[发明专利]两相流量计

说明书

优先权要求

本申请要求提交于2007年7月13日的美国临时申请No.60/959,427的 优先权以及权益。

发明领域

本发明涉及流体流量装置，具体涉及流体流量计。

背景

流量计是用来在许多实验和工业应用中测量液体或气体或液体和气体的 混合流的线性、非线性、质量或体积流量的仪器。

单相流量计测量流过诸如管道之类的导管的气体或液体的流量。一种这样 的流量计是压差流量计或DP流量计。

DP流量计将一些堵塞件引入管道流体并测量在堵塞件附近的两点之间的 流体压力变化。堵塞件经常被称为“基本部件”，其要么是形成在导管中的收窄 部分或者是插入导管中的某一结构。基本部件可例如为文氏窄管、节流孔板、 楔、喷嘴或锥形件。还存在由不同压差流量计制造商使用的其它基本部件设计， 但根本上说所有这些设计都根据同一物理原理运作。

一些应用利用两相流，其中单种流体以两个不同的相(即气体和液体)存 在，例如蒸汽和水。术语“两相流”也适用于具有不同相的不同流体的混合物， 例如空气和水或石油和天然气。

例如，两相流体应用于大规模电力系统。煤和天然气发电厂使用非常大的 锅炉产生用于涡轮机的蒸汽。在这些情形下，受压的水流过加热管道并在流过 管道时转变为蒸汽。锅炉设计要求对明显不同于单相情形的两相流体传热和压 降特性的详尽理解。又如，核反应堆使用水利用两相流体从反应堆芯移走热量。 由于在这种应用中对流体流的了解是关键的，因此已对这些情形下的两相流体 的本质进行了大量的研究，以使工程师能克服管道工程中可能存在的失效、失 压和其它故障而进行设计。

因此，研发出两相流量计系统以解决在两相流应用中测量两个相的需要。 一类系统使用串联的两个流量计测量两相流量，例如在导管中串联的两个DP 流量计。

总思路是：对于单相流，两个流量计读取处于每个流量计的不确定量内的 正确气体质量流量。对于湿润气流，气体中的液体含量在每个流量计气体流量 预测中引入误差。在串联湿气流量计系统中的单相气体流量计依赖于这两个串 联的气体流量计对湿气流具有显著不同的反应，即不同的气体流量误差。然后， 通过适当的数学分析，将这两个流量计的存在误差的气体流量读数进行比较， 从而可推导产生这两个结果的气体和液体流量的唯一组合。

尽管不同相的流体流可通过串联系统中的两个流量计予以测量，然而这些 系统比单个流量计更重、更长且更昂贵。

因此，需要能准确地测量经过导管的双相流体的各个相的流量的单个流量 计。

概述

本发明提供一种用于使用具有锥形DP流量计的单个流量计确定流过诸如 管道之类的导管的两相流体的气相流量和液相流量的装置和方法。

在一个实施例中，提供了一种两相流体流量计组件，该组件包括沿给定方 向通过其中传送具有气相和液相的可流动物质的导管，其中该导管具有带内表 面的外壁。该流量计包括锥形的流体流位移构件，该位移构件包括相对流体流 动方向的上游端和下游端，其中该位移构件的尺寸比导管更小并具有坡壁，该 坡壁在位移件上形成外周来使物质转向流过由位移构件的外周和导管的内表 面限定的区域。

第一流量测量分接头延伸通过导管壁并与位移构件上游的区域连通。第二 流量测量分接头延伸通过导管壁并流过该位移构件，并与位移构件下游端处的 区域连通。第三流量测量分接头延伸通过导管壁并与位移构件下游的区域连 通。流量计包括一装置，该装置基于取自第一流量测量分接头、第二流量测量 分接头和第三流量测量分接头中的任意两个的流量测量确定第一压差值，基于 取自第一流量测量分接头、第二流量测量分接头和第三流量测量分接头中不同 两个的流量测量确定第二压差值，以及使用已确定的第一和第二压差值来确定 第三压差值。流量计组件使用第一、第二和第三压差值确定气相物质的气体流 量以及液相物质的液体流量。