[發明專利]極高頻振動流量計

有效

• 申請號: 200980115693.6
• 申請日: 2009-04-29
• 公開（公告）號: CN102016522A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: J·魏因施泰因
• 申請（專利權）人: 微動公司
• 主分類號: G01F1/84
• 分類號: G01F1/84
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張群峰

技術領域

本發明涉及一種振動流量計，并且更具體地涉及一種極高頻振動流量計。

背景技術

振動流量計例如科里奧利質量流量計和振動密度計通常通過檢測含有流動或不流動流體的振動導管的動作來進行工作。與導管內的材料有關的性質例如質量流量、密度等可以通過處理接收自與導管相連的動作變送器的測量信號來確定。振動材料填充系統的振動模式通常要受到所包含導管以及其中包含材料的總質量、硬度和阻尼特性的影響。

典型的振動流量計包括在管路或其他傳輸系統中內聯連接并在系統中輸送材料例如流體、懸濁液等的一條或多條導管。導管可以被視為具有一套固有振動模式，例如包括簡單的彎曲、扭轉、徑向和耦合模式。在典型的測量應用中，隨著材料流過導管，導管被以一種或多種振動模式激勵，并在沿導管間隔開的位置測量導管的動作。激勵通常由致動器提供，例如機電設備譬如以周期性方式攝動導管的音圈型驅動器。流體密度可以通過確定流動流體的共振頻率獲得。質量流量可以通過測量變送器位置處的動作之間的延時或相位差而確定。通常使用兩個這樣的變送器(或敏感元件傳感器)，目的是為了測量一條或多條流量管的振動響應，并且通常都將其設置在致動器上游和下游的位置。兩個敏感元件傳感器被通過線纜例如兩對獨立的導線連接至電子設備。設備從兩個敏感元件傳感器接收信號并處理信號，目的是為了得出質量流量的測量值。

流量計被用于對多種流體流動進行質量流量和/或密度測量并對單相流提供高精度。使用振動流量計的一個領域是測量油井和氣井的輸出。這種井的產品可能是由多相流構成，包括液體而且也包括能夠在流動的流體中夾帶的氣體和/或固體。因此油田中流動的流體可以包括例如油、水、空氣或其他氣體、和/或砂粒或其他土壤顆粒。但是，在振動流量計被用于測量包含有夾帶的氣體和/或固體的流動流體時，流量計的精度可能會大大下降。即使是對于這樣的多相流，也非常希望得到的測量結果盡可能準確。

多相流流體可以包括夾帶的氣體，特別是多泡氣流。多相流可以包括夾帶的固體或夾帶的固體顆粒、混合物例如混凝土等。而且，多相流可以包括例如不同密度的液體，譬如水和石油組分。各相可以具有不同的密度、粘度或其他性質。

在多相流中，流量管的振動不一定會使夾帶的氣體/固體完全與流動的流體同相移動。這種振動異常被稱作分離或滑流。例如氣泡可以變得從流動的流體中分離，影響振動響應以及所有相應得出的流動特性。小氣泡通常會在流量計振動時隨著流動的流體一起移動。但是，較大的氣泡在流量管振動期間則不會隨著流動的流體一起移動。相反，這些氣泡可以從流動的流體中分離并且能夠獨立移動，其中夾帶的氣泡在每一次振動動作期間都比流動的流體移動得更遠和更快。這會給流量計的振動響應帶來不利影響。對于流動的流體內夾帶的固體顆粒來說同樣如此，其中隨著顆粒尺寸或振動頻率的增加，固體顆粒從流動流體的動作中分離出來的可能性也會越來越大。甚至在多相流包括不同密度和/或粘度的液體時也會發生分離。已經發現分離作用會受到各種因素的影響，例如流動流體的粘度以及例如流動流體和異物之間的密度差異。

除了由氣泡和顆粒的相對移動造成的問題以外，科里奧利流量計還可能會遇到由于聲速(SOS)或可壓縮性在測量流體中聲速較低或流量計振動頻率較高時的影響而導致的精度降低。液體與氣體相比具有較高的聲速，但是最低速度則來自兩者的混合物。即使是液體中夾帶少量氣體也會導致混合物中的聲速明顯降低，低于在其中任何一相中的聲速。

流量管的振動產生以流量計的驅動頻率沿橫向振動的聲波。在流體中的聲速較高時，例如在單相流中，用于穿過圓形導管的橫向聲波的第一聲模處于遠遠高于驅動頻率的頻率之下。但是，在聲速由于液體中加入了氣體而下降時，聲模的頻率也會下降。在聲模和驅動模式的頻率接近時，就會由于驅動模式對聲模的偏共振激勵而導致流量計的誤差。

對于低頻流量計和典型的過程壓力來說，聲速的影響在多相流中是存在的，但是通常相對于流量計的具體精度來說是可以忽略的。但是，對于在低壓下用多泡流體工作的高頻科里奧利流量計來說，聲速可能就會低到足以由于驅動模式和流體振動模式之間的相互作用而造成明顯的測量誤差。