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文丘里管和涡轮流量计两相流参数测量的实验

摘要:本文研究了运用单相流量计组合进行液液两相流参数测量的方法。该方法首先通过静态混合器将液液两相流混合成为均相流,然后利用文丘里管获得两相流差压,利用mg4355娱乐电子游戏获得两相流总体积流量,最后通过液液两相流测量模型获得液液两相流总体积流量、总质量流量、混合密度以及分相流量。初步实验结果表明该方法是可行的,在总体积流量1~6m³/h,油含率15%~85%的范围内,可有效地测量液液两相流的总体积流量、总质量流量和两相流混合密度,测量相对误差在5%以内,但液液两相流分相流量测量相对误差较大,仍需进一步研究。
1、引言
液液两相流系统广泛存在于化工、石油和日化等工业领域,其重要参数的在线测量具有重要意义。然而,相对于气液两相流和气固两相流,液液两相流检测技术方面的研究还相对较少,传统的基于两相分离器的方法存在实时性能差,体积大和成本高等问题。核密度计结合单相流量计的方法存在安全性问题,成本也较高。近年出现的科里奥利质量流量计虽可以实现液液两相流测量,但成本高,使用维护不方便。
利用单相仪表组合进行单相流、气液两相流和气固两相流有关参数的测量已有相当的历史,并已取得了很多有益的成果,但对于液液两相流,目前这方面的研究很少,有关的理论分析和实验研究还相当有限。
本文基于单相仪表组合测量的思想,提出了利用“文丘里管和涡轮流量计”组合并结合静态混合器进行液液两相流参数测量的新方法,并通过初步实验研究验证了该方法的可行性和有效性。
2、测量原理与方法
液液两相流参数测量所采用的技术路线和原理框图如图1所示。
静态混合器的引入可消除液液两相流流型对参数测量的影响,从而使得混合后的液液两相流体可视为均相流,则根据节流元件不可压缩流体计算公式,文丘里管所获得的差压和液液两相流体积流量之间的关系可表为:
其中,qv为流经文丘里管的液液两相流体积流量,ρ为液液两相流混合密度,K为文丘里管的仪表系数,△ρ为文丘里管处的差压。
根据连续性方程,涡轮流量计获取的两相流总体积流量Qv应等于流经文丘里管的体积流量,即:
则液液两相流混合密度可表为:
设两相流中各组分密度分别为ρ1和ρ2,各组分的分相含率分别为x1和x2,则根据ρ=x1ρ1+x2ρ2,x1+x2=1,可得:
组分1的分相含率为:
组分2的分相含率为:
各组分的体积流量为:
Qv1=x1Qv   (6)
Qv2=x2Qv   (7)
液液两相流总质量流量为:
Qm=ρQv   (8)
各组分的质量流量为:
Qm1=ρ1Qv1  (9)
Qm2=ρ2Qv2   (10)
式(4)~(10)即为液液两相流参数测量模型。
3、实验装置与实验流程
液液两相流的实验装置如图2所示,油(0#柴油)经稳压后流入油路由一高精度椭圆齿轮流量计进行油流量计量,水(自来水)经稳压后流入水路由一高精度电磁流量计进行水流量计量。油和水汇合形成油水两相流后进入测量管段。最后油水两相进入分离罐进行油水分离,油返回油箱,水则直接排出。实验范围为:总体积流量1~6m³/h,油含率15%~85%。所采用的文丘里管由杭州成套节流装置有限企业生产,涡轮流量计由mg4355线路检测生产,单相流测量精度分别为1%和0.5%。
4、实验结果与讨论
初步实验结果表明:本文提出的液液两相流测量方法是可行的,在上述实验范围内,油水两相流总体积流量、总质量流量及混合密度的相对测量误差均在±5%以内,图3示出了25mm管径下的一组典型测量数据。然而,油水两相分相流量测量的精度还不甚理想,常常出现大于15%的测量误差。经分析,测量各个环节的误差传递与放大,静态混合器产生的旋流,以及单相流文丘里管和涡轮流量计对液液两相流的响应特性等可能是导致目前分相流量测量误差较大的原因。因此,对于分相流量测量问题仍需要在今后进行更为深入的研究。
5、结论
本文提出了采用“文丘里管和涡轮流量计”组合并结合静态混合器进行液液两相流参数测量的新方法。初步研究表明,该方法是有效的。在本文实验范围(总体积流量1~6m³/h,油含率15%~85%)内液液两相流总体积流量、总质量流量和液液两相流混合密度的相对测量误差均在5%以内,已能满足工程应用的要求。但分相流量测量的相对误差较大,需要更深入的研究和改进。针对这一问题,今后的研究工作将围绕以下几方面展开:
(1)寻求有效的校正方法以提高分相测量精度。
(2)采用类似的技术路线,但寻求单相流量计最佳组合以提高分相流量测量的精度,例如V形内锥式节流元件和涡轮流量计组合,文丘里管和椭圆齿轮流量计组合等。
(3)本文采用的静态混合器虽克服了流型对两相流参数测量的影响,但同时也导致了旋流的产生和较大的压损,因而有必要寻求更为有效的混合方法。
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