CN111323102A - 一种气液两相科氏力质量流量计误差校准装置及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液两相科氏力质量流量计误差校准装置及校准方法，所述装置包括液相系统、气相系统、气液混合系统与采集系统；液相系统包括称重罐、温度变送器、液体电磁流量计、气动调节阀、换向器、压力变送器、稳压罐、水泵和水池；气相系统安装在气体管道上，包括：压缩空气瓶、压力变送器、温度变送器、气体质量流量计、手动调节阀和柔性软管；气液混合系统与被校准微弯型科氏力质量流量计连接，包括气液混合腔、管道及管件；气液混合腔分别与气体质量流量计和液体电磁流量计连接；采集系统，采集并记录流经标准表的水量、气量及被校准仪表上的气液两相计量数据，利用水量和气量值配合调节阀调控混合后流体的流量和气体液体的体积比。

Description

一种气液两相科氏力质量流量计误差校准装置及校准方法

技术领域

本发明属于流体输送计量技术领域，尤其涉及一种气液两相科氏力质量流量计误差校准装置及校准方法。

背景技术

在现代工业生产过程中，为进行有效的生产作业和控制，需要测量生产过程中各种介质的参数，流量测量是其中非常重要的一个参数。尤其在提倡节能降耗的今天，只有精确测量介质的流量，才能真正意义上做到取之有度，用之有节。

科氏力质量流量计广泛应用于液体计量中，为流体的输送计量提供了重要手段，但目前还没有在油气、油气水混合物等多相流计量方面中广泛应用。对于天然气、油气液混合物外输管线来说，由于其温度、压力不稳定，特别是在油气生产井外输管线里面，不仅压力、温度不稳定，杂质的含量经常变化，密度在不同生产状况下也有所不同，这给输送计量带来很大麻烦。

油气液两相流是石油石化行业常见的流体，其流动极其复杂，相间存在相对速度和界面效应，是世界公认的难测流体。科氏力质量流量计能直接测量流体的流量，在国内石油石化行业有了一定的应用，但是在计量气液两相流方面仍然受到限制，因此，研究含气率对科氏力质量流量计测量精度的影响规律，扩大科氏力质量流量计测量气液两相流的含气范围意义重大。

已有的与本发明最相近的实现方案：

(1)用大弯管型科氏力质量流量计测量气液两相流，大弯管型科氏力质量流量计振动频率较低，检测管振幅较大，但这种形状的流量管易积存气体和残渣，从而引起附加误差，且整机的重量和尺寸大，应用范围受限。

(2)传统的方法是将油气两相分离，分别进行气相和液相的流量计量。

(3)现有气液两相校准技术是通过信号处理的方法提取两路正弦振动信号的相位差，进行时域分析或频域分析。

上述技术存在的缺点是：

大弯管型科氏力质量流量计测量气液两相流，流量计的体积大，传感器信号处理算法响应速度慢，应用范围受限。

分离器不仅庞大笨重，而且价格昂贵，不能应用于所有工作平台。

现有气液两相校准技术因为使用被检表检测出来的值，直接从振动信号源头开始改变计量算法，没有使用被检表显示的流量值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种气液两相科氏力质量流量计误差校准装置及校准方法。

本发明的目的通过以下的技术方案来实现：

一种气液两相科氏力质量流量计误差校准装置，包括：液相系统、气相系统、气液混合系统与采集系统；

所述液相系统安装在液体管道上，包括称重罐、温度变送器、液体电磁流量计、气动调节阀、换向器、压力变送器、稳压罐、水泵和水池；

所述气相系统安装在气体管道上，包括：压缩空气瓶、压力变送器、温度变送器、气体质量流量计、手动调节阀和柔性软管；

所述气液混合系统与被校准微弯型科氏力质量流量计连接，包括气液混合腔、管道及管件；所述气液混合腔分别与气体质量流量计和液体电磁流量计连接；

所述采集系统，用于采集并记录流经标准表的水量、气量及被校准仪表上的气液两相计量数据，利用标准表显示的水量和气量值配合调节阀调控混合后流体的流量和气体液体的体积比，从而得到需要的混合流体。

