一種管內相分隔式兩相流體電磁流量計測量裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于兩相流體測量技術領域，具體涉及一種管內相分隔式兩相流體電磁流 量計測量裝置及方法，用于確定由導電相（如地表水、工業用水等）和非導電相（如空氣、 天然氣、油等）組成的的兩相流體的各相流量。
【背景技術】
[0002] 本發明中的"相"是指多相流體中物理性質相同的各部分，如氣相、液相、油相、水 相等。其中各相既可以是單組分物質，也可以是多組分物質的均勻混合體，如空氣、地層水、 原油等。管道內兩相流經常出現在石油、化工、食品、冶金、動力等現代工程領域與設備中， 準確測量各相流量對設備的可靠設計和安全運行具有至關重要的意義。
[0003] 目前電磁流量計主要廣泛用于導電單相流體流量的測量，由于其具有不受流體 密度、粘度、電導率等參數的影響，測量過程無壓力損失，響應快等突出優點，其在多相流 體測量中的應用也得到了越來越多學者的關注。專利CN200810136896. 0發明了一種基 于電磁法的油田井下集流型高含水油水兩相流流量測量方法，利用集流通道提高流體流 速，使油水混合加劇而趨于均勻分布，從而把混合物看成是單相導體，用電磁流量計測量 總流量。但是此方法只適用于高含水率情況，限制了多相流流量的測量范圍。Cha等在 Flow Measurement and Instrumentation 期干丨J發表的文章 "Flow measurement with an electromagnetic flowmeter in two-phase bubbly and slug flow regimes"石開宄了 電石茲 流量計對于兩相流體的輸出特性，發現只有在泡狀流的情況下，電磁流量計輸出電壓△ Utp 與對應測量相同導電單相流體體積流量電磁流量計輸出電壓△ Usp存在確定關系：△ U TP = 八隊!^(1-€[)，其中（1是非導電相相含率。但是由于實際兩相流的非均勻性，此關系式與實 驗數據的偏差會隨著α和水的表觀速度的增加而增大。Zhang等在Flow Measurement and Instrumentation期干丨J發表的文章 "Effect of phase distribution on weight function of an electromagnetic flow meter in 2D and in the annular domain"和"On finding the virtual current in an electromagnetic flow meter containing a number of bubbles by two-dimensional analysis"研宄了氣泡位置和數量對電磁流量計虛電流勢分 布的影響，結果表明氣泡位置和數量都會影響權重函數的分布，從而影響電磁流量計的輸 出。由于兩相流中非導電相在管內位置具有很大的隨機性，使得電磁流量計的輸出具有較 大的波動性，無法準確對測量值進行修正。而且非導電相的存在還會嚴重污染電極，影響信 號的可靠性，尤其在連續相為非導電相的情況下，電磁流量計無信號輸出。可見，除了非導 電相含量很低的工況外，傳統的電磁流量計測量兩相流的方法在可靠性和測量誤差方面還 難以滿足工程的要求。

【發明內容】

[0004] 為了克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種管內相分隔式兩 相流體電磁流量計測量裝置及方法，用于確定由導電相和非導電相組成的兩相流體的各相 流量；本發明利用離心力或電磁力將圓管通道內的兩相流體在管內實現相分隔，即使其達 到中心核為非導電相，外環為導電相的分隔狀態，再利用電磁流量計測量導電相的體積流 量，具有不受流型影響，信號輸出穩定，電極不會受到污染的特點。
[0005] 為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0006] 一種管內相分隔式兩相流體電磁流量計測量裝置，包括測量管道1，在測量管道1 內從上游至下游依次安裝有混合器27、總流量計量裝置2、相分隔裝置3、截面相含率測量 裝置4和電磁流量計5,與總流量計量裝置2、截面相含率測量裝置4和電磁流量計5連接 的信號處理器9 ;所述信號處理器9接收總流量計量裝置2、截面相含率測量裝置4和電磁 流量計5的輸出信號，推算出導電相和非導電相的流量值；所述測量管道1材料為非導電材 料。
