一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置及其流场分析方法

摘要

本发明提供了一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置及其流场分析方法，该装置可用于海上天然气预处理塔器研发实验。取样装置包括取样板体、圆形塔截面取样孔、扇形壁流取样孔。为对海上复杂晃动对液体分布进行充分研究，该取样装置的分析方法有：径向均匀性分析、区域均匀性分析、圆周均匀性分析和整体均匀性分析。通过该取样装置在塔器实验中进行实验并对流场进行不同角度分析，获得晃动对塔器的影响结果，从而促进海上天然气预处理塔器的研发。

权利要求

1.一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置的流场分析方法，该方法基于的用于晃动塔器流场检测实验的取样装置，包括：取样板体，取样板体的形状为圆形，装入塔器后与塔内壁紧密接触；取样板体上开设有若干个圆形塔截面取样孔，若干个圆形塔截面取样孔的布置形式是由取样板体中心向外发散布置；所述取样板体的外圈均匀开设有多个扇形壁流取样孔；

其特征在于：分析方法根据实际分布效果需要确定不均匀度Mf数值，不均匀度Mf的数值不超过0.5时为在截面处的分布均匀性较好；应用取样装置获取塔器截面各取样点的流量值后，首先进行整体不均匀度分析，求得整体不均匀度Mf0，若Mf0数值小于要求值，则进行进一步分析，分别求取环形分区不均匀度Mf1、扇形分区不均匀度Mf2、六边形分区不均匀度Mf3、径向不均匀度Mf4，根据不均匀度数值大小差别获得不同晃动条件影响的大小，从而有针对性地进行装置改进；

塔器截面整体取样分析，使用取样板体上所有的圆形塔截面取样孔和扇形壁流取样孔的流量数据，求得塔截面液体分布的不均匀度，得出塔器在该截面位置上的液体分布均匀度评价；该方法以整体不均匀度Mf0为分布均匀性评价指标，计算公式如下：式中，Qi0为第i个孔口的流量值，m3/s； 为N1个孔口的平均流量值，m3/s；

该方法使用取样板体上所有取样孔流量数据，包括塔截面取样孔和壁流取样孔，分析综合性较高，适合各种形式的晃动；

塔器截面环形取样分析，该方法将取样板体上按不同半径分成N2个环形区域，求出每个环形上圆形塔截面取样孔流量的平均值，以评价液体在不同环形区域上分布的均匀性，该方法以环形分区不均匀度Mf1为分布均匀性评价指标，计算公式如下：式中，Qi1为第i个环形截面取样孔的流量平均值，m3/s； 为各环形上取样孔平均值再取平均后的值，m3/s；

该方法可用于塔器受到有离心作用晃动时的分布性分析；

塔器截面扇形取样分析，该方法将取样板体等圆心角分成N3个扇形区域，求出每个扇形上塔截面取样孔和壁流取样孔流量的平均值，以评价液体在不同扇形区域上分布的均匀性，该方法以扇形分区不均匀度Mf2为分布均匀性评价指标，计算公式如下：式中，Qi2为第i个扇形区域取样孔的流量平均值，m3/s； 为各扇形区域上取样孔平均值再取平均后的值，m3/s；

该方法可用于塔器受到有倾斜或直线加速度效果晃动时的分布性分析；

塔器截面六边形区域取样分析，该方法将取样板体分为N4个全等六边形区域，求得每个六边形区域上圆形塔截面取样孔流量的平均值作为分析指标，对塔器截面的液体分布效果进行分区综合分析；该方法以六边形分区不均匀度Mf3为分布均匀性评价指标，计算公式如下：3

式中，Qi3为第i个六边形区域取样孔的流量平均值，m/s； 为各六边形区域上取样孔平均值再取平均后的值，m3/s；

塔器截面径向取样分析，该方法将取样孔按照30°圆心角分为N5组，求得每个径向上取样孔流量平均值作为分析指标，分析不同径向上液体分布情况，该方法以径向不均匀度Mf4为分布均匀性评价指标，计算公式如下：式中，Qi4为第i个圆心角区域取样孔的流量平均值，m3/s； 为各六边形区域上取样孔平均值再取平均后的值，m3/s；