一种气液两相科氏力质量流量计误差校准方法，包括：

A通过气液混合腔将液体和气体充分混合；

B调节气体质量流量并控制液体的流量，使气体压力和液体压力相等；

C通过气体质量流量计和液体电磁流量计测定获得气体流量和液体流量，并以气体质量流量计和液体电磁流量计读数之和作为混合后的流量；

D通过采集系统采集并记录流经气体质量流量计的流量，及采集科氏力质量流量计拾振器输出的两路信号，获得液相的流量；采集被校准仪表上的流量数据，根据混合流体流量的气体体积比，计算出被校准仪表所实际的气体和液体流量，以便于和被校准仪表显示的数值进行对比从而能校准被校准仪表；

E对比气体和液体的流量，得出被校微弯型科氏力质量流量计的误差。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

相比于单向流，气液两相流的流型复杂多变，使传感器信号波动剧烈的因素十分复杂，很难从机理方面进行分析，所以，本发明提供了一种气液两相科氏力质量流量计误差校准装置。进行计算对比可得知被校微弯型科氏力质量流量计的误差，可实现能够同时对液量误差和气量误差进行校准，通过一种高精度、高可靠性、高效率的两相计量校准装置，提高了气液两相实验的可靠性。本装置方便维修，调控混合后流体的流量和气体液体的体积比，从而得到需要的混合流体，提高气液两相实验的可靠性。

附图说明

图1是气液两相科氏力质量流量计误差校准装置结构示意图；

图2是气液两相科氏力质量流量计误差校准方法流程图。

具体实施方式

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种气液两相科氏力质量流量计误差校准装置及方法，本装置包括液相系统、气相系统、气液混合系统和采集系统，被校准微弯型科氏力质量流量计与气液混合系统串联连接。通过采集系统采集并记录流经标准表的水量、气量以及被校准装置上的气液两相计量数据，调控混合后流体的流量和气体液体的体积比，从而得到需要的混合流体，然后进行计算对比可得知被校微弯型科氏力质量流量计的误差，可实现能够同时对液量误差和气量误差进行校准，通过一种高精度、高可靠性、高效率的两相计量校准装置，提高了气液两相实验的可靠性。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，为气液两相科氏力质量流量计误差校准装置，包括液相系统、气相系统、气液混合系统和采集系统；液相系统由称重罐5、温度变送器、液体电磁流量计9、气动调节阀、换向器4、压力变送器、稳压罐10、水泵、水池等组成；气动调节阀安装在液体管道靠近入口端处，液体电磁流量计安装在气动调节阀的前段。气相系统包括压缩空气瓶1、气体质量流量计2、手动调节阀和柔性软管；手动调节阀安装在气体质量流量计后段。气液混合系统包括气液混合腔8、被校准微弯型科氏力质量流量计、管道及管件；控制系统由电脑软件控制；采集系统由采集软件及信号线组成，液体电磁流量计和气体质量流量计上均安装有脉冲发讯器，采集系统通过信号线分别与液体电磁流量计和气体质量流量计的脉冲发讯器连接，用于接收并记录液体电磁流量计、气体质量流量计和被校准装置的流量数据；通过采集系统采集并记录流经标准表的水量、气量以及被校准装置上的气液两相计量数据，调控混合后流体的流量和气体液体的体积比，从而得到需要的混合流体，然后进行计算对比可得知被校微弯型科氏力质量流量计的误差，可实现能够同时对液量误差和气量误差进行校准。