[0007] 所述相分隔裝置3的第一種結構包括位于管道中心處的內電極10,鑲嵌在測量管 道1內壁上、內徑與測量管道1內徑相同的外電極11，用于支撐內電極10的第一支撐架14， 纏繞在安裝外電極11的測量管道1外側的螺線管13,向內電極10、外電極11和螺線管13 供電的第一勵磁電路12 ;所述第一勵磁電路12產生交流電時，內電極10、外電極11和螺線 管13連接方式為串聯；所述第一支撐架14材料為非導電材料；上述第一種結構只限于密 度較大一相為導電相且連續相為導電相的情況。
[0008] 所述相分隔裝置3的第二種結構由導流旋流器17及位于其下游的至少兩個電磁 整流器19組成；所述電磁整流器19由上游電極15、下游電極18、永磁鐵16和直流電源20 構成；所述上游電極15和下游電極18鑲嵌在測量管道1內壁，軸向布置，內徑與測量管道 1內徑相同，由直流電源20供電；所述永磁鐵16鑲嵌在測量管道1外壁上，其內側與上游 電極15和下游電極18外側有一定的管道厚度間隔；上述第二種結構只限于密度較大一相 為導電相的情況。
[0009] 所述電磁整流器19沿測量管道1周向均勻布置，其軸向相同位置的電極正負極性 相同。
[0010] 所述永磁鐵16材料為釹鐵硼，形狀為瓦片形狀。
[0011] 所述相分隔裝置3的第三種結構由上電極21、下電極22、導體棒24、第二勵磁電路 25和用于支撐導體棒24的第二支撐架26組成；所述導體棒24位于上電極21和下電極22 之間，且處于測量管道1中心處；所述導體棒24、上電極21和下電極22由第二勵磁電路25 供電；所述導體棒24內部材料為導體，外表面涂有絕緣膜；所述上電極21和下電極22為網 絲結構；所述第二支撐架26材料為非導電材料；所述第二勵磁電路25產生交流電時，導體 棒24、上電極21和下電極22連接方式為串聯；上述第三種結構只限于連續相為導電相的 情況。
[0012] 上述所述的一種管內相分隔式兩相流體電磁流量計測量裝置的測量方法，包括以 下步驟：
[0013] 步驟1.使兩相流體流過測量管道1，先通過混合器27,使兩相流體均勻混合；再通 過總流量計量裝置2,測得兩相流體總流量;
[0014] 步驟2.當兩相流體流過相分隔裝置3時，兩相流體會受到離心力或電磁力的作 用，使非導電相聚到測量管道1中心，導電相流到測量管道1四周外環處，實現具有清晰相 界面8的相分隔狀態，即使得管內中心核7為非導電相，外環6為導電相；
[0015] 步驟3.分隔后的管內中心核7為非導電相，外環6為導電相的兩相流體利用截面 相含率測量裝置4得到導電相的相含率α 1;
[0016] 步驟4.分隔后的管內中心核7為非導電相，外環6為導電相的兩相流體流過電磁 流量計測量裝置5 ;此時相分隔裝置3的第一種結構和第二種結構產生流體的最終流動可 分解為兩種流動：一種是沿管道軸線方向的軸對稱直線流，其對于管道橫截面上的積分等 于流量值，另一種是純粹的漩渦流，其對流量無貢獻，對電磁流量計的輸出也沒有影響；相 分隔裝置3的第三種結構產生流體的最終流動為軸對稱直線流；所以分隔后的兩相流體只 有軸對稱直線流對電磁流量計輸出有貢獻，滿足電磁流量計測量流量的條件；
[0017] 當電磁流量計電極為點電極，磁感應強度分布為均勻磁場時，測量單相導電流體 的輸出電壓滿足U =
【主權項】
1. 一種管內相分隔式兩相流體電磁流量計測量裝置，其特征在于：包括測量管道（1)， 在測量管道（1)內從上游至下游依次安裝有混合器（27)、總流量計量裝置（2)、相分隔裝置 (3)、截面相含率測量裝置（4)和電磁流量計（5)，與總流量計量裝置（2)、截面相含率測量 裝置（4)和電磁流量計（5)連接的信號處理器（9)，所述信號處理器（9)接收總流量計量裝 置（2)、截面相含率測量裝置（4)和電磁流量計（5)的輸出信號，推算出導電相和非導電相 的流量值；所述測量管道（1)材料為非導電材料。
2. 根據權利要求1所述的一種管內相分隔式兩相流體電磁流量計測量裝置，其特征在 于：所述相分隔裝置（3)的第一種結構包括位于管道中心處的