CN103123294B - 一种鉴别多相流流型的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种鉴别多相流流型的方法。本发明的鉴别管道中多相流流型的方法，包括如下步骤：检测待测管道中多相流流动时产生的声音信号，若所述声音信号平稳，则所述多相流的流型为分层流流型，若所述声音信号波动剧烈，则所述多相流的流型为间歇流流型。现有技术中缺乏对不可视管道中油-气混输的多相流流型的鉴定方法，仅有的一两种方法的检测结果也不十分准确。而本发明方法检测结果准确，且操作方便。

Description

一种鉴别多相流流型的方法
技术领域
本发明涉及一种鉴别多相流流型的方法。
背景技术
随着当今石油输送技术的发展，现在的油气管道也不仅仅是输送单相流体了，而是更多的涉及到输送多相流体。因此，随之而来的便是对多相输送技术的研究。然而，多相输送技术中的首要难题是如何辨识多相流体在流动过程中的流型。在油气混输管道中，不同气-液流型下管道内的压降规律以及涉及管道内的蜡沉积规律都有着明显的差异。因此要研究不同流型下的压降规律和蜡沉积规律，就必须首先对气液混合物的流型进行准确的辨识。然而，在实际的管道输送过程中，由于气-液两相流体是在不可视条件下流动的，所以很难仅仅从某个流动参数来判断气-液两相流动的流型。目前国内外尚无这方面的系统研究。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种鉴别多相流流型是分层流流型还是间歇流流型的方法。
本发明所提供的鉴别多相流流型是分层流流型还是间歇流流型的方法，包括如下步骤：检测待测管道中多相流流动时产生的声音信号，若所述声音信号平稳，则所述多相流的流型为分层流流型，若所述声音信号波动剧烈，则所述多相流的流型为间歇流流型。
上述方法中，所述多相流为气-液两相流，具体为油-气两相流。
上述方法中，所述声音信号平稳优选为如下情况：所述声音信号的各振幅强度值与振幅强度平均值的差值均不超过振幅强度平均值的25％。
上述方法中，所述声音信号波动剧烈优选为如下情况：所述声音信号的至少一部分振幅强度值与振幅强度平均值的差值大于等于振幅强度平均值的33％。
上述方法中，所述声音信号波动剧烈更优选为如下情况：间歇流产生的声音信号振幅波动呈周期性。
上述方法中，所述声音信号的各振幅强度值优选地按照包括如下步骤的方法得到：用声音采集器采集所述声音信号，将采集到的声音信号用声音处理软件进行处理，得到以采集时间为横坐标、以数字量化的声音信号的振幅强度值为纵坐标的振幅图谱，即得到所述声音信号的各振幅强度值；
所述用声音采集器采集所述声音信号的方法包括如下步骤：将声音采集器的采集端放置在所述待测管道的多相流进口处的管道外壁处，然后进行声音信号采集；
所述振幅强度平均值是通过所述声音处理软件计算出来的。
上述方法中，所述用声音采集器采集所述声音信号的方法中，还包括用保温层和隔音棉将声音采集器的采集端与所述管道外壁紧密包裹的步骤。
上述方法中，所述用声音采集器采集所述声音信号的方法中，声音采集的频率为大于等于44100Hz；所述将采集到的声音信号用声音处理软件进行处理中，量化级为16位。
上述方法中，所述声音采集的时间为2分钟-3分钟。
现有技术中缺乏对不可视管道中油-气混输的多相流流型的鉴定方法，仅有的一两种方法的检测结果也不十分准确。而本发明方法检测结果准确，且操作方便。
本发明的声波法对信号的采集频率极高，可以即时地反应出流体的实际流动情况，其对流型的判别更加准确(相对于差压法)。而且该方法操作简便，实验装置简单，效率高，辨别结果准确。本发明为油-气混输的研究奠定了基础，不仅能够填补国内在不可视条件下的气-液两相流动流型辨识领域的空白，产生良好的效益，而且对海底含蜡原油混输管道的安全运行具有重要的指导作用。
附图说明
图1为声音采集系统采集到的声音信号图，A分层流流型，B间歇流流型.
图2为声音信号振幅图，A分层流流型，B间歇流流型。Vsl：液体折算速度，Vsg：气体折算速度。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明方法的原理：气-液两相流在不同流型下流动时，由于流动状态的不同，会导致流动过程中产生的声波信号不同。根据不同流型的流动特点，当气-液两相流流型为分层流时，气相在管道上部流动，液相在管道下部流动，流动稳定，声音信号平稳；当气液两相流型为间歇流时，整个管道中液塞与气塞顺序流动，声音信号波动剧烈，声音信号出现明显的周期性波动特性。
实施例1、检测油-气两相流的流型-分层流
1、制造油-气两相流的分层流流型
向管道内通入原油，通过调节液体折算速度和气体折算速度，使液体折算速度为0.0626m/s，气体折算速度为6.5m/s，以产生分层流流型。
2、本发明方法检测流型
(1)方法
将声音采集器(如麦克风)的采集端放置在油-气两相流流动的管道的流型测试段的进口处的管道外壁处，用保温层和隔音棉将麦克风的采集端与管道外壁紧密包裹，以防止外界环境中声音的干扰。将麦克风与电脑连接，应用专业的声音处理软件AdobeAudition 3.0显示处理采集的声音信号。声音采集时间为2分钟。若采集到的声音信号平稳，则判定多相流的流型为分层流流型。
优选地，通过软件操作，得出以采集时间为横坐标、以数字量化的声音信号的振幅强度值为纵坐标的振幅图谱，简称振幅图谱。从振幅图谱中读出各振幅强度值，通过软件计算出振幅强度平均值，进而确定各个振幅强度值与平均值的差值是否不超过平均值的25％，若不超过，则确定待测流型为分层流流型。
声音信号采集参数设定如下：
①采样频率：44100Hz；
②量化级：16位；
③通道个数：立体声(双声道)；
④格式：Wav格式。
(2)结果
采集到的声音信号图如图1A所示，声音信号振幅图谱如图2A所示。图1A和图2A的结果显示，声音信号平稳，且振幅强度波动很小，各振幅强度值与平均值的差值不超过25％，因此确定所测流型为分层流流型。
3、对照：差压法
方法：将差压表与测试段两端连接，从而测量差压。结果：差压变化平稳(没有较大的波动)，确认是分层流流型。
实施例2、检测油-气两相流的流型-间歇流
1、制造油-气两相流的间歇流流型
向管道内通入原油，通过调节液体折算速度和气体折算速度，使液体折算速度为1.252m/s，气体折算速度为5m/s，以产生间歇流流型。
2、本发明方法检测流型
(1)方法
声音采集及处理方法与实施例1中一致。不同的是，采集时间为3分钟。流型判别方法如下：若采集到的声音信号波动剧烈，则判定多相流的流型为间歇流流型。
优选地，通过软件操作，得出以采集时间为横坐标、以数字量化的声音信号的振幅强度值为纵坐标的振幅图谱，简称振幅图谱。从振幅图谱中读出各振幅强度值，通过软件计算出振幅强度平均值，进而确定各个振幅强度值与平均值的差值是否大于等于平均值的33％，若是，则确定待测流型为间歇流流型。
声音信号采集参数设定如下：
①采样频率：44100Hz；
②量化级：16位；
③通道个数：立体声(双声道)；
④格式：Wav格式。
(2)结果
采集到的声音信号图如图1B所示，声音信号振幅图谱如图2B所示。从图2中可知，声音信号波动剧烈，振幅强度值与平均值的差值超过33％，因此确定所测流型为间歇流流型。
3、对照：差压法
方法：将差压表与测试段两端连接，从而测量差压。结果：差压变化波动较大，有周期性波动的特点，确定为间歇流流型。
声波法与差压法相比，具有如下优点：
(1)采集频率
本发明方法中声音信号的采集频率为44100Hz，远高于差压信号的采集频率，在间歇流流型中，流体流动变化迅速，高的采集频率更能准确的反映流体的真实流动情况，因此，采用声音信号分析的方法能更好地对流型加以辨识。
(2)振幅变化
在同一时域下对于间歇流流型，声波法得到的振幅图谱中振幅波动非长明显，明显得符合“各个振幅强度值与平均值的差值大于等于平均值的33％”，容易判断，且声波法振幅图谱中能非常清晰地看出声音信号的振幅的周期波动特性，这就明显的显示了流体流动的周期波动特性，非常容易判别是否是间歇流。而差压信号虽然能大致看出流体流动的周期性波动特性，但其观察效果远不及声音信号分析的结果，从声音波动曲线可以非常清晰地看出流动的周期波动特性。
(3)段塞频率
在现有的间歇流流动特性的研究中，将单位时间内流经某一管道截面处的液塞个数定义为段塞频率。段塞频率的确定一直是段塞流流动特性研究的重点之一，如何准确地确定段塞频率至关重要。从声音信号与差压信号的对比图中可以发现，差压信号的波动较为杂乱，不易确定在某一时间内由液塞通过时造成的差压峰值的个数，因此，如果仅仅采用差压信号来进行段塞频率的确定，那么其结果显然是不够准确的。然而，从声音信号与差压信号的对比中也能发现，由于声音信号采集频率极高，其不但能准确地反映出流动的周期波动特性，而且还能通过及时地捕捉由液塞通过时造成的声音信号的振幅变化来准确地确定出段塞频率。

