一种管内相分隔式两相流体电磁流量计测量装置及方法

文档序号:8410437阅读:436来源:国知局
一种管内相分隔式两相流体电磁流量计测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于两相流体测量技术领域,具体涉及一种管内相分隔式两相流体电磁流 量计测量装置及方法,用于确定由导电相(如地表水、工业用水等)和非导电相(如空气、 天然气、油等)组成的的两相流体的各相流量。
【背景技术】
[0002] 本发明中的"相"是指多相流体中物理性质相同的各部分,如气相、液相、油相、水 相等。其中各相既可以是单组分物质,也可以是多组分物质的均匀混合体,如空气、地层水、 原油等。管道内两相流经常出现在石油、化工、食品、冶金、动力等现代工程领域与设备中, 准确测量各相流量对设备的可靠设计和安全运行具有至关重要的意义。
[0003] 目前电磁流量计主要广泛用于导电单相流体流量的测量,由于其具有不受流体 密度、粘度、电导率等参数的影响,测量过程无压力损失,响应快等突出优点,其在多相流 体测量中的应用也得到了越来越多学者的关注。专利CN200810136896. 0发明了一种基 于电磁法的油田井下集流型高含水油水两相流流量测量方法,利用集流通道提高流体流 速,使油水混合加剧而趋于均匀分布,从而把混合物看成是单相导体,用电磁流量计测量 总流量。但是此方法只适用于高含水率情况,限制了多相流流量的测量范围。Cha等在 Flow Measurement and Instrumentation 期干丨J发表的文章 "Flow measurement with an electromagnetic flowmeter in two-phase bubbly and slug flow regimes"石开宄了 电石兹 流量计对于两相流体的输出特性,发现只有在泡状流的情况下,电磁流量计输出电压△ Utp 与对应测量相同导电单相流体体积流量电磁流量计输出电压△ Usp存在确定关系:△ U TP = 八队!^(1-€[),其中(1是非导电相相含率。但是由于实际两相流的非均匀性,此关系式与实 验数据的偏差会随着α和水的表观速度的增加而增大。Zhang等在Flow Measurement and Instrumentation期干丨J发表的文章 "Effect of phase distribution on weight function of an electromagnetic flow meter in 2D and in the annular domain"和"On finding the virtual current in an electromagnetic flow meter containing a number of bubbles by two-dimensional analysis"研宄了气泡位置和数量对电磁流量计虚电流势分 布的影响,结果表明气泡位置和数量都会影响权重函数的分布,从而影响电磁流量计的输 出。由于两相流中非导电相在管内位置具有很大的随机性,使得电磁流量计的输出具有较 大的波动性,无法准确对测量值进行修正。而且非导电相的存在还会严重污染电极,影响信 号的可靠性,尤其在连续相为非导电相的情况下,电磁流量计无信号输出。可见,除了非导 电相含量很低的工况外,传统的电磁流量计测量两相流的方法在可靠性和测量误差方面还 难以满足工程的要求。

