[發(fā)明專利]一種超臨界流體相平衡的檢測(cè)方法和系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210601317.5
• 申請(qǐng)日: 2022-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN115078529A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任聰靜;張鵬;范小強(qiáng);嚴(yán)翔;陳毓明;孫婧元;楊遙;蔣斌波;王靖岱;陽(yáng)永榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)寧波“五位一體”校區(qū)教育發(fā)展中心
• 主分類號(hào): G01N29/02
• 分類號(hào): G01N29/02;G01N29/024;G01N29/44
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發(fā)明公開了一種超臨界流體相平衡的檢測(cè)方法及裝置，通過非侵入式主動(dòng)與被動(dòng)式采集超臨界流體系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的聲波信號(hào)，并對(duì)聲波信號(hào)進(jìn)行系列處理，從而得到系列特征量對(duì)超臨界流體相平衡狀態(tài)進(jìn)行表征。本發(fā)明所采用的聲波檢測(cè)是一種非侵入式檢測(cè)方法，檢測(cè)裝置簡(jiǎn)單、安全、環(huán)保，適用于工業(yè)生產(chǎn)過程的在線檢測(cè)，并填補(bǔ)了相關(guān)檢測(cè)領(lǐng)域的空白。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超臨界流體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超臨界流體相平衡的檢測(cè)方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在化工領(lǐng)域中，很多重要的化工過程都會(huì)涉及到高壓操作(壓力甚至大于1000bar)，如低密度聚乙烯的制備、合成氨、合成甲醇、加氫過程等。此外，石油/天然氣開采、存儲(chǔ)、輸送等過程亦會(huì)涉及到高壓過程。考慮到高壓條件下，流體可能進(jìn)入超臨界狀態(tài)，流體的物化性質(zhì)較常規(guī)狀態(tài)存在顯著差異，因此實(shí)現(xiàn)超臨界流體物化性質(zhì)(相平衡、擴(kuò)散系數(shù)、黏度等)的檢測(cè)就顯得極為重要。但由于流體的超臨界狀態(tài)往往處于相態(tài)轉(zhuǎn)變點(diǎn)附近，該區(qū)域內(nèi)的相行為對(duì)操作條件極度敏感(如溫度、壓力等)，較一般高壓狀態(tài)下的相行為更為復(fù)雜多變，因此目前關(guān)于超臨界流體的研究在模擬計(jì)算方面較多(如中國(guó)專利ZL201380056025.7)，在實(shí)驗(yàn)測(cè)量方面則較少。

因此，建立一種表征超臨界流體系統(tǒng)內(nèi)相平衡特征的檢測(cè)方法和系統(tǒng)仍然是該領(lǐng)域的一大難題。本發(fā)明希望采用非侵入式的被動(dòng)式聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，通過主動(dòng)式與被動(dòng)式聲波傳感器獲取超臨界系統(tǒng)內(nèi)的聲波信號(hào)并進(jìn)行分析，建立一種超臨界流體系統(tǒng)內(nèi)相平衡特征的非侵入檢測(cè)方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種超臨界流體相平衡特征的檢測(cè)方法及裝置。通過非侵入式采集超臨界流體系統(tǒng)內(nèi)的聲信號(hào)并加以分析，提取出聲信號(hào)特征量，以表征超臨界流體系統(tǒng)的相平衡特征(如相界面位置)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明提供了一種超臨界流體相平衡的檢測(cè)方法，其包括以下步驟：

(1)在待測(cè)超臨界流體系統(tǒng)底部設(shè)置一聲源激勵(lì)，用以產(chǎn)生幅值、頻率可調(diào)且明確的聲波信號(hào)；

(2)在待測(cè)超臨界流體系統(tǒng)側(cè)壁設(shè)置至少2個(gè)聲波傳感器，用以捕捉聲源激勵(lì)產(chǎn)生的聲波信號(hào)或待測(cè)系統(tǒng)內(nèi)流體狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的聲波信號(hào)；

(3)對(duì)采集的聲波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，去除噪聲；

(4)對(duì)去噪后的聲波信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到系列表征超臨界流體相平衡特征的特征參數(shù)；

其中，當(dāng)待測(cè)超臨界流體系統(tǒng)底部的聲源激勵(lì)工作并產(chǎn)生聲波信號(hào)時(shí)，利用側(cè)壁的聲波傳感器接收自聲源產(chǎn)生并流經(jīng)超臨界流體的聲波信號(hào)，并進(jìn)行處理，得到信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)頻率、信號(hào)離散程度作為特征參數(shù)；同時(shí)，將接收得到的聲波信號(hào)與聲源信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，得到聲波速度作為特征參數(shù)；

當(dāng)待測(cè)超臨界流體系統(tǒng)底部的聲源激勵(lì)未進(jìn)行工作時(shí)，利用側(cè)壁的聲波傳感器接收超臨界系統(tǒng)相態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的聲波信號(hào)，并進(jìn)行處理，得到信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)頻率、信號(hào)離散程度作為特征參數(shù)；

(5)根據(jù)聲信號(hào)特征參數(shù)得到判定因子AF；

所述的判定因子AF，其定義為：

AF＝2*abs(x_n+1-x_n)/(x_n+1+x_n)

式中，abs表示取絕對(duì)值，x_n+1為第n+1個(gè)傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)得到的聲信號(hào)特征參數(shù)，x_n為第n個(gè)傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)得到的聲信號(hào)特征參數(shù)；第n+1個(gè)傳感器和第n個(gè)傳感器為高度方向上相鄰的兩個(gè)傳感器；

在時(shí)間尺度上，根據(jù)AF是否發(fā)生突變判斷相平衡是否發(fā)生改變；在空間尺度上，根據(jù)AF隨待測(cè)系統(tǒng)高度變化的突變判斷相界面位置；