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3.7.5 液固兩相流及其流量測量

(1)       液固兩相流的流動結構  液固兩相流的流動結構非常復雜,不僅受到液固兩相密度、固相含量、流速變化以及管道形狀和布置方式的影響,而且還受到固體顆粒尺寸的影響。它和氣固兩相流很相似,在表明垂直上升氣固兩相流流動結構的的圖3.94中,如將氣體換成液體,即可變為液體流化床和液力輸送固體顆粒的流動結構示意圖。當然,在液固兩相流中出現這些流動結構的具體工作參數上是和氣固兩相流不同

                        圖3.94 垂直上升氣固兩相流的流動結構

(a)       固定床流動結構;(b)臨界流化床流動結構;(c)聚式流化床流動結構;(d)對稱彈狀流動結構;(e)不對稱彈狀流動結構;(f)平端部彈狀流動結構;(g)散布狀流動結構

水平管道中的液固兩相流的流動結構如圖3.95所示。當流速低于臨界流速時,固相會發生沉淀,當超過臨界流速時,混合物可成為浮游流動[41]。

圖3.95水平管內液固兩相流體流動結構

 (2)液固兩相流的流量測量方法

①差壓式流量計。差壓式流量計用于測量各種漿狀流體的流量,例如水煤漿、泥漿等已有幾十年的歷史。為了保證節流裝置不沉積固相顆粒,一般都采用文丘里管。另外還需注意文丘里管喉部的磨蝕問題以及導壓管被漿狀物質堵塞問題。

圖3.96所示為一個用于鋁土礦漿流量測量的文丘里管,圖中所示的文丘里管作水平布置,在喉部裝有用耐磨材料制成的可更換的圓套筒4。實驗證明,當喉部不裝設圓套筒,則由一半碳鋼制成的喉部每月磨蝕1mm[41],裝上防磨蝕圓套筒后,可使文丘里管的運行期延長好幾倍。

圖3.96 測礦漿流量的文丘里管結構

1、3—文丘里管段;2-連通管;4-可更換耐磨套筒

另外,第3.2.2節中所述的楔形流量計也適用于測量液固兩相流量,國內有一些應用經驗[43]。采用帶法蘭膜片隔離的差壓變送器和帶吹洗液的取壓管,能使取壓管有效防堵。

楔形流量計實際使用中的困難是楔形節流件頂部的快速磨蝕,而且一經磨蝕就無法用文丘里管更換套筒的方法恢復其準確度,只能整體更新,因此運行成本高。

對于應用差壓法測量液固兩相流量的研究工作進行得還不夠,由于兩相流中輕相得流速要比重相流速快,此兩相之間的滑動現象引入一定的誤差,所以這樣的應用比測量單相流量時誤差大,不確定度一般可達±5%。

②科氏力質量流量計?剖狭|量流量計測量含有少量固體顆粒的液體流量,具有較高的信賴度,測量渣油、重油可長時間可靠運行[44],有的甚至用來測量熔隔狀態的的瀝青石墨糊流量[45]。但當固體含量增加和固體粒度較大時,就要考慮防堵問題,尤其是儀表口徑較小時。最好選用單根直管型,并將其安裝在垂直管道上。

液固兩相流中的固體顆粒形狀多種多樣,硬度差異也很大,因此對流量計同流體接觸的部分產生磨蝕作用,磨蝕速度不僅與固體顆粒外形及硬度有關,還與流速有關,流速越高,磨蝕速度越快。將流量傳感器安裝在垂直管道上,可以防止管壁因磨損不均而縮短使用壽命。然而管壁厚度變薄會降低測量管剛度而導致誤差增大,當然,最嚴重的情況是測量管被磨穿,因此,遇到這種情況時應加強監測。

③超聲流量計。第3.3.2節中的多普勒超聲流量計同樣適用于液固兩相流量測量。如果采用夾裝式流量傳感器,則管道磨蝕問題和防堵問題全由工藝管道承擔。若將傳感器安裝在水平管道上,由于重相靠管底流動可能會引入較大底測量誤差,因此,應盡量安裝在垂直管道上。

電磁流量計。測量礦漿、煤漿、泥漿、紙漿等一類電導率較高的液體,電磁流量計具有獨特的優越性。首先,測量準確度高,可比差壓式流量計高若干倍;其次,完全用不著考慮堵塞問題,因為選用與工藝管道等直徑的流量傳感器,不增加阻力;至于耐磨蝕問題,也強調將測量管安裝在垂直管道上,不僅磨蝕一致,而且不易在流速低時發生重相沉積現象。為了對測量管內襯的磨損進行監視,文獻[41]提出了內襯磨穿報警方法,在圖3.97所示的測量管中,件號5、6為報警電極,當內襯被磨穿后,兩電極之間經流體導通,從而發出警報。從現場運行實踐看,靠近測量管近法蘭處內襯磨損最為嚴重,所以圖3.97所示的測量管增設了耐磨性較強的保護環7。

圖3.97 可換耐磨套筒式電磁流量計變送器

1-鋼管;2-內襯管;3-耐磨套筒;4-板;5-報警裝置接頭;6-電極;7-環;8-電極端部

如何選擇液固兩相流儀表,可進一步查文獻[46]。

 

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