專利名稱：氣(汽)液兩相流量和質量含氣率的測量方法
技術領域：
本發明涉及一種兩相流體的流量和質量含氣率的測量方法。
一般認為測量兩相流體的流量和質量含氣率必須采用兩套或兩套以上的測量儀表，即組合測量儀表才能實現，但這種測量方法所需儀表較多，造價高，費用大，安裝復雜，因此在工業上的應用受到了限制。CN1035364A中公開了一種利用單一孔板進行兩相流測量的方法，這在簡化測量儀表方面是一個很大進步，所需變送器也是目前現有方法中最少的。但是這種方法的不足之處是要通過查表來確定x值，使在線測量變得難以實現，另外該方法所利用的兩相流脈動特性與其它參數相比是微觀量，很容易受各種因素的影響，使測量精度降低。
本發明的目的在于避免上述技術的不足之處。在儀表結構上，本方法只需一個儀表，比一般的組合方法簡單，而且減少一個待測壓力，雖比CN1035354A多一個變送器(靶力變送器)，但引入了宏觀參數-差壓，有利于提高儀表的抗干擾能力和測量精度，而且數據處理時不用查表，易于實現在線測量。本方法適用于多種氣液工質的兩相流的測量。
本發明包括如下幾個步驟1.用一個靶式流量計(或任何形狀的流體阻力測量元件與測力變送器的組合)作為測量元件。2.在靶式流量計的靶片前后的管壁上各鉆一個孔(兩孔在同一水平線上)，如
圖1所示，差壓從這兩個孔中獲取。3.利用一個差壓變送器測量該差壓。4.靶片所受的沖力用靶力變送器測量，該變送器一般與靶片裝在一起。5.所有待測信號通過A/D轉換板進入微型計算機。微型計算機對信號進行測量，并根據測得的靶力F、差壓△P、壓力P、溫度T(對常溫及濕飽和蒸汽的情況則不需測溫)，利用公式(1)、(2)求得兩相流體的流量和質量含氣率。
Gm=B2GC-B1GbA1-A2(1)x=A2GC-A1GbB1Gb-B2GC(2)]]>式中 Ga= εaaA02 △P ρ0,A1= εKCρω/ρ1, B1=1-A1Gb=abA2Fρ0, A2=Kbρ0/ρ1, B2=1-A2]]>
Gm-兩相流體質量流量(Kg/s)αc-差壓特性流量系數αb-沖力特性流量系數A0-靶片處的流通面積(m2)A-管道的流通面積(m2)g-氣體膨脹系數ρg-氣相密度(Kg/m3)ρl-液相密度(Kg/m3)△P-差壓(Pa)F-靶力(N)Kc-兩相差壓系數Kb-兩相沖力系數x-質量含氣率本發明的目的還可以通過以下步驟來達到靶式流量計可以是任何形狀的流體阻力測量元件(如圓板、圓缺板、多孔板、網狀板、柱體等)與測力變送器的組合。
計算公式(1)、(2)可以用以△P、F為自變量的經驗公式代替，或x用經驗公式計算，Gm用式(1)計算。
微型計算機可以由單板機或其它處理機代替。
圖2為本發明實施測量的流程圖。圖中，1-進氣量測量渦輪，2-混相器，3-質量流量計，4-壓力測點，5-溫度測點，6-差壓測點，7-靶式流量計，8-工況調節閥，9-微型計算機測量系統。
結合實施例對本發明作進一步詳述實施例應用本發明的方法測量空氣-水兩相流量和質量含氣率。
圖2為本發明實施測量的流程圖，靶式流量計裝在水平管道上，空氣-水兩相流在管道內流動，兩相流總流量等于單相進水與單相進氣流量之和，管道內徑D＝50mm，選用市售氣動靶式流量計，圓板形靶片，靶片直徑d＝35mm，靶片直徑與管道內徑之比β＝0.7，差壓由靶片前后的兩個取壓點測得，選用靈敏度和精度較高的1151電容式差壓變送器和壓力變送器測量差壓和壓力，溫度用分度號為BA1的鉑熱電阻溫度計測量(對常溫及濕飽和蒸汽的情況則不需測溫)。測得的差壓、壓力、靶力、溫度信號經變送器送入A/D轉換器、微型計算機中，微型計算機對各量進行巡回檢測，每采樣100次，利用下式求均值，該均值作為一個實驗點。
式中A表示待測量，Ai是待測量A的第i個測量值。
為實現在線測量，氣、液兩相的密度根據測量范圍分別利用壓力、溫度回歸出計算式，在測得壓力、溫度后即可直接計算出各相密度。將得到的各相密度及差壓、靶力代入式(1)、(2)中，計算出氣(汽)液兩相流量和質量含氣率。微型計算機對數據處理完畢后，能夠根據要求自動顯示、記錄流量和質量含氣率，并可給出各待測參數的測量值。
計算舉例1已知差壓△P＝1601.9Pa靶力F＝2.867N壓力 P＝0.201×108Pa溫度T＝290.28K求空氣-水兩相流體流量和質量含氣率。
