[发明专利]一种测量管道内气液两相流的截面相含率的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多相流相含率测量方法，具体地说是一种测量管道内气液两相流的截面相含率的装置及方法。

背景技术

气液两相流（即“气液两相流体”的简称）广泛存在于石油、化工、能源、动力等众多工业过程中。“相含率”是表征气液两相流特征的重要参数之一，它的在线测量对于两相流系统的状态监控、实时控制、安全运行、节能增效等均有重要作用。

目前测量相含率的方法有：快速启闭阀门法、射线吸收/散射法、基于可见光的光学法、热学法、电学法和微波法等。快速启闭阀门法准确有效，主要用于测量装置的标定和在实验室测量管道的平均截面含气率；但是采用该方法测量时会切断流体的正常流动，因此不能在线、实时测量管道相含率。射线吸收法测量过程中存在与辐射操作有关的安全问题，并且气泡和孔隙率随时间的脉动对测量结果有一定的影响；射线散射法测量则需要较长时间的计数。基于可见光的光学法对所测量的介质有一定的限制，要求使用场合清洁度高，被测介质能透过可见光；光的发射和接收元件也容易受污染，致使其应用范围受到限制。热学法受气液介质的比热准确度的影响，致使测量结果不够准确。电学法受介电常数的影响，而介电常数受介质的矿化度影响较大，影响测量准确度。微波法本质上也属于电学法，与电学法具有相同的缺点。

除了上述几种相含率的测量方法外，还有基于红外技术的测量方法。例如：（1）红外水分测量装置，用于测量粉粒状固体中的含水量；（2）用于气液两相流分析的红外线检测装置，采用1.44μm～2.44μm波长红外光，属于液态水浓度检测领域，适用于对电解制氧装置水分分离后氧气流中的液态水浓度的检测；（3）气体中油污含量的红外三点检测装置，是对气体中油污含量检测的光学检测分析仪，在样品池中完成；（4）用红外线检测气液两相流流型的装置，采用940nm红外线波长，用于检测流动在测试管内气液两相流的流型。以上几种红外装置应用到多相流领域，主要是针对静态的（在样品池中进行测量）、稳定的、特定的低含水率流体进行气液两相流流型检测，因此采用上述红外装置还不能实时、在线、动态地对气液两相流的相含率进行测量。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种测量管道内气液两相流的截面相含率的装置，以解决现有的装置不能实时、在线、动态地对气液两相流的相含率进行测量的问题。

本发明的目的之二就是提供一种测量管道内气液两相流的截面相含率的方法，以解决现有的测量方法不能对气液两相流的相含率进行在线测量以及应用范围受限、测量结果准确度低等的问题。

本发明的目的之一是这样实现的：一种测量管道内气液两相流的截面相含率的装置，包括：

近红外发射装置，安装在管道外壁，用于发射近红外光信号，所发射的近红外光信号穿过管道的管壁及管道内的气液两相流；所发射的近红外光的波长与管道内气液两相流中液相流体的近红外吸收光谱中的次强峰所对应的波长相同；

近红外接收装置，安装在与所述近红外发射装置处于同一横截面的管道外壁上，并与所述近红外发射装置以管道的截面圆心为对称设置，用于接收由所述近红外发射装置发射、并经管道的管壁和管道内的气液两相流透射过来的近红外光信号，再从所接收到的所述近红外光信号中提取光强信号，最后转换为感应电压信号输出；

数据采集单元，分别与所述近红外接收装置和计算机相接，用于采集由所述近红外接收装置输出的感应电压信号，在将所接收的所述感应电压信号进行放大、解调、滤波及模数转换后，以数字电压信号的形式发送给计算机；以及

计算机，包括数据处理单元、存储单元和显示单元，所述数据处理单元用于对所接收到的所述数字电压信号进行处理后得到特征值，根据所述特征值和管道内气液两相流的流向及欧氏距离公式来识别管道内气液两相流的流型，再根据管道内气液两相流的流向、流型和对应的截面含液率的求解公式，分别计算出管道内气液两相流的截面含液率和截面含气率。

所述近红外发射装置有至少两个，所述近红外接收装置与所述近红外发射装置的数量和位置一一对应；所述近红外接收装置与所述近红外发射装置在管道横截面上以过管道截面圆心的一条直线为对称分布。

所述近红外发射装置为近红外激光二极管发射探头，所述近红外接收装置为近红外硅光电二极管接收探头。

所述管道为有机玻璃管道或石英玻璃管道。

所述特征值包括均值、方差、峭度、频率重心、斜度和峰值因子。