一种测量水平管道内气液两相流流量的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多相流流量检测装置，具体地说是一种测量水平管道内气液两相 流流量的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 气液两相流中各相的流量可以由总流量乘以各相相含率而得出。目前，针对气液 两相流相含率的测量方法主要有:直接测量法、射线吸收法、电学法、微波法和光学法。直接 测量法主要用于测量装置的标定和实验室测量管道的平均截面含气率。但是由于测量时会 切断流体的正常流动，所以不能在线、实时测量管道内的流动状态。射线吸收法测量原理是 从射线源发出的射线穿透混合流体时被流体吸收，随着流体的厚度，信号呈现出指数衰减 的规律，但射线吸收法测量过程中存在辐射操作有关的安全问题，且气泡和空隙率随时间 的脉动对测量结果都有一定的影响。电学法是通过各相分布和电阻抗的关系来确定相含 率，因此阻抗法也分为电导法和电容法。但电学测量易受流型影响，致使影响截面含气率的 因素较多。微波法是在微波频率下通过介电常数的变化和相位移来实现多相流相含率的测 量，具有实时性好、测量精度高、可靠性好、抗干扰能力强等优点，但具有局限性，目前测量 油水两相流分相含率主要集中在低含水率和高含水率。和其他测量方法相比，光学法敏感 度不易受流型影响，数据采集简单迅速，易于实时在线远距离连续测量，因此在两相流速 度、相含率、流型等领域都有相关应用。
[0003] 目前，已有实验室搭建了基于近红外光谱吸收特性的气液两相流相含率的检测装 置。但是，利用实验室现有的管道装置对气液两相流进行检测时，在流型识别方面，对弹状 流的识别较好，而如泡状流等识别不明显。分析其原因：除了漏光原因外，因为泡状流中气 泡、液滴等分布的不规律性和复杂性，导致管道内光路经过反射、折射等光学效应，由发射 探头发射出的光信号不能完全被对应的接收探头接收。对流型识别不明显将直接导致测量 结果不准确。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的之一就是提供一种测量水平管道内气液两相流流量的装置，以解决 现有的检测装置对流型识别不太明显导致测量结果不够准确的问题。
[0005] 本发明的目的之二就是提供一种测量水平管道内气液两相流流量的方法，采用该 方法无需对两相流进行分离即可准确地测量水平管道内两相流的分相流量。
[0006] 本发明的目的之一是这样实现的：一种测量水平管道内气液两相流流量的装置， 包括：
[0007] 主横管，其两端与水平管道相接;在所述主横管的内部设置有隔板，所述隔板将所 述主横管的内腔分为左、右两部分;在所述主横管的隔板两侧的侧壁上分别开有一测压孔；
[0008] 左竖直管，设置在所述主横管的侧壁上，其内腔与所述主横管的左侧内腔相连通； [0009]右竖直管，与所述左竖直管并排设置，其内腔与所述主横管的右侧内腔相连通；
[0010]左支管，设置在所述左竖直管上，其内腔与所述左竖直管的内腔相连通;所述左支 管呈水平状，且所述左支管与所述主横管垂直；
[0011]右支管，设置在所述右竖直管上，其内腔与所述右竖直管的内腔相连通;所述右支 管呈水平状，且所述右支管与所述主横管垂直;所述右支管与所述左支管一一对应；
[0012] 副横管，其两端分别与相对应的左支管和右支管相接，所述副横管与所述主横管 平行;所述副横管的内腔与和其相接的左支管和右支管的内腔均相通；
[0013] 近红外发射探头，安装在所述副横管的一端，用于发射近红外光以沿流体流动方 向照射副横管内的流体；
[0014] 近红外接收探头，安装在所述副横管的另一端，与数据采集单元相接，用于接收经 流体吸收后的近红外光的光强信号；
[0015] 差压变送器，设置在所述主横管上，与数据采集单元相接，用于通过所述主横管上 的两个测压孔测量流体在主横管内左右两端的压力差；
[0016] 数据采集单元，分别与所述近红外接收探头、所述差压变送器和数据处理单元相 接，用于采集流体在主横管内左右两端的压力差信号及经流体吸收后的近红外光的光强信 号，并将所采集到的信号发送至数据处理单元;以及
[0017] 数据处理单元，与所述数据采集单元相接，用于根据接收到的信号计算水平管道 内流体总流量、各相相含率以及各相流量。
[0018] 所述左支管、所述右支管及所述副横管的横截面面积均相同；单个左支管的横截 面面积小于所述主横管的横截面面积，所有左支管的横截面面积之和大于所述主横管的横 截面面积。
[0019] 所述左竖直管、所述右竖直管、所述主横管及所述水平管道的横截面面积均相同。
[0020] 所述主横管的两端和所述水平管道之间通过法兰连接。
[0021] 本发明通过设置主横管，使主横管的两端接在待测流体所在的水平管道上，并在 主横管内设置隔板，由隔板将主横管的内腔分隔为左右两个腔室，在主横管左侧腔室对应 的侧壁上接左竖直管，在主横管右侧腔室对应的侧壁上接右竖直管，并在左竖直管和右竖 直管上设置一一对应的左支管和右支管，在对应的左支管和右支管之间接副横管;流体自 左侧水平管道流入主横管的左侧腔室内，后经左竖直管、左支管、副横管、右支管和右竖直 管后流入主横管的右侧腔室内，之后由主横管的右侧腔室流入右侧水平管道内。在副横管 的两端分别安装近红外发射探头和近红外接收探头，并使近红外发射探头所发近红外光沿 流体流动方向照射副横管内的两相流流体，近红外接收探头可在副横管的另一端接收经流 体吸收后的近红外光的光强信号。通过在主横管上左竖直管及右竖直管的外侧分别设置测 压孔，并由差压变送器测量流体在主横管内左右两端的压力差。数据处理单元根据流体在 主横管内左右两端的压力差以及经流体吸收后的近红外光的光强即可计算得出水平管道 内流体总流量、各相相含率以及各相流量。
[0022] 现有技术中采用近红外光照射流体都是使近红外光垂直于流体流动方向而进行 的照射，本发明改变近红外发射探头和近红外接收探头的设置方式，使近红外发射探头所 发近红外光沿副横管内流体流动方向传输，由此可克服装置漏光，泡状流中气泡、液滴等分 布的不规律性和复杂性等，导致管道内光路经过反射、折射等光学效应后，经过管道内流体 之后的发射探头发射出的光信号不能完全被对应的接收探头接收，从而造成了流型识别效 果不佳，流型判断不准确的情况;使得管道内的光线，无论如何反射，折射，都可以被对应的 接收探头接收，大幅提高了光从入口方向进入后被接收的比例，从而达到更加准确测量的 目的。
[0023] 本发明的目的之二是这样实现的：一种测量水平管道内气液两相流流量的方法， 包括如下步骤：
[0024] a、将主横管的两端通过法兰连接在水平管道上；
[0025] 在所述主横管内设置有隔板，所述隔板将所述主横管的内腔分为左、右两部分;在 所述主横管的隔板两侧的侧壁上分别开有一测压孔;在所述主横管的侧壁上并列设置有左 竖直管和右竖直管，所述左竖直管与所述主横管的左侧内腔相连通，所述右竖直管与所述 主横管的右侧内腔相连通;在所述左竖直管