[發(fā)明專利]基于直通型氣體超聲波流量計(jì)的濕氣流量測(cè)量方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310288590.8
• 申請(qǐng)日: 2013-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN103353319A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐英;張濤;陳陽;袁超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01F1/66
• 分類號(hào): G01F1/66
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于兩相流量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種直通式氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量濕氣的方法。

背景技術(shù)

濕氣通常是指氣相為連續(xù)相，液相為離散相的氣液兩相流。美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)ASME將其界定為L(zhǎng)ockhart-Martinelli參數(shù)（簡(jiǎn)稱L-M參數(shù)）X小于0.3的氣液兩相流。濕氣普遍存在于自然界與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，如常規(guī)天然氣田井口產(chǎn)出氣（濕天然氣）、煤層氣、濕飽和蒸汽以及頁巖氣等均屬濕氣。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)濕氣不分離計(jì)量的要求越來越高。然而已有研究表明，濕氣流量測(cè)量問題非常復(fù)雜，檢測(cè)難度很大，利用傳統(tǒng)的單相氣體流量計(jì)直接測(cè)量濕氣流量，會(huì)因液相的影響而產(chǎn)生一定的誤差，甚至無法正常工作。因此濕氣測(cè)量在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)都將是流量測(cè)量領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向和研究熱點(diǎn)。

氣體超聲波流量計(jì)的研制起步于二十世紀(jì)七十年代中期，近年來在天然氣計(jì)量領(lǐng)域發(fā)展迅速，我國(guó)的“西氣東輸”天然氣工程干線上應(yīng)用了大量的氣體超聲波流量計(jì)。與傳統(tǒng)的單相流量計(jì)相比，氣體超聲流量計(jì)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：量程比大、基本無壓損、重復(fù)性高、無可動(dòng)部件、可測(cè)雙向流和精度較高等方面。上世紀(jì)九十年代中后期，國(guó)外研究人員和研究機(jī)構(gòu)展開了氣體超聲波流量計(jì)用于濕氣流量測(cè)量的研究。2000年，Zanker和Brown針對(duì)水平安裝的多聲道氣體超聲波流量計(jì)濕氣測(cè)量進(jìn)行研究^[3]。研究結(jié)果表明，氣體超聲波流量計(jì)用于濕氣測(cè)量時(shí)，測(cè)量結(jié)果高于等量氣相單獨(dú)流過時(shí)的測(cè)量值，即存在虛高現(xiàn)象，且虛高的大小，即測(cè)量誤差，與濕氣中含液率之間的關(guān)系表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。與其他流量計(jì)（差壓式、渦街）相比，超聲波流量計(jì)的主要優(yōu)勢(shì)是測(cè)量誤差較小，在體積含氣率為1%情況下，誤差值小于5%，而文丘里在相同條件下誤差達(dá)到10%。2007年開始，美國(guó)CiDRA、Weatherford、Instromet等公司等開始嘗試將氣體超聲波流量計(jì)與節(jié)流式流量計(jì)進(jìn)行組合實(shí)現(xiàn)濕氣的氣液兩相流量測(cè)量。

文獻(xiàn)研究表明，超聲波流量計(jì)用于濕氣測(cè)量，通常存在以下特點(diǎn)：首先，濕氣測(cè)量特性受流型的影響較大，在分層流和環(huán)霧狀流時(shí)具有較好的測(cè)量特性，目前用于濕氣測(cè)量的超聲波流量計(jì)大都是工作在分層流和環(huán)霧狀流下，顯著特征是虛高（即測(cè)量誤差）值小，虛高與液相含率的關(guān)系規(guī)律性較好，在一定液相含率范圍內(nèi)，測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性較好，因此通常采用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的方法建立虛高與液相的關(guān)系模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣相測(cè)量結(jié)果的修正。盡管如此，與差壓類流量計(jì)不同，由于不同公司的超聲波流量計(jì)有不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如探頭數(shù)目、聲道布置形式、插入方式等各不相同，因此進(jìn)行濕氣測(cè)量時(shí)，采用實(shí)流實(shí)驗(yàn)擬合方法得到的虛高修正公式形式差異性較大，無可比性，也不具有較好普適性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種簡(jiǎn)單易用，具有良好的普適性，適用于對(duì)水平圓管中環(huán)霧狀流條件下的氣相流量預(yù)測(cè)的濕氣測(cè)量方法。本發(fā)明利用直通式氣體超聲波流量計(jì)濕氣測(cè)量的虛高流量值，依據(jù)基于截面含氣率方法的虛高模型，對(duì)直通式氣體超聲波流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正，采用如下技術(shù)方案：

一種基于直通型氣體超聲波流量計(jì)的濕氣流量測(cè)量方法，包括下列步驟：（1）在需要進(jìn)行濕氣流量測(cè)量的水平管道上固定直通型氣體超聲波流量計(jì)；（2）利用所述的流量計(jì)測(cè)量濕氣流量，測(cè)得虛高流量Qt_p；（3）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ颓蟮媒孛婧瑲饴师?；?）對(duì)虛高流量進(jìn)行修正，得到修正后的氣相流量值

作為優(yōu)選實(shí)施方式，其中的截面含氣率的截面含氣率x為質(zhì)量含氣率；ρ_l，ρ_g分別為液相密度和氣相密度；μ_l，μ_g分別為液體粘度和氣體粘度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的技術(shù)效果：

在具有一定的物理意義并保證測(cè)量精度的前提下合理簡(jiǎn)化了復(fù)雜流場(chǎng)的條件，得到直通式氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量濕氣的虛高與截面含氣率的單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，提出了一種可以直接計(jì)算虛高的方法，從而進(jìn)行濕氣測(cè)量結(jié)果的修正。本發(fā)明與現(xiàn)有擬合方案相比，避免了需要大量實(shí)流數(shù)據(jù)擬合公式的工作量，可以利用測(cè)量或通過經(jīng)驗(yàn)公式估算出的截面含氣率信息直接計(jì)算流量計(jì)的測(cè)量虛高，并借此修正偏大的氣相流量測(cè)量結(jié)果。

附圖說明

圖1單聲道直通式氣體超聲波流量計(jì)示意圖。

圖2（a）單聲道直通式氣體超聲波流量計(jì)濕氣測(cè)量俯視圖。

圖2（b）單聲道直通式氣體超聲波流量計(jì)濕氣測(cè)量左視圖。

圖3基于Armand-Massina截面含氣率模型的單聲道直通式氣體超聲波流量計(jì)濕氣流量測(cè)量誤差。