上述换向器4通过闸阀6与被检表7连接；所述称重量器5设置在水池12的上端；所述稳压罐10与水泵3连接，并通过水泵与所述水池连接。

液相系统安装在液体管道上，液体管道法兰安装在液体管道入口端，气液混合腔入口安装在液体管道出口端，气体管道出口端连接到液体管道中部，即气液混合腔前段，气相系统安装在气体管道上。气体经压缩空气瓶稳压后，经柔性软管和气体质量流量计进入气液混合腔，液体从液体管道进入到气液混合腔。工作时，启动空气压缩机和水泵，先缓慢打开气相系统上的手动调节阀，气体从压缩空气瓶中流出后经柔性软管依次流过气体质量流量计和手动调节阀进入到气液混合腔。再缓慢打开气动调节阀避免溢流至气相中的柔性软管，液体从水池经水泵抽出后，经稳压罐稳压后流经液体电磁流量计，然后经气动调节阀进入气液混合腔，在气液混合腔中，液体和气体充分混合，最后流出气液混合腔出口，使整个流程达到平衡状态。通过手动调节阀调节气体的质量流量到一定的数值，控制系统控制液体的流量，使水压不会溢流至气相系统的柔性软管中，气体压力和液体压力相等，由于气液混合时气体不被压缩，根据气体质量流量计和液体电磁流量计测定获得气体流量和液体流量，以气体质量流量计和液体电磁流量计读数之和作为混合后的流量，通过液体流量调节阀和气体流量调节阀调节气体和液体的流量，从而得到流量精确调控的混合流体。通过采集系统采集并记录流经气体质量流量计的流量，还需要通过信号线采集科氏力质量流量计拾振器输出的两路信号，从而获得液相的流量，同时采集被校准装置上的流量数据，根据所需混合流体的气体体积比，计算出气体和液体的流量，然后进行计算对比可得知被校科氏力质量流量计的误差，可实现能够同时对液相误差和气相误差进行校准。

上述液体电磁流量计和气体质量流量计都为标准表。

如图2所示，本实施例还提供过了一种气液两相科氏力质量流量计误差校准方法，该方法包括以下步骤：

步骤10通过气液混合腔将液体和气体充分混合；

步骤20调节气体质量流量并控制液体的流量，使气体压力和液体压力相等；

步骤30通过气体质量流量计和液体电磁流量计测定获得气体流量和液体流量，并以气体质量流量计和液体电磁流量计读数之和作为混合后的流量；

步骤40通过采集系统采集并记录流经气体质量流量计的流量，及采集科氏力质量流量计拾振器输出的两路信号，获得液相的流量；采集被校准仪表上的流量数据，根据所需混合流体流量的气体体积比，计算出被校准仪表所实际的气体和液体流量，以便于和被校准仪表显示的数值进行对比从而能校准被校准仪表；

步骤50对比气体和液体的流量，得出被校微弯型科氏力质量流量计的误差。

上述混合流体的调控模式有手动调控和自动调控两种，手动调节模式为需要人工不断调整气相和液相系统的两个调节阀以调配需要的混合流体，而自动调控模式为利用前期经过实验采集的混合液体对应的气相和液相系统的调节阀开度建立了专家系统知识库以在输入需要混合气体种类后能自动控制调节阀。

上述采集系统基于Labview软件框架，利用VISA程序模块通过RS-485接口分别查询标准表和被检表输出的瞬时质量流量；利用DAQmx程序模块通过数据采集卡同步采样被检表检测线圈的电压值；基于TensorFlow深度学习框架，构建循环神经网络模型。以被检表检测线圈电压值为模型输入特征量或对数据进行合适的预处理提出更为有效特征量，标准表输出的瞬时流量值为模型输出参考量，反馈模型输出值与后者之差，在大量数据驱动下训练模型参数并优化网络结构。最后基于贝叶斯数据融合技术对多个模型进行数据融合从而得到质量流量的最优估计值以及降低模型的过拟合。

上述采集系统利用深度学习法，单向流的质量和作为训练模型的标准值，被检表的输出的振动信号作为输入信号，只要有流量通过，质量流量计会产生两路正弦的振动信号。用深度学习来训练模型，对于一个模型来说，设计好它的框架，然后给它提供数据(有输入数据，有输出的数据)，通过梯度下降法修正模型的参数来训练模型。输入的是被检表的信号，输出的是混合的两相流质量流量，也就是说，输入的数据和输出的数据肯定是有差别的，通过这个模型来进行不断的修正，这种方法与传统的方法不同，因为完全没有使用被检表检测出来的值，直接从振动信号源头开始改变这个计量算法，就是没有使用被检表显示的流量值，实验之所以采集下来只是为了方便对比，训练的时候调整的是模型结构上的参数，相当于在设计一个函数f(x)，最后通过不断的修正，这个模型就已成熟，后期不需做实验，只要输入数据，x和y都给定，就可以得到输出的数据，深度学习可以看作一个功能更加强大的拟合。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种气液两相科氏力质量流量计误差校准装置，其特征在于，所述装置包括液相系统、气相系统、气液混合系统与采集系统；