该方法用于塔器受到有倾斜效果晃动时的分布性分析。

说明书

一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置及其流场分析

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种塔器流场检测实验的取样装置及其流场分析方法，具体涉及一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置及其流场分析方法，属于塔器流场检测技术领域。

背景技术

[0002] 我国南海海域蕴藏着丰富的石油天然气资源，其开发具有重要战略意义。相对于陆地资源，海洋油气开发难度大，情况复杂，需要研发适用于海洋的相关开发和处理设备。塔器作为天然气预处理的重要设备，其流场分布对处理效果和处理效率有重要影响，目前陆上常规流场检测装置应用简单，不适用于具有复杂晃动的海上塔器，因此在塔器研发中，必须设计出合适的流场取样装置，并配以适当且全面的分析方法，以对塔器截面流场进行准确科学的分析。

发明内容

[0003] 在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

[0004] 鉴于此，根据本发明的一个方面，本发明旨在提出一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置，并给出在晃动下装置的流场分析方法，以供研究塔器液体分布的均匀性。

[0005] 方案一：一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置，包括：取样板体，取样板体的形状为圆形，装入塔器后与塔内壁紧密接触，以防液体从缝隙中流出造成取样不准；取样板体上开设有若干个圆形塔截面取样孔，若干个圆形塔截面取样孔的布置形式是由取样板体中心向外发散布置；所述取样板体的外圈均匀开设有多个扇形壁流取样孔。

[0006] 在海上塔器研究中，要充分考虑各种晃动对流体分布的影响，为获得足量且准确的实验数据，需要对取样点的流量进行多角度的分析。本发明取样装置具有以下分析角度：塔器截面整体取样分析、塔器截面环形取样分析、塔器截面扇形取样分析、塔器截面六边形区域取样分析、塔器截面径向取样分析。

[0007] 方案二：一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置的流场分析方法，该方法是基于方案一所述的用于晃动塔器流场检测实验的取样装置实现的，

[0008] 该方法定义为：塔器截面整体取样分析，使用取样板体上所有的圆形塔截面取样孔和扇形壁流取样孔的流量数据，求得塔截面液体分布的不均匀度，得出塔器在该截面位置上的液体分布均匀度评价；该方法以整体不均匀度Mf0为分布均匀性评价指标，计算公式如下：

[0009]

[0010] 式中，Qi0为第i个孔口的流量值，m3/s； 为N1个孔口的平均流量值，m3/s。

[0011] 该方法使用取样板体上所有取样孔流量数据，包括塔截面取样孔和壁流取样孔，分析综合性较高，适合各种形式的晃动。

[0012] 方案三：一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置的流场分析方法，该方法是基于方案一所述的用于晃动塔器流场检测实验的取样装置实现的，

[0013] 该方法定义为：塔器截面环形取样分析，该方法将取样板体上按不同半径分成N2个环形区域，求出每个环形上圆形塔截面取样孔流量的平均值，以评价液体在不同环形区域上分布的均匀性，该方法以环形分区不均匀度Mf1为分布均匀性评价指标，计算公式如下：

[0014]

[0015] 式中，Qi1为第i个环形截面取样孔的流量平均值，m3/s； 为各环形上取样孔平均值再取平均后的值，m3/s。

[0016] 该方法可用于塔器受到有离心作用晃动时的分布性分析。

[0017] 方案四：一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置的流场分析方法，该方法是基于方案一所述的用于晃动塔器流场检测实验的取样装置实现的，

[0018] 该方法定义为：塔器截面扇形取样分析，该方法将取样板体等圆心角分成N3个扇形区域，求出每个扇形上塔截面取样孔和壁流取样孔流量的平均值，以评价液体在不同扇形区域上分布的均匀性，该方法以扇形分区不均匀度Mf2为分布均匀性评价指标，计算公式如下：

[0019]

[0020] 式中，Qi2为第i个扇形区域取样孔的流量平均值，m3/s； 为各扇形区域上取样孔3
平均值再取平均后的值，m/s。

[0021] 该方法可用于塔器受到有倾斜或直线加速度效果晃动时的分布性分析。

[0022] 方案五：一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置的流场分析方法，该方法是基于方案一所述的用于晃动塔器流场检测实验的取样装置实现的，