Claims (7)

1.一种鉴别多相流流型是分层流流型还是间歇流流型的方法，包括如下步骤：检测待测管道中多相流流动时产生的声音信号，若所述声音信号平稳，则所述多相流的流型为分层流流型，若所述声音信号波动剧烈，则所述多相流的流型为间歇流流型；
所述声音信号平稳是指所述声音信号的各振幅强度值与振幅强度平均值的差值均不超过振幅强度平均值的25％；
所述声音信号波动剧烈是指所述声音信号的至少一部分振幅强度值与振幅强度平均值的差值大于等于振幅强度平均值的33％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多相流为气-液两相流。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述气-液两相流为油-气两相流。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述声音信号的各振幅强度值按照包括如下步骤的方法得到：用声音采集器采集所述声音信号，将采集到的声音信号用声音处理软件进行处理，得到以采集时间为横坐标、以数字量化的声音信号的振幅强度值为纵坐标的振幅图谱，即得到所述声音信号的各振幅强度值；
所述用声音采集器采集所述声音信号的方法包括如下步骤：将声音采集器的采集端放置在所述待测管道的多相流进口处的管道外壁处，然后进行声音信号采集。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述用声音采集器采集所述声音信号的方法中，还包括用保温层和隔音棉将声音采集器的采集端与所述管道外壁紧密包裹的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述用声音采集器采集所述声音信号的方法中，声音采集的频率为大于等于44100Hz；所述将采集到的声音信号用声音处理软件进行处理中，量化级为16位。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述声音采集的时间为2分钟-3分钟。
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