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CN108548576A - 一种环状流液膜分离与质量计量方法 - Google Patents

一种环状流液膜分离与质量计量方法 Download PDF

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丁红兵
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    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
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Abstract

本发明涉及一种环状流液膜分离与质量计量方法，所采用的装置包括渗透收集系统、流量控制系统和计量称重系统三部分。渗透收集系统，包括多孔渗透管道、套管、排污阀、三通阀、控制阀，所述的多孔渗透管道的中间段为多孔段，位于套管内，在套管的下部开设有导流孔，通过多孔段渗透出的流体经由导流孔流出后，先流经三通阀，再经由控制阀后进入计量称重系统的储水容器，在储水容器中进行气液分离后，气体经流量控制系统计量并排出，液体则存储于储水容器中。流量控制系统包括浮子流量计和排气阀。气液两相流流经多孔渗透管道时，对分离的液膜进行质量计量。发明通过对排气量的精确控制与计量，可实现对液膜的完全收集，并得到液膜平均流量。

Description

一种环状流液膜分离与质量计量方法
技术领域
本发明属于两相流量测量领域，涉及一种环状流液膜收集与计量装置。
背景技术
气液两相流广泛存在于石油、热动、航天及化工等工业过程中。环状流是一种常见的气液两相流流型，其特征为，一部分液相以液膜形式沿管壁流动，另一部分以液滴形式存在于高速气芯中。由于液滴的沉积和液膜的雾化，二者之间存在质量交换[1]。液滴-液膜传质问题对环状流的研究十分重要。液滴夹带率在很大程度上影响干涸的发生以及干涸后的传热恶化，而干涸模型的建立依赖于对液滴夹带情况的准确测量[2]；液膜流量的准确计量则对环状流中压降、持液率和干度估计及分离器的设计优化有重要作用[3]。
目前研究液滴-液膜传质问题的方法主要有加热法[4]、追踪法[5][6]和液膜提取法[1][7]。加热法通过对管壁进行加热，使液膜恰好完全蒸发，并根据热量守恒计算得到液滴流量及沉积率。这种方法仅适用于蒸汽-水两相流，且难以实现加热量的精确控制。追踪法是在液膜中注入氯化钠溶液，根据液膜-液滴间传质过程，推导得到液滴夹带率。这种方法仅适用于充分发展的环状流，所需管道较长，且测量过程需严格标定。液膜提取法由于原理清晰、方便控制被广泛应用。但现有的液膜提取法主要利用量筒进行液膜体积测量，信号无法远传，不能实现自动采样，存在人工测量误差较大等问题。
参考文献
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发明内容
本发明的目的是提供一种可以实现环状流液膜实时收集和计量的分离与质量计量方法。为此，本发明采用如下的技术方案：
一种环状流液膜分离与质量计量方法，所采用的装置包括渗透收集系统、流量控制系统和计量称重系统三部分，其中，
渗透收集系统，包括多孔渗透管道、套管、排污阀、三通阀、控制阀，所述的多孔渗透管道的中间段为多孔段，位于套管内，在套管的下部开设有导流孔，通过多孔段渗透出的流体经由导流孔流出后，先流经三通阀，再经由控制阀后进入计量称重系统的储水容器，在储水容器中进行气液分离后，气体经流量控制系统计量并排出，液体则存储于储水容器中；三通阀的旁端通过排污阀通向外界；
计量称重系统包括储水容器、桶盖、干燥剂、支架、电子秤、排水阀，储水容器通过支架固定在电子秤的上方，进入储水容器的气体由桶盖连接的导管排出，进入流量控制系统；
流量控制系统包括浮子流量计和排气阀，由排气阀控制气体的排出，排气量由浮子流量计进行计量；
气液两相流流经多孔渗透管道时，对分离的液膜进行质量计量的方法为：
(1)打开排气阀，由浮子流量计计量排气量，使得空气的初始排气量为总气量的0.5％；
(2)待装置运行一段时间，直至包括压力、温度、差压在内的参数均稳定；
(3)采样这段时间储水容器内水的质量，计算液膜质量流量；
(4)调节排气阀，增大排气量至总气量的1％，待装置的所述参数稳定后，再次计算液膜质量流量；
(5)对比两次测量结果，若相差小于5％，则认为液膜已全部收集，否则继续成倍增大排气量。
优选地，多孔段由多孔滤芯烧结材料制成。储水容器内靠近顶部的地方设置有干燥剂。所述的套管为透明套管。采用可远传数据的电子秤。在储水容器的底部设置有与排水阀连通的导管。
本发明通过对排气量的精确控制与计量，可实现对液膜的完全收集，并得到液膜平均流量，为后续液滴夹带率和沉积率的研究提供条件。
附图说明
图1：环状流液膜收集与计量装置示意图
图2：渗透收集系统示意图
图3：计量称重系统示意图
图4：流量控制系统示意图
具体实施方式
为了能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
环状流液膜收集与计量装置示意图参见图1，包括渗透收集系统1、计量称重系统2和流量控制系统3，通过对排气量的精确控制与计量，可实现对液膜的完全收集，并得到液膜平均流量。
渗透收集系统示意图参见图2，包括螺栓孔4、法兰5、多孔渗透管道6、透明套管7、排污阀8、三通阀9、控制阀10和卡箍11。多孔渗透管道6中间部分为多孔段，为方便与法兰5焊接，多孔段前后为不锈钢段，避免焊接材料堵塞渗透孔。在保证液膜收集效果的同时，为避免液滴随液膜渗出管道，多孔段由多孔滤芯烧结材料制成，孔径为100μm。打开排气阀21(见图3)，装置连通外界，其压力为环境大气压，与管道内的两相流压力形成渗透压，使液膜从多孔段渗出。为避免透明套管7积水造成液膜收集不完全，在透明套管7下部开两个导流孔，分别位于透明套管7两侧。液膜从多孔段渗出后，进入套管。收集得到的是空气和水的混合物,经控制阀10进入计量称重系统，在储水容器中进行气液分离后，空气经流量控制系统计量并排出，水则存储于待称重容器中。另外，为防止多孔段堵塞，设计排污阀8，以对多孔渗透管道6进行定期排污。排污时，旋转三通阀9，打开排污阀8，使排污端向下排污，避免污垢落入导流孔内。为方便拆卸和安装，管路采用卡箍11连接。
计量称重系统示意图参见图3，包括桶盖12、干燥剂13、液位计14、卡箍15、支架16、电子秤17、储水容器18和排水阀19。空气由桶盖12连接的导管排出，进入流量控制系统。为方便更换零部件，采用可拆卸桶盖。为避免液体随空气排出，储水容器18内靠近顶部的地方装有干燥剂13，用来吸收空气中的液滴。收集的液膜存储在储水容器18中，可通过容器外的液位计14观察液位。为避免容器的重心变化造成电子秤17的测量误差，在容器外部安装支架16，与底座固定。为实现对液膜质量的自动采集，采用可远传数据的电子秤。记录一段时间内电子秤17输出质量的变化，可计算得到被收集液膜的平均流量。当容器内液体过多时，打开排水阀19，将液体排出。储水容器18与导管通过卡箍15连接，方便拆卸、安装以及零部件的更换。
流量控制系统示意图参见图4，包括浮子流量计20、排气阀21和卡箍22。由排气阀21控制空气排量，由浮子流量计20对排气量进行计量，精度为2.5级。为使液膜被完全收集，采用的控制策略为：设置初始排气量，待系统的压力、温度和差压等均稳定后，计量当前时间段内的平均流量。按照一定规则增大排气量后，再次计算平均流量。对比两次测量结果，若相差小于5％，则认为液膜已全部收集，否则继续成倍增大排气量。为方便拆卸和安装，管路通过卡箍22连接。