在本實施例測量范圍內，空氣、水的密度可用下式計算ρg＝1.0009 (P)/(RT)ρl＝-5.4×10-3(T-273.15)2+1.35×10-2(T-273.15)+1000.29式中壓力P的單位是Pa，溫度T的是K，R＝287.12是空氣氣體常數。
管道內徑D＝50mm靶片直徑d＝35mmαb＝0.5166，αc＝0.7055，Kb＝2.65，Kc＝-1.431.根據P，T求各相密度ρg＝2.445 Kg/m3ρl＝998.87 Kg/m32.根據式(1)求Gm，計算過程從略，得Gm＝0.07023 Kg/s＝252.83Kg/h3.根據式(2)求x，計算過程從略，得x＝0.8723單相實測流量為246.05Kg/h，誤差為2.75%。
單相實測質量含氣率為0.8997，誤差為3.04%。
計算舉例2已知差壓△P＝1416.7Pa靶力F＝2.954N壓力 P＝0.209×106Pa
溫度T＝291.22K求空氣-水兩相流體流量和質量含氣率。
在本實施例測量范圍內，空氣、水的密度可用下式計算ρg＝1.0009 (P)/(RT)ρl＝-5.4×10-3(T-273.15)2+1.35×10-2(T-273.15)+1000.29式中壓力P的單位是Pa，溫度T的是K，R＝287.12是空氣氣體常數。
管道內徑D＝50mm靶片直徑d＝35mmαb＝0.5166，αc＝0.7055，Kb＝2.65，Kc＝-1.431.根據P，T求各相密度ρg＝2.538Kg/m3ρl＝998.68Kg/m32.根據式(1)求Gm，計算過程從略，得Gm＝0.09209 Kg/s＝331.53Kg/h3.根據式(2)求x，計算過程從略，得x＝0.6552單相實測流量為321.26Kg/h，誤差為3.20%。
單相實測質量含氣率為0.6740，誤差為2.97%。
本發明的方法只需一個靶式流量計儀表結構簡單，價格便宜，測量精度高，可用于多種氣液工質的兩相流的測量，也可用于單相流體的流量及壓力的測量。
權利要求
1.一種只利用一個靶式流量計測量氣(汽)液兩相流體的流量和質量含氣率的方法，其特征在于利用兩相流體流過靶式流量計的靶片時會產生差壓△P及對靶片的沖力F這兩個特性，與壓力P和溫度T一起，建立兩個與流量和質量含氣率相關的方程，從中解出流量和質量含氣率的顯式表達式(1)、(2)，全部參數的采集與處理用微型計算機及A/D轉換器完成。Gm=B2GC-B1GbA1-A2(1)x=A2GC-A1GbB1Gb-B2GC(2)]]>式中 Ga= εaaA02 △P ρ0,A1= εKCρω/ρ1, B1=1-A1Gb=abA2Fρ0, A2=Kbρ0/ρ1, B2=1-A2]]>Gm--兩相流體質量流量(kg/s)xc--差壓特性流量系數αb--沖力特性流量系數Ao--靶片處的流通面積(m2)A--管道的流通面積(m2)g--氣體膨脹系數ρg--氣相密度(kg/m3)ρ1--液相密度(kg/m3)△P--差壓(Pa)F--靶力(N)Kc--兩相差壓系數Kb--兩相沖力系數x--質量含氣率
2.根據權利要求1所述方法，其特征在于所用靶式流量計可以是任何形狀的流體阻力測量元件(圓板、圓缺板、多孔板、網狀板、柱體等)與測力變送器的組合。
3.根據權利要求1所述方法，其特征在于公式(1)、(2)是以△P、F為自變量的經驗公式表示的Gm、x顯式形，或x用經驗公式表示，Gm用式(1)表示。
4.根據權利要求1所述方法，其特征在于差壓通過在靶片前后管壁上開孔而獲得。
5.根據權利要求1所述方法，其特征在于微型計算機可以由單板機或其它處理機代替。
全文摘要
本發明提供一種根據靶式流量計的沖力特性和差壓特性，利用單一的靶式流量計，一套差壓測量儀表進行氣(汽)液兩相流體的流量和質量含氣率的測量，可用于多種介質的氣(汽)液兩相流體的測量，空氣-水的實驗結果表明，測量誤差小于4％。
文檔編號G01F1/34GK1076777SQ92108359
公開日1993年9月29日 申請日期1992年3月26日 優先權日1992年3月26日
發明者付豐, 曹偉武, 郁鴻凌 申請人:上海機械學院