3.7.5 液固两相流及其流量测量

（1）       液固两相流的流动结构  液固两相流的流动结构非常复杂，不仅受到液固两相密度、固相含量、流速变化以及管道形状和布置方式的影响，而且还受到固体颗粒尺寸的影响。它和气固两相流很相似，在表明垂直上升气固两相流流动结构的的图3.94中，如将气体换成液体，即可变为液体流化床和液力输送固体颗粒的流动结构示意图。当然，在液固两相流中出现这些流动结构的具体工作参数上是和气固两相流不同

                        图3.94 垂直上升气固两相流的流动结构

（a）       固定床流动结构；（b）临界流化床流动结构；(c)聚式流化床流动结构；（d）对称弹状流动结构；(e)不对称弹状流动结构；（f）平端部弹状流动结构；(g)散布状流动结构

水平管道中的液固两相流的流动结构如图3.95所示。当流速低于临界流速时，固相会发生沉淀，当超过临界流速时，混合物可成为浮游流动^[41]。

图3.95水平管内液固两相流体流动结构

 （2）液固两相流的流量测量方法

①差压式流量计。差压式流量计用于测量各种浆状流体的流量，例如水煤浆、泥浆等已有几十年的历史。为了保证节流装置不沉积固相颗粒，一般都采用文丘里管。另外还需注意文丘里管喉部的磨蚀问题以及导压管被浆状物质堵塞问题。

图3.96所示为一个用于铝土矿浆流量测量的文丘里管，图中所示的文丘里管作水平布置，在喉部装有用耐磨材料制成的可更换的圆套筒4。实验证明，当喉部不装设圆套筒，则由一半碳钢制成的喉部每月磨蚀1mm^[41]，装上防磨蚀圆套筒后，可使文丘里管的运行期延长好几倍。

图3.96 测矿浆流量的文丘里管结构

1、3—文丘里管段；2－连通管；4－可更换耐磨套筒

另外，第3.2.2节中所述的楔形流量计也适用于测量液固两相流量，国内有一些应用经验^[43]。采用带法兰膜片隔离的差压变送器和带吹洗液的取压管，能使取压管有效防堵。

楔形流量计实际使用中的困难是楔形节流件顶部的快速磨蚀，而且一经磨蚀就无法用文丘里管更换套筒的方法恢复其准确度，只能整体更新，因此运行成本高。

对于应用差压法测量液固两相流量的研究工作进行得还不够，由于两相流中轻相得流速要比重相流速快，此两相之间的滑动现象引入一定的误差，所以这样的应用比测量单相流量时误差大，不确定度一般可达±5％。

②科氏力质量流量计。科氏力质量流量计测量含有少量固体颗粒的液体流量，具有较高的信赖度，测量渣油、重油可长时间可靠运行^[44]，有的甚至用来测量熔隔状态的的沥青石墨糊流量^[45]。但当固体含量增加和固体粒度较大时，就要考虑防堵问题，尤其是仪表口径较小时。最好选用单根直管型，并将其安装在垂直管道上。

液固两相流中的固体颗粒形状多种多样，硬度差异也很大，因此对流量计同流体接触的部分产生磨蚀作用，磨蚀速度不仅与固体颗粒外形及硬度有关，还与流速有关，流速越高，磨蚀速度越快。将流量传感器安装在垂直管道上，可以防止管壁因磨损不均而缩短使用寿命。然而管壁厚度变薄会降低测量管刚度而导致误差增大，当然，最严重的情况是测量管被磨穿，因此，遇到这种情况时应加强监测。

③超声流量计。第3.3.2节中的多普勒超声流量计同样适用于液固两相流量测量。如果采用夹装式流量传感器，则管道磨蚀问题和防堵问题全由工艺管道承担。若将传感器安装在水平管道上，由于重相靠管底流动可能会引入较大底测量误差，因此，应尽量安装在垂直管道上。

④电磁流量计。测量矿浆、煤浆、泥浆、纸浆等一类电导率较高的液体，电磁流量计具有独特的优越性。首先，测量准确度高，可比差压式流量计高若干倍；其次，完全用不着考虑堵塞问题，因为选用与工艺管道等直径的流量传感器，不增加阻力；至于耐磨蚀问题，也强调将测量管安装在垂直管道上，不仅磨蚀一致，而且不易在流速低时发生重相沉积现象。为了对测量管内衬的磨损进行监视，文献[41]提出了内衬磨穿报警方法，在图3.97所示的测量管中，件号5、6为报警电极，当内衬被磨穿后，两电极之间经流体导通，从而发出警报。从现场运行实践看，靠近测量管近法兰处内衬磨损最为严重，所以图3.97所示的测量管增设了耐磨性较强的保护环7。

图3.97 可换耐磨套筒式电磁流量计变送器

1－钢管；2－内衬管；3－耐磨套筒；4－板；5－报警装置接头；6－电极；7－环；8－电极端部

如何选择液固两相流仪表，可进一步查文献[46]。

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