[發明專利]使用近場微波的流測量

有效

• 申請號: 201080014380.4
• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN102369417A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 法比安·溫格
• 申請（專利權）人: 羅斯蒙德公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66;G01F1/74
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 潘劍穎

技術領域

本發明涉及工業過程控制監視系統。更具體地，本發明涉及對工業過程的多相流的測量。

背景技術

工業過程被用于各種流體和成分的制造和提煉。示例包括油的提煉和分配、紙漿制造等等。在許多例子中，需要測量過程流體的流速。可以利用各種技術來測量流速，包括孔板差壓降，渦流感測技術、基于磁的技術以及其他技術。然而，對整體多相過程流體(非同質的、且可以包含不止一種相態(諸如氣、液或固態)的不同材料的過程流體)的流速的測量存在問題。

因此，一直需要提供用于確定多相過程流體的流速的測量技術。

發明內容

用于測量過程流體的流速的流量計包括被配置為生成微波信號的微波源。探頭針耦合到微波源，并且在靠近過程流體的近場中。探頭針被配置為將微波信號施加到過程流體。耦合到探頭針的微波探測器被配置為探測來自過程流體的響應于施加的微波信號的近場微波。流計算電路根據探測到的微波信號來確定過程流體的流速和/或構成。

附圖說明

圖1是示出用于控制或者監視工業過程的系統的簡化示圖，該系統包括用于測量多相過程流體的流速和構成的流測量設備。

圖2是圖1的流設備的部件的簡化示圖。

圖3是示出在確定多相過程流體的流速和構成中使用的步驟的簡化流程圖。

具體實施方式

許多工業過程操作多相過程流體。如在背景技術部分討論的，很難精確地測量多相過程流體的流速。利用多相過程流體的過程的一個例子是石油生產。具體地，使用先進的恢復技術的石油生產可以利用多相流體。對現有油井的輸出進行提高的需求和難度增大的當前趨勢已經導致使用注水和注入蒸汽來作為從具有中等生產能力的油井獲取油的措施。

這種井的石油產品以水、油、天然氣和沙子的多相混合物為特征。為了監視這種井的流速，存在使用伽馬射線、IR、微波和超聲傳感器的、通常與機械分離系統相結合的多種多相流測量技術，所述機械分離系統創建笨重而昂貴的工程。

發射線源由于它們在產品中的處理常常不受青睞。此外，在壽命結束時的處理會引起潛在的危險。光/IR方法可能遭受光部分的靈敏度受到臟環境影響的問題。超聲傳感器盡管具有吸引人的分辨率的特性，但是類似地可能受到沙子、泥土的影響，導致高的損耗或高的功率要求。盡管每種方法具有其優點，但是微波可以更有效地用于表征多相流。

已經存在通過使用微波的電解質測量來表征多相流的現有努力。該方法的基礎常常被視作下述“逆”問題：給定構成要素的(復)介電常數ε_1，2，3以及混合物的形狀特性，可以如何根據混合物的介電常數ε_mix來計算體積比例。從多端口測量或者共振模式的頻移或品質因素來獲取混合物的介電常數ε_mix(例如，參見http://www.agarcorp.com/，EP0495849B1，和WO2007109772A2)。

然而，該方案面臨許多問題。一個問題在于構成要素(例如，水)的介電常數對于微波存在色散，并且需要針對溫度和可溶解的并如圖1所示在頻率超過1GHz時導致嚴重損耗的離子物(鹽、酸)的微小差異進行補償。

表1

更具挑戰性的是形狀特征。因為存在許多實驗，似乎近似存在許多針對形狀依賴關系的理論表達式(參見，例如，Klaus?Kupfer(ed.)Electromagnetic?Aquametry”，Springer，2005；J.B.Hasted，“Aqueous?Dielectric”，Champman?and?Hall，1973；以及Ari?Sihvola，“Electromagnetic?mixing?formulas?and?applications”，IEE，1999)。這可以指示這種系統的測量性能的界限。