способ измерения расхода многофазного потока
Классы МПК: | G01F1/68 с использованием теплового эффекта |
Патентообладатель(и): | Колосов Борис Владимирович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-06-30 публикация патента:
20.08.1997 |
Использование: для измерения расхода многофазных потоков с помощью тепловых расходомеров. Сущность изобретения: измеряют разность температур в двух сечениях измерительного участка, между которыми подводят фиксированное количество тепла, дополнительно измеряют в течение фиксированного промежутка времени перегрев терморезисторов при работе в режиме термоанемометра, время, в течение которого каждый из терморезисторов имеет значение перегрева в пределах диапазона, характерного для каждого вещества, входящего в поток, и отношение этого времени к всему фиксированному промежутку времени учитывают при определении расхода. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Способ измерения расхода многофазного потока, заключающийся в измерении разности температур терморезисторами в двух сечениях измерительного участка, между которыми подводят фиксированное количество тепла, отличающийся тем, что дополнительно измеряют в течение фиксированного промежутка времени перегрев терморезисторов при работе в режиме термоанемометра, время, в течение которого каждый из терморезисторов имеет значение перегрева в пределах диапазона, характерного для каждого вещества, входящего в поток, и отношение этого времени ко всему фиксированному промежутку времени учитывают при определении расхода.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области измерения расходов с помощью тепловых расходомеров и предназначено для контроля многофазных потоков, преимущественно в нефтяной промышленности. Известен способ измерения расхода с помощью теплового расходомера, заключающийся в измерении разности температур терморезисторами в двух сечениях измерительного участка, между которыми подводят фиксированное количество тепла [1]Недостатком известного способа является низкая точность при измерении расхода многофазных потоков. Техническим результатом от использования изобретения является повышение точности при измерении расхода потока, состоящего из веществ различной плотности и теплопроводности. Это достигается тем, что дополнительно в течение фиксированного промежутка времени измеряют перегрев терморезисторов при работе в режиме термоанемометра, время, в течение которого каждый из теморезисторов имеет значение перегрева в пределах диапазона, характерного для каждого вещества, входящего в поток, и отношение этого времени ко всему фиксированному промежутку времени учитывают при определении расхода. На фиг. 1 показано устройство, реализующее способ; на фиг. 2 изменение температуры перегрева терморезистора в многофазном потоке от времени; на фиг. 3 зависимость температуры перегрева от скорости потока. Расходомер содержит измерительный участок, терморезисторы T1 и T2 и нагреватель Н между ними (фиг. 1). Сущность изобретения состоит в следующем. Как известно, расход в калориметрическом расходомере, который рассматривается в данном случае пределяют по формуле
![способ измерения расхода многофазного потока, патент № 2087871](/images/patents/385/2087871/2087871-2t.gif)
где М массовый расход; N подводимое тепло от нагревателя;
![способ измерения расхода многофазного потока, патент № 2087871](/images/patents/385/2087003/916.gif)
![способ измерения расхода многофазного потока, патент № 2087871](/images/patents/385/2087871/2087871-3t.gif)
где Сi массовая теплоемкость отдельного вещества; Xi - массовая доля; m число веществ, входящих в состав потока. Таким образом задача сводится к определению Xi, т.е. состава потока. Состав потока определяют следующим образом. Через терморезистор T2 пропускают ток больше той величины, которая была в режиме термометра, т.е. переводят в режим термоанемометра, и измеряют его перегрев относительно первого резистора, работающего в режиме термометра. Величина перегрева зависит от того, какое вещество омывает в данный момент времени резистор, и его скорости (фиг. 2). Чем больше теплопроводность вещества, тем меньше его перегрев при одинаковой скорости. На фиг. 2 это показано на примере смеси вода, нефть, газ, где теплопроводность воды наибольшая, нефти меньше, а газа еще меньше. Для более точной оценки используем критериальное уравнение теплообмена
Nu= ARkePer (3)
где
![способ измерения расхода многофазного потока, патент № 2087871](/images/patents/385/2087871/2087871-4t.gif)
![способ измерения расхода многофазного потока, патент № 2087871](/images/patents/385/2087871/2087871-5t.gif)
![способ измерения расхода многофазного потока, патент № 2087871](/images/patents/385/2087871/2087871-6t.gif)
![способ измерения расхода многофазного потока, патент № 2087871](/images/patents/385/2087006/957.gif)
соответственно коэффициенты теплопроводности и вязкости жидкости; С - теплоемкость жидкости (т.е. вещества, омывающего резистор); r плотность жидкости. Уравнение теплопередачи
q =
![способ измерения расхода многофазного потока, патент № 2087871](/images/patents/385/2087005/945.gif)
где q плотность теплового потока, выделяемого на терморезисторе; tn температура перегрева; t0 температура потока. Уравнение неразрывности
Q=V
![способ измерения расхода многофазного потока, патент № 2087871](/images/patents/385/2087001/183.gif)
где Q объемный расход; V средняя скорость потока. Из уравнений (4), (3) следует зависимость перегрева от основных параметров
![способ измерения расхода многофазного потока, патент № 2087871](/images/patents/385/2087871/2087871-7t.gif)
Так как в уравнении (3) в зависимости от режима потока и формы обтекаемого тела K
![способ измерения расхода многофазного потока, патент № 2087871](/images/patents/385/2087003/8776.gif)
![способ измерения расхода многофазного потока, патент № 2087871](/images/patents/385/2087003/8776.gif)
![способ измерения расхода многофазного потока, патент № 2087871](/images/patents/385/2087871/2087871-8t.gif)
где Vmax максимальная скорость, определяемая из графика на фиг.3. Рационально разместить измерительный участок горизонтально, т.к. при этом происходит расслоение веществ, входящих в поток, и сделать терморезисторы T1 и T2 состоящими из дискретно расположенных и независимо досоединенных участков T11 T1n и T21 T2n, что позволяет увеличить время нахождения каждого из терморезисторов в определенном веществе. Это увеличивает точность определения состава, т.к. сокращается время переходных процессов терморезисторов при смене их различных веществ потока (см. фиг. 2). В результате долю каждого вещества можно определять по отношению времени нахождения данного участка терморезистора в данном веществе ко всему промежутку времени измерения и по количестве этих участков терморезистора, находящихся в данном веществе. После этого определяют среднюю теплоемкость по формуле (2) и затем расход по формуле (1).
Класс G01F1/68 с использованием теплового эффекта