[0023] 该方法定义为：塔器截面六边形区域取样分析，该方法将取样板体分为N4个全等六边形区域，求得每个六边形区域上圆形塔截面取样孔流量的平均值作为分析指标，对塔器截面的液体分布效果进行分区综合分析；该方法以六边形分区不均匀度Mf3为分布均匀性评价指标，计算公式如下：

[0024]

[0025] 式中，Qi3为第i个六边形区域取样孔的流量平均值，m3/s； 为各六边形区域上取样孔平均值再取平均后的值，m3/s。

[0026] 方案六：一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置的流场分析方法，该方法是基于方案一所述的用于晃动塔器流场检测实验的取样装置实现的，

[0027] 该方法定义为：塔器截面径向取样分析，该方法将取样孔按照30°圆心角分为N5组，求得每个径向上取样孔流量平均值作为分析指标，分析不同径向上液体分布情况，该方法以径向不均匀度Mf4为分布均匀性评价指标，计算公式如下：

[0028]

[0029] 式中，Qi4为第i个圆心角区域取样孔的流量平均值，m3/s； 为各六边形区域上取样孔平均值再取平均后的值，m3/s。

[0030] 该方法可用于塔器受到有倾斜效果晃动时的分布性分析。

[0031] 本发明具有以下有益效果：

[0032] 本发明提供了一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置及其流场分析方法，该装置可用于海上天然气预处理塔器研发实验。为对海上复杂晃动对液体分布进行充分研究，该取样装置的分析方法有：径向均匀性分析、区域均匀性分析、圆周均匀性分析和整体均匀性分析。通过该取样装置在塔器实验中进行实验并对流场进行不同角度分析，获得晃动对塔器的影响结果，对塔器截面流场进行准确科学的分析，从而促进海上天然气预处理塔器的研发。

附图说明

[0033] 图1为本发明用于晃动塔器流场检测实验的取样装置的原理示意图。

[0034] 图2为塔器截面整体取样分析示意图。

[0035] 图3为塔器截面环形取样分析示意图。

[0036] 图4为塔器截面扇形取样分析示意图。

[0037] 图5为塔器截面六边形区域取样分析示意图。

[0038] 图6为塔器截面径向取样分析示意图。

具体实施方式

[0039] 在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

[0040] 在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

[0041] 具体实施方式一：本实施方式的一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置，参见图1可知，包括：取样板体，取样板体的形状为圆形，装入塔器后与塔内壁紧密接触，以防液体从缝隙中流出造成取样不准；取样板体上开设有67个圆形塔截面取样孔，67个圆形塔截面取样孔的布置形式是由取样板体中心向外发散布置；所述取样板体的外圈均匀开设有6个扇形壁流取样孔。将位于取样板体中心的圆形塔截面取样孔编号为0-1，依次向外环形编号，第一个环形编号为1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6；第二个环形编号为2-1、2-2、2-3、2-4、
2-5、2-6；第三个环形编号为3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6；第四个环形编号为4-1、4-2、4-3、
4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9、4-10、4-11、4-12；第五个环形编号为5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-
6；第六个环形编号为6-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6；第七个环形编号为7-1、7-2、7-3、7-4、7-
5、7-6、7-7、7-8、7-9、7-10、7-11、7-12；第八个环形编号为8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6；6个扇形壁流取样孔编号为1、2、3、4、5、6。

[0042] 具体实施方式二：参见图2，一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置的流场分析方法，该方法是基于具体实施方式一所述的用于晃动塔器流场检测实验的取样装置实现的，

[0043] 该方法定义为：塔器截面整体取样分析，使用取样板体上所有的圆形塔截面取样孔和扇形壁流取样孔的流量数据，求得塔截面液体分布的不均匀度，得出塔器在该截面位置上的液体分布均匀度评价；该方法以整体不均匀度Mf0为分布均匀性评价指标，计算公式如下：

[0044]

