[发明专利]用于测量和可调控制在管道接头处中的汽－液混合比的方法和装置

说明书

本发明涉及工业应用中所使用的两相流体流动系统的改进，如在炼油厂、加工厂或类似地方使用的油田蒸气注入或流体分配系统。更确切地说，本发明涉及在这样的流体流动系统的管道接头处，根据测量检测和定量控制气液混合比(蒸汽质量)的装置及方法、虽然下面的基本描述是有关蒸汽流动系统的，但不言而喻本发明的原则同样适用于任何一个两相流体流动系统。

在大多数蒸汽流的场合，来自蒸气源或发生器的湿蒸汽是通过管道网络分配到各个用户。在管道接头处会发生常说的“相分离”，即液相和气相彼此分开的现象。在相分离的情况下，较轻的气相一般沿管道的轴向高速移动而较重的液相易呈环状并形成液膜依附在管道的内壁上并沿之移动。液相基本上沿管道的内圆周相对于管道的垂直直径均匀分布。当发生这种相分离或分开的蒸汽遇到一个管道接头，例如一个旁路T型接头，时质量不同的蒸汽(即气液比不同)会离开接头各相应支路。这个问题曾经在美国专利5,415,195、5,407,274、5,250,104、5,218,985、4,574,837、4,522,218和4,516,986中提出过并公开了各种解决方法。

在某些应用中，可能要求利用相分离现象来实际测量并控制在旁路T型接头处的蒸汽质量。本发明提出了一些方法和装置恰恰可以完成这样的测量并可在湿蒸汽分配网络的旁路T型接头处给出可控并可调的气液比。

在前面所引述的美国专利(5,415,195)中含有一个装置，该装置因本发明的受让人的称为SpliTgator^TM的商标而知名，用于平衡在旁路T型接头处的出口支路中的气液比或蒸汽质量。在该装置中的旁路T型接头处的出口支路或主输流管中，在输流管的底部设置了一个集液槽。当发生相分离的湿蒸汽沿主输流管流过时，基本上只有气相才能从出口支管中通过，而液相则被集液槽截留，并被引导流过一个液流旁路管，其出口端在出口支管内安装的孔板的下游。液流旁路管的管道直径小于主输流管或支路管的直径，并且设在出口支路的底部，再连回到旁路T型接头处的输出支路的中心。为了在系统的输出管中产生恒定的、可控的蒸汽质量，液流旁路管的直径、输出管中的蒸气孔板的直径、主输流管的直径以及输出支路管的直径都要按一定的尺寸制造。在本发明中在输出管线的上游和下游安装了直径很小的取压分接管。这可以使ΔP_V，即蒸气孔板两侧的压差，以及P_V，即在输出输流管的气相段中蒸气孔板上游的压力，受到由适当的压力传感器不断反复地监视和测量。这些数据不断反复地输入到一台控制计算机中。

在液流旁路管中，安装有一个液流孔板，同时在其上游和下游安装取压分接管。这样可以用适当的压力传感器反复监视和测量ΔP_L和P_L，它们分别是液流孔板两边的压差和液流旁路管上游测的压力。这些数据也都分别输入到控制计算机中。此外，在液流旁路管中，在液流孔板和与之相关的取压分接管下游处，还有一个液体流速控制阀(或球阀)，该阀可以远距离由电信号控制并也与控制计算机相联。

这样，控制计算机反复监视蒸气质量流的流速(是通过已知ΔP_V和P_V以及输入管直径来测量)以及液流质量流的流速(是通过已知P_V和P_L及液流旁路管直径来测量)。控制计算机发送电信号来调节液体流速控制阀，或球阀，从而在支路接头处的输出管中，提供不超过整个蒸汽供给系统设计参数范围的任何所需的气液比。

参考随后的详细说明，并结合附图，可以更好地理解本发明。说明文字和附图仅仅是为了更好地解释，而不是对本发明做限定。

图1是一个显示用在旁路T型接头处的本发明的系统的局部剖分侧视简图，；并且

图2是图1的旁路T型接头处的一个部分的俯视简图。

图3是一个局部剖分侧视简图，示出一个用作流体质量流的流速测量工具的SpliTgator。

蒸汽发生器通常产生的蒸汽的气液比(质量)范围为70％-80％。在某些应用中，需要精确测量并控制蒸汽质量在一个特别适合的既定的比例上，而不是根据多用户现场的要求、管线几何形状及发生器的一致性等令蒸汽的质量从0％到100％变化。本发明恰好可以在湿蒸汽分配系统操作参数多变的情况下，提供此种测量并给出可控并可调的蒸汽质量。