。
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