[0045] 式中，Qi0为第i个孔口的流量值，m3/s； 为67个孔口的平均流量值，m3/s。

[0046] 该方法使用取样板体上所有取样孔流量数据，包括塔截面取样孔和壁流取样孔，分析综合性较高，适合各种形式的晃动。

[0047] 具体实施方式三：参见图3，一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置的流场分析方法，该方法是基于具体实施方式一所述的用于晃动塔器流场检测实验的取样装置实现的，

[0048] 该方法定义为：塔器截面环形取样分析，该方法将取样板体上按不同半径分成8个环形区域，求出每个环形上圆形塔截面取样孔流量的平均值，以评价液体在不同环形区域上分布的均匀性，该方法以环形分区不均匀度Mf1为分布均匀性评价指标，计算公式如下：

[0049]

[0050] 式中，Qi1为第i个环形截面取样孔的流量平均值，m3/s； 为各环形上取样孔平均3
值再取平均后的值，m/s。

[0051] 该方法可用于塔器受到有离心作用晃动时的分布性分析。

[0052] 具体实施方式四：参见图4，一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置的流场分析方法，该方法是基于具体实施方式一所述的用于晃动塔器流场检测实验的取样装置实现的，

[0053] 该方法定义为：塔器截面扇形取样分析，该方法将取样板体等圆心角分成6个扇形区域，求出每个扇形上塔截面取样孔和壁流取样孔流量的平均值，以评价液体在不同扇形区域上分布的均匀性，该方法以扇形分区不均匀度Mf2为分布均匀性评价指标，计算公式如下：

[0054]

[0055] 式中，Qi2为第i个扇形区域取样孔的流量平均值，m3/s； 为各扇形区域上取样孔平均值再取平均后的值，m3/s。

[0056] 该方法可用于塔器受到有倾斜或直线加速度效果晃动时的分布性分析。

[0057] 具体实施方式五：参见图5，一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置的流场分析方法，该方法是基于具体实施方式一所述的用于晃动塔器流场检测实验的取样装置实现的，

[0058] 该方法定义为：塔器截面六边形区域取样分析，该方法将取样板体分为13个全等六边形区域，求得每个六边形区域上圆形塔截面取样孔流量的平均值作为分析指标，对塔器截面的液体分布效果进行分区综合分析；该方法以六边形分区不均匀度Mf3为分布均匀性评价指标，计算公式如下：

[0059]

[0060] 式中，Qi3为第i个六边形区域取样孔的流量平均值，m3/s； 为各六边形区域上取样孔平均值再取平均后的值，m3/s。

[0061] 具体实施方式六：参见图6，一种用于晃动塔器流场检测实验的取样装置的流场分析方法，该方法是基于具体实施方式一所述的用于晃动塔器流场检测实验的取样装置实现的，

[0062] 该方法定义为：塔器截面径向取样分析，该方法将取样孔按照30°圆心角分为6组，求得每个径向上取样孔流量平均值作为分析指标，分析不同径向上液体分布情况，该方法以径向不均匀度Mf4为分布均匀性评价指标，计算公式如下：

[0063]

[0064] 式中，Qi4为第i个圆心角区域取样孔的流量平均值，m3/s； 为各六边形区域上取3
样孔平均值再取平均后的值，m/s。

[0065] 该方法可用于塔器受到有倾斜效果晃动时的分布性分析。

[0066] 通过以上方式，可以对塔器在受到晃动时的液体分布均匀性进行全面的分析，各种分析方法中所使用指标不均匀度Mf的数值越小，则液体在该截面的分布情况越均匀。

[0067] 以上分析方法应用：根据实际分布效果需要确定不均匀度Mf数值，一般情况下，不均匀度Mf的数值不超过0.5时可认为在该界面处的分布均匀性较好。应用取样装置获取塔器截面各取样点的流量值后，首先进行整体不均匀度分析，求得整体不均匀度Mf0，若Mf0数值小于要求值，则进行进一步分析，分别求取环形分区不均匀度Mf1、扇形分区不均匀度Mf2、六边形分区不均匀度Mf3、径向不均匀度Mf4，可根据不均匀度数值大小差别获得不同晃动条件影响的大小，从而有针对性地进行装置改进。

[0068] 虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。