摘要：本文研究了運(yùn)用單相流量計(jì)組合進(jìn)行液液兩相流參數(shù)測(cè)量的方法。該方法*先通過靜態(tài)混合器將液液兩相流混合成為均相流，然后利用文丘里管獲得兩相流差壓，利用渦輪流量計(jì)獲得兩相流總體積流量，*后通過液液兩相流測(cè)量模型獲得液液兩相流總體積流量、總質(zhì)量流量、混合密度以及分相流量。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法是可行的，在總體積流量1～6m³/h，油含率15%～85%的范圍內(nèi)，可有效地測(cè)量液液兩相流的總體積流量、總質(zhì)量流量和兩相流混合密度，測(cè)量相對(duì)誤差在5%以內(nèi)，但液液兩相流分相流量測(cè)量相對(duì)誤差較大，仍需進(jìn)一步研究。

1、引言

液液兩相流系統(tǒng)廣泛存在于化工、石油和日化等工業(yè)領(lǐng)域，其重要參數(shù)的在線測(cè)量具有重要意義。然而，相對(duì)于氣液兩相流和氣固兩相流，液液兩相流檢測(cè)技術(shù)方面的研究還相對(duì)較少，傳統(tǒng)的基于兩相分離器的方法存在實(shí)時(shí)性能差，體積大和成本高等問題。核密度計(jì)結(jié)合單相流量計(jì)的方法存在安全性問題，成本也較高。近年出現(xiàn)的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)雖可以實(shí)現(xiàn)液液兩相流測(cè)量，但成本高，使用維護(hù)不方便。

利用單相儀表組合進(jìn)行單相流、氣液兩相流和氣固兩相流有關(guān)參數(shù)的測(cè)量已有相當(dāng)?shù)臍v史，并已取得了很多有益的成果，但對(duì)于液液兩相流，目前這方面的研究很少，有關(guān)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究還相當(dāng)有限。

本文基于單相儀表組合測(cè)量的思想，提出了利用“文丘里管和渦輪流量計(jì)”組合并結(jié)合靜態(tài)混合器進(jìn)行液液兩相流參數(shù)測(cè)量的新方法，并通過初步實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。

2、測(cè)量原理與方法

液液兩相流參數(shù)測(cè)量所采用的技術(shù)路線和原理框圖如圖1所示。

靜態(tài)混合器的引入可消除液液兩相流流型對(duì)參數(shù)測(cè)量的影響，從而使得混合后的液液兩相流體可視為均相流，則根據(jù)節(jié)流元件不可壓縮流體計(jì)算公式，文丘里管所獲得的差壓和液液兩相流體積流量之間的關(guān)系可表為：

其中，qv為流經(jīng)文丘里管的液液兩相流體積流量，ρ為液液兩相流混合密度，K為文丘里管的儀表系數(shù)，△ρ為文丘里管處的差壓。

根據(jù)連續(xù)性方程，渦輪流量計(jì)獲取的兩相流總體積流量Qv應(yīng)等于流經(jīng)文丘里管的體積流量，即：

則液液兩相流混合密度可表為：

設(shè)兩相流中各組分密度分別為ρ1和ρ2，各組分的分相含率分別為x1和x2，則根據(jù)ρ=x1ρ1+x2ρ2，x1+x2=1，可得：

組分1的分相含率為：

組分2的分相含率為：

各組分的體積流量為：

Qv1=x1Qv   （6）

Qv2=x2Qv   （7）

液液兩相流總質(zhì)量流量為：

Qm=ρQv   （8）

各組分的質(zhì)量流量為：

Qm1=ρ1Qv1  （9）

Qm2=ρ2Qv2   （10）

式（4）～（10）即為液液兩相流參數(shù)測(cè)量模型。

3、實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)流程

液液兩相流的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，油（0#柴油）經(jīng)穩(wěn)壓后流入油路由一高精度橢圓齒輪流量計(jì)進(jìn)行油流量計(jì)量，水（自來水）經(jīng)穩(wěn)壓后流入水路由一高精度電磁流量計(jì)進(jìn)行水流量計(jì)量。油和水匯合形成油水兩相流后進(jìn)入測(cè)量管段。*后油水兩相進(jìn)入分離罐進(jìn)行油水分離，油返回油箱，水則直接排出。實(shí)驗(yàn)范圍為：總體積流量1～6m³/h,油含率15%～85%。所采用的文丘里管由杭州成套節(jié)流裝置有限公司生產(chǎn)，渦輪流量計(jì)由金湖凱銘儀表有限公司生產(chǎn)，單相流測(cè)量精度分別為1%和0.5%。

4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本文提出的液液兩相流測(cè)量方法是可行的，在上述實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，油水兩相流總體積流量、總質(zhì)量流量及混合密度的相對(duì)測(cè)量誤差均在±5%以內(nèi)，圖3示出了25mm管徑下的一組典型測(cè)量數(shù)據(jù)。然而，油水兩相分相流量測(cè)量的精度還不甚理想，常常出現(xiàn)大于15%的測(cè)量誤差。經(jīng)分析，測(cè)量各個(gè)環(huán)節(jié)的誤差傳遞與放大，靜態(tài)混合器產(chǎn)生的旋流，以及單相流文丘里管和渦輪流量計(jì)對(duì)液液兩相流的響應(yīng)特性等可能是導(dǎo)致目前分相流量測(cè)量誤差較大的原因。因此，對(duì)于分相流量測(cè)量問題仍需要在今后進(jìn)行更為深入的研究。

5、結(jié)論

本文提出了采用“文丘里管和渦輪流量計(jì)”組合并結(jié)合靜態(tài)混合器進(jìn)行液液兩相流參數(shù)測(cè)量的新方法。初步研究表明，該方法是有效的。在本文實(shí)驗(yàn)范圍（總體積流量1～6m³/h，油含率15%～85%）內(nèi)液液兩相流總體積流量、總質(zhì)量流量和液液兩相流混合密度的相對(duì)測(cè)量誤差均在5%以內(nèi)，已能滿足工程應(yīng)用的要求。但分相流量測(cè)量的相對(duì)誤差較大，需要更深入的研究和改進(jìn)。針對(duì)這一問題，今后的研究工作將圍繞以下幾方面展開：

（1）尋求有效的校正方法以提高分相測(cè)量精度。

（2）采用類似的技術(shù)路線，但尋求單相流量計(jì)*佳組合以提高分相流量測(cè)量的精度，例如V形內(nèi)錐式節(jié)流元件和渦輪流量計(jì)組合，文丘里管和橢圓齒輪流量計(jì)組合等。

（3）本文采用的靜態(tài)混合器雖克服了流型對(duì)兩相流參數(shù)測(cè)量的影響，但同時(shí)也導(dǎo)致了旋流的產(chǎn)生和較大的壓損，因而有必要尋求更為有效的混合方法。