基于锥形孔板压差脉动特性测量湿气流量.pdf

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1、22化工机械2013年基于锥形孔板压差脉动特性测量湿气流量周云龙+1张全厚’刘博‘梁育纬2(1．东北电力大学能源与动力工程学院；2．大唐长春热力有限责任公司)摘要设计了一种具有防堵特性的锥形孔板，在定压条件下结合锥形孔板的压差脉动特性完成了湿气流量的双参数测量。借鉴压差脉动法测量流量的成熟理论，运用支持向量机以JR和茗作输入变量、以干度为输出值，得到了在干度变化较大非定压条件下的干度测量模型。实验结果表明：此种测量方法不仅适用于湿气工况下干度的测量，同时适用于非湿气工况下气液两相流量的干度测量。关键词锥形孔板节流件湿气测量压差脉动中图分类号TQ056．1+5文献标识码A文章编号0254_60

2、94(2013)01．0022J04湿气作为一种特殊的气液两相流，广泛存在于化工、天然气及动力等领域，然而在这些领域生产中对湿气流量的测量一直是未能很好解决的难题。寻求一种准确简单的测量方法一直是国内外学者研究的重点内容。由于湿气是一种两相流，所以对其流量的测量包括干度或截面含气率等的测量和总质量流量的测量。针对不同问题研究内容有所不同，如：AbbasHAM和HasanGPL¨o利用文丘里管作为节流装置通过测量截面含气率，完成了湿气流量测量。Andreacioncolini和JohnRT¨。运用一种新的预测方法，在不同介质和不同管径下实现了截面含气率的测量。国内学者zhangFusheng等

3、口。运用内锥流量计在高含气率低压工况下，得到了湿气流量测量的双参数测量模型。梁法春等H’51设计了一种环状流下的新型分配器，运用这种分配器可以实现流量计的设计。还有许多学者∞一州致力于利用两相流动的压差脉动特性测量气液两相流量，大部分实验条件是在湿气的工况下完成的，并得到了较好的实验结果。鉴于此种方法测量简单同时能完成湿气的双参数测量，所以笔者选用此方法并利用锥形孔板来测量湿气流量。1锥形孔板的设计对于压差式流量计，节流件的选取直接影响流量计的性能。目前应用于两相流量测量中比较常见的节流件有文丘里管⋯、V形内锥¨。、孔板M1及槽式孔板¨¨等。但由于孑L板易于安装、生产成本低且维修方便，导致目

4、前国内70％的压差式流量计是以它作为节流件，而且在湿气测量¨引方面它也得到了很好的应用。但在湿气测量中占重要低位的天然气计量，采用孔板作为节流件，便不太合适。因为凝析天然气气井中有发泡剂、防冻剂及缓蚀剂等杂质，除对孔板节流件的锐角有损伤外，还容易在孔板前端形成堆积物影响测量。鉴于以上原因，笔者对孔板进行改进(图1)，a．C5[进丽流gj，J二h二≤t．‘S冀遥≥l≥，'≤；。参亨荔：：芒‘：三苫≥二三≤羔．’==二二三二三二；+周云龙，男，1960年2月生，教授，博士生导师。吉林省吉林市，132012。第40卷第1期化工机械由孔板改进前后流体流动方向的对比可知，改进后孔板的防堵特性明显增强。

5、而且和普通孔板相比，由流体力学知识可知其流动特性较好，可以减少它的不可恢复压损，这也争强了它的应用领域。2湿气流量测量模型由于气液两相流动的压降包含了许多信息，如何对压差信号处理获得有用的信息，是压差法测量流量的核心内容。压差脉动法就是基于这一原理而建立起的测量模型，根据文献[7]、[9]、[10]可以得出压差脉动信号与压差时均值的比是截面含气率的单值函数，即可求出截面含气率的数值。如果结合文献[13]的流量测量方法，可以完成流量的双参数测量。而文献[6]和[8]则推导出在高含气率定压工况下，压差脉动信号与压差时均值的比是干度的单值函数，在结合相应的流量测量方法后，也完成了流量的双参数测量。

6、可见此种测量方法，可以运用单一节流件，完成气液两相流量的双参数测量。鉴于以上原因，笔者利用文献[8]方法选用锥形孔板为节流件测量湿气流量。以下是文献[8]测量方法所用的关系式，其中于度并为：茹：l一——===—jL——_===-(1)80p，pI+R0、一、7p

7、，p、、压差脉动强度尺为：R：上坐(2)0哂压差方根噪音幅值~／△p。为：一．。．1／2厢=I÷。善(压一压)2I(3)孔板两侧的压差方根~／△p为：／却=二三~／卸。(4)质量流量形为：形=cA厕[1+尺(厩一1)朋](5)式中A——孔板流通面积，m2；c——流出系数；p——密度，kg／m’；p——孔板的相分离系数，由实验确定。3

8、实验装置及条件实验是在东北电力大学气液两相实验台完成的，实验方法是通过固定气体流量和压力，微调液体流量，然后改变气体流量再如此反复操作。实验介质为空气和水，采样频率256Hz、采样时间16s。实验装置如图2所示。2图2实验系统示意图l——气液分离器；2——水箱；3——水泵；4——空压机；5——热电偶；6——压力变送器；7——阀门；8——体积流量计；9——调节阀门；10——气液混合器；11——孔板流量计；12—