【发明内容】

[0004] 为了克服上述现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种管内相分隔式两 相流体电磁流量计测量装置及方法,用于确定由导电相和非导电相组成的两相流体的各相 流量;本发明利用离心力或电磁力将圆管通道内的两相流体在管内实现相分隔,即使其达 到中心核为非导电相,外环为导电相的分隔状态,再利用电磁流量计测量导电相的体积流 量,具有不受流型影响,信号输出稳定,电极不会受到污染的特点。
[0005] 为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0006] 一种管内相分隔式两相流体电磁流量计测量装置,包括测量管道1,在测量管道1 内从上游至下游依次安装有混合器27、总流量计量装置2、相分隔装置3、截面相含率测量 装置4和电磁流量计5,与总流量计量装置2、截面相含率测量装置4和电磁流量计5连接 的信号处理器9 ;所述信号处理器9接收总流量计量装置2、截面相含率测量装置4和电磁 流量计5的输出信号,推算出导电相和非导电相的流量值;所述测量管道1材料为非导电材 料。
[0007] 所述相分隔装置3的第一种结构包括位于管道中心处的内电极10,镶嵌在测量管 道1内壁上、内径与测量管道1内径相同的外电极11,用于支撑内电极10的第一支撑架14, 缠绕在安装外电极11的测量管道1外侧的螺线管13,向内电极10、外电极11和螺线管13 供电的第一励磁电路12 ;所述第一励磁电路12产生交流电时,内电极10、外电极11和螺线 管13连接方式为串联;所述第一支撑架14材料为非导电材料;上述第一种结构只限于密 度较大一相为导电相且连续相为导电相的情况。
[0008] 所述相分隔装置3的第二种结构由导流旋流器17及位于其下游的至少两个电磁 整流器19组成;所述电磁整流器19由上游电极15、下游电极18、永磁铁16和直流电源20 构成;所述上游电极15和下游电极18镶嵌在测量管道1内壁,轴向布置,内径与测量管道 1内径相同,由直流电源20供电;所述永磁铁16镶嵌在测量管道1外壁上,其内侧与上游 电极15和下游电极18外侧有一定的管道厚度间隔;上述第二种结构只限于密度较大一相 为导电相的情况。
[0009] 所述电磁整流器19沿测量管道1周向均匀布置,其轴向相同位置的电极正负极性 相同。
[0010] 所述永磁铁16材料为钕铁硼,形状为瓦片形状。
[0011] 所述相分隔装置3的第三种结构由上电极21、下电极22、导体棒24、第二励磁电路 25和用于支撑导体棒24的第二支撑架26组成;所述导体棒24位于上电极21和下电极22 之间,且处于测量管道1中心处;所述导体棒24、上电极21和下电极22由第二励磁电路25 供电;所述导体棒24内部材料为导体,外表面涂有绝缘膜;所述上电极21和下电极22为网 丝结构;所述第二支撑架26材料为非导电材料;所述第二励磁电路25产生交流电时,导体 棒24、上电极21和下电极22连接方式为串联;上述第三种结构只限于连续相为导电相的 情况。
[0012] 上述所述的一种管内相分隔式两相流体电磁流量计测量装置的测量方法,包括以 下步骤:
[0013] 步骤1.使两相流体流过测量管道1,先通过混合器27,使两相流体均匀混合;再通 过总流量计量装置2,测得两相流体总流量;
[0014] 步骤2.当两相流体流过相分隔装置3时,两相流体会受到离心力或电磁力的作 用,使非导电相聚到测量管道1中心,导电相流到测量管道1四周外环处,实现具有清晰相 界面8的相分隔状态,即使得管内中心核7为非导电相,外环6为导电相;
[0015] 步骤3.分隔后的管内中心核7为非导电相,外环6为导电相的两相流体利用截面 相含率测量装置4得到导电相的相含率α 1;
[0016] 步骤4.分隔后的管内中心核7为非导电相,外环6为导电相的两相流体流过电磁 流量计测量装置5 ;此时相分隔装置3的第一种结构和第二种结构产生流体的最终流动可 分解为两种流动:一种是沿管道轴线方向的轴对称直线流,其对于管道横截面上的积分等 于流量值,另一种是纯粹的漩涡流,其对流量无贡献,对电磁流量计的输出也没有影响;相 分隔装置3的第三种结构产生流体的最终流动为轴对称直线流;所以分隔后的两相流体只 有轴对称直线流对电磁流量计输出有贡献,满足电磁流量计测量流量的条件;
[0017] 当电磁流量计电极为点电极,磁感应强度分布为均匀磁场时,测量单相导电流体 的输出电压满足U =
【主权项】
1. 一种管内相分隔式两相流体电磁流量计测量装置,其特征在于:包括测量管道(1), 在测量管道(1)内从上游至下游依次安装有混合器(27)、总流量计量装置(2)、相分隔装置 (3)、截面相含率测量装置(4)和电磁流量计(5),与总流量计量装置(2)、截面相含率测量 装置(4)和电磁流量计(5)连接的信号处理器(9),所述信号处理器(9)接收总流量计量装 置(2)、截面相含率测量装置(4)和电磁流量计(5)的输出信号,推算出导电相和非导电相 的流量值;所述测量管道(1)材料为非导电材料。
2. 根据权利要求1所述的一种管内相分隔式两相流体电磁流量计测量装置,其特征在 于:所述相分隔装置(3)的第一种结构包括位于管道中心处的
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