所述液相系统安装在液体管道上，包括称重罐、温度变送器、液体电磁流量计、气动调节阀、换向器、压力变送器、稳压罐、水泵和水池；

所述气相系统安装在气体管道上，包括：压缩空气瓶、压力变送器、温度变送器、气体质量流量计、手动调节阀和柔性软管；

所述气液混合系统与被校准微弯型科氏力质量流量计连接，包括气液混合腔、管道及管件；所述气液混合腔分别与气体质量流量计和液体电磁流量计连接；

所述采集系统，用于采集并记录流经标准表的水量、气量及被校准仪表上的气液两相计量数据，利用标准表显示的水量和气量值配合调节阀调控混合后流体的流量和气体液体的体积比，从而得到需要的混合流体。

2.如权利要求1所述的气液两相科氏力质量流量计误差校准装置，其特征在于，所述气动调节阀安装在液体管道靠近入口端处；液体电磁流量计安装在气动调节阀的前段；所述液体管道上设置有液体管道法兰和气液混合腔入口，所述液体管道法兰安装在液体管道的入口端，气液混合腔入口安装在液体管道的出口端。

3.如权利要求1所述的气液两相科氏力质量流量计误差校准装置，其特征在于，所述气相系统中：压缩空气瓶与气体质量流量计相连；所述手动调节阀安装在气体质量流量计的后段；气体管道的出口端连接到液体管道的中部，即气液混合腔的前段。

4.如权利要求1所述的气液两相科氏力质量流量计误差校准装置，其特征在于，所述换向器通过闸阀、管道即管件与被检表连接；所述称重量器设置在水池的上端；所述稳压罐与水泵连接，并通过水泵与所述水池连接。

5.如权利要求1所述的气液两相科氏力质量流量计误差校准装置，其特征在于，所述液体电磁流量计和气体质量流量计上分别设置有脉冲发讯器；所述采集系统通过信号线分别与液体电磁流量计和气体质量流量计的脉冲发讯器连接。

6.如权利要求1所述的气液两相科氏力质量流量计误差校准装置，其特征在于，所述采集系统基于Labview软件框架，利用VISA程序模块通过RS-485接口分别查询标准表和被检表输出的瞬时质量流量；利用DAQmx程序模块通过数据采集卡同步采样被检表检测线圈的电压值；基于TensorFlow深度学习框架，构建循环神经网络模型。

7.一种气液两相科氏力质量流量计误差校准方法，其特征在于，所述方法包括：

A通过气液混合腔将液体和气体充分混合；

B调节气体质量流量并控制液体的流量，使气体压力和液体压力相等；

C通过气体质量流量计和液体电磁流量计测定获得气体流量和液体流量，并以气体质量流量计和液体电磁流量计读数之和作为混合后的流量；

D通过采集系统采集并记录流经气体质量流量计的流量，及采集科氏力质量流量计拾振器输出的两路信号，获得液相的流量；及采集被校准仪表上的流量数据，根据混合流体流量的气体体积比，计算出被校准仪表所实际的气体和液体流量，以便于和被校准仪表显示的数值进行对比从而能校准被校准仪表；

E对比气体和液体的流量，得出被校微弯型科氏力质量流量计的误差。

8.如权利要求7所述的气液两相科氏力质量流量计误差校准方法，其特征在于，所述采集系统基于Labview软件框架，利用VISA程序模块通过RS-485接口分别查询标准表和被检表输出的瞬时质量流量；利用DAQmx程序模块通过数据采集卡同步采样被检表检测线圈的电压值；基于TensorFlow深度学习框架，构建循环神经网络模型。

9.如权利要求7所述的气液两相科氏力质量流量计误差校准方法，其特征在于，所述采集系统利用深度学习法，将单向流的质量和作为训练模型的标准值，被检表的输出的振动信号作为输入信号，质量流量计检测到流量通过后产生两路正弦的振动信号，获得液相流量。

10.如权利要求7所述的气液两相科氏力质量流量计误差校准方法，其特征在于，混合流体的调控模式有手动调控和自动调控两种，手动调节模式为需要人工不断调整气相和液相系统的两个调节阀以调配需要的混合流体，而自动调控模式为利用前期经过实验采集的混合液体对应的气相和液相系统的调节阀开度建立了专家系统知识库以在输入需要混合气体种类后能自动控制调节阀。

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