Claims (6)

1.一种环状流液膜分离与质量计量方法，所采用的装置包括渗透收集系统、流量控制系统和计量称重系统三部分，其中，
渗透收集系统，包括多孔渗透管道、套管、排污阀、三通阀、控制阀，所述的多孔渗透管道的中间段为多孔段，位于套管内，在套管的下部开设有导流孔，通过多孔段渗透出的流体经由导流孔流出后，先流经三通阀，再经由控制阀后进入计量称重系统的储水容器，在储水容器中进行气液分离后，气体经流量控制系统计量并排出，液体则存储于储水容器中；三通阀的旁端通过排污阀通向外界；
计量称重系统包括储水容器、桶盖、干燥剂、支架、电子秤、排水阀，储水容器通过支架固定在电子秤的上方，进入储水容器的气体由桶盖连接的导管排出，进入流量控制系统；
流量控制系统包括浮子流量计和排气阀，由排气阀控制气体的排出，排气量由浮子流量计进行计量。
气液两相流流经多孔渗透管道时，对分离的液膜进行质量计量的方法为：
(1)打开排气阀，由浮子流量计计量排气量，使得空气的初始排气量为总气量的0.5％；
(2)待装置运行一段时间，直至包括压力、温度、差压在内的参数均稳定；
(3)采样这段时间储水容器内水的质量，根据电子秤的测量结果，计算液膜质量流量；
(4)调节排气阀，增大排气量至总气量的1％，待装置的所述参数稳定后，再次计算液膜质量流量；
(5)对比两次测量结果，若相差小于5％，则认为液膜已全部收集，否则继续成倍增大排气量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多孔段由多孔滤芯烧结材料制成。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，储水容器内靠近顶部的地方设置有干燥剂。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的套管为透明套管。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用可远传数据的电子秤。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在储水容器的底部设置有与排水阀连通的导管。
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