油水混合液第2相含量对科里奥利流量计和涡街流量计测量的影响

    1　引　言

    流程工业中常用单相流量仪表测量液液双相(组分)流体流量,与用单相流体校准流量相比,会带来一定偏差。对这一问题,20世纪90年代英国Hertfordshire大学A.F.Skea,就油或水中第2相(组分)液体含量对容积式流量计、文丘里流量计、螺旋叶轮和平板叶轮涡轮流量计、科里奥利质量流量计、涡街流量计做了流量测量影响的实验研究,发表于Flow Measurement and Instrumentation(1999:151~157)。本文转述其中科里奥利流量计和涡街流量计的实验过程和结果,笔者进一步作了一些讨论。

    2　试　验

   试验对象是Endress+Hauser的1.5″(1″=25.4 mm,下同)和3″直管以及横河电机的2″U形管科里奥利流量计,罗斯蒙特的4″涡街流量计。

    试验是在NEL(英国国家工程实验室)的流量校准装置上进行的,装置系统如图1所示:多相流国家标准装置,用于试验3″和4″仪表,油和水分别由各自的参比(标准)流量计测量;用于试验1.5″和2″仪表,油水混液由混合泵混合,并由快速取样回路中科里奥利密度计测量密度,求取密度与第2组分体积分数。

    油水混液是相互不溶的液液双组分流体,油的黏度在50℃时为10 mm²/s,第2组分的体积分数分别是3%,6%,9%,12%,15%。

    3　试验数据

    图2~5是科里奥利流量计的试验数据。其中1.5″直管和2″U形管只做油含水的试验,3″直管做油含水和水含油的试验,图6,7是4″涡街流量计油含水和水含油的试验数据,为便于观察变化趋势,笔者在图中添绘了曲线。该实验设计不足之处是未将纯油或纯水单相的试验数据标绘在相应的图上,作为分析比较的参比量,因此最低第2组分含量无法与纯液体比较,只能在第2相不同含量之间进行比较。

    4　讨　论

    4.1　科里奥利流量计

    科里奥利流量计直接测得质量流量,体积流量只是依据仪表本身所测密度运算而得,密度未作记录。虽然该研究目标是体积流量,然而对以质量流量为主的科里奥利流量计,若能提出所测质量流量数据,人们可直接了解第2相的体积分数对质量流量的影响。

    两种形状测量管的仪表,U形管仪表的第2相效应明显大于直管。试比较图2,3和图4,大流量时对于油中水不同含量,直管仪表的误差变化在0.5%以内,而U形管仪表为2%;小流量时直管仪表一般变化不小于1%,最大为3.5%,而U形管仪表为4%~6%。小流量时第2相不同含量引起误差变化都大,随着流量增大误差变化明显减小,例如图3中3″直管仪表测量油中含水,流量超过12 L/s,误差变化从3.5%~1%下降到小于0.6%,称此流量为转变流量qVt。这是由于流量超过qVt后,第2相散布趋于更均匀,从而误差减小。从图中读得各仪表的qVt和误差变化,如表1所列,q_Vt的名义管径流速均在1.5 m/s左右,测量管内径常小于名义管内径,其流速还要高,因文中未列测量管内径,无法估算其值。