CN112444307A - 二氧化碳管线流量调节及差压流量计精度测试与校准系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种二氧化碳管线流量调节及差压流量计精度测试与校准系统，是应用于输送液态、密相与超临界二氧化碳的管线中，其中该二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统是应用质量流量计作为基准流量计并结合二氧化碳密度补偿法对二氧化碳管线各支管路中的差压流量计的精度及修正系数进行测试与计算，该二氧化碳管线流量调节系统根据各支管路中差压流量计监测的差压数据并应用该修正系数以及结合二氧化碳密度补偿法计算得到各支管路中二氧化碳质量流量值，从而控制各支管路中电动调节阀的开启程度，以实现对各支管路中二氧化碳流量的精准控制；据此，本发明具有节省成本及精准控制的优点。

Description

二氧化碳管线流量调节及差压流量计精度测试与校准系统

技术领域

本发明涉及油田二氧化碳驱油地面工程领域，尤其是涉及一种应用于输送液态、密相与超临界二氧化碳的管线中，以对该管线各支管路中差压流量计的精度及修正系数进行测试与计算并可精准调控各支管路中二氧化碳流量的二氧化碳管线流量调节及差压流量计精度测试与校准系统。

背景技术

井口注入管线通常输送的是液态的二氧化碳，而对于二氧化碳流量的准确计量是二氧化碳驱油地面工程注入工艺中至关重要的环节，但由于温度与压力的影响，管线中的二氧化碳时常处于密相、超临界态，而二氧化碳的密度是与温度及压力成函数关系的，在不同温度、压力下二氧化碳密度变化范围很大(500kg/m³～1100kg/m³)，如图1所示为二氧化碳在不同压力与温度下的密度曲线图。二氧化碳的此种特性是与水、油等物质完全不同的，因此在常用的输送管线中一般流量计(如差压流量计、容积式流量计、速度式流量计等)计量水和油类的流量精度是较高的，但计量二氧化碳的流量精度却较差，精度误差可达30％甚至更高，无法用于指导生产。究其原因，一般流量计测量的是被输送物的体积流量(要求被输送物的密度较为固定)，而不是质量流量，其可通过乘以被输送物相对固定的密度而可将体积流量转换成质量流量，但由于处于密相、超临界态的二氧化碳在不同温度、压力下密度变化范围很大，使得一般流量计无法通过测量其体积流量后再乘以其密度而得到其准确的质量流量。

虽然目前市面上已有的质量流量计可以不受密度变化的影响而准确测量二氧化碳的质量流量值，但是质量流量计因其不耐振动以及价格昂贵的客观因素，使其很难在二氧化碳输送管线中得到广泛应用，因此在实际生产中，仅能应用极少数的质量流量计对二氧化碳输送管线关键段进行流量监测。为了确保二氧化碳地面工程的稳定开展，急需对差压流量计通过温度、压力做密度的补偿修正以实现对二氧化碳的精确计量。

此外，对于二氧化碳输送管线以前的流量调节是通过在每条支管路上各自安装流量自控仪，采用流量独立控制，各条支管路调节各自的二氧化碳流量。但由于输送的二氧化碳总流量是一定的，各支管路的流量调节必然会相互干扰，造成偏流现象，难以达到协调自动调节各支管路二氧化碳流量的目的。因此，在二氧化碳输送管线中对密相、超临界态的二氧化碳进行精确计量的基础上，如何针对各支管路中二氧化碳流量的自动分配与调节也是二氧化碳驱油地面工程中急需解决的问题。

发明内容

本技术方案要解决的技术问题是在二氧化碳输送管线中通过温度、压力对二氧化碳做密度的补偿修正，以实现差压流量计对液态、密相与超临界二氧化碳流量的精确计量，并在此基础上实现对二氧化碳输送管线各支管路中二氧化碳流量的自动分配与调节。

为了解决上述技术问题，本技术方案提供了一种二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统，其是用于对输送液态、密相与超临界二氧化碳的二氧化碳管线中至少一差压流量计的精度及修正系数进行计算；该二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统包括：一条主管路、至少一条支管路、加热器、主管路温度传感器、质量流量计、控制装置、至少一电动调节阀、至少一压力传感器及至少一支管路温度传感器；其中该主管路连通该至少一条支管路；至少一差压流量计对应设置于至少一条支管路中且各支管路上靠近主管路的位置均设置有手动阀门；其中该加热器、主管路温度传感器及质量流量计依序设置于主管路上并分别与控制装置电性连接；该至少一电动调节阀、至少一压力传感器及至少一支管路温度传感器对应设置于至少一条支管路上并分别与控制装置电性连接，且压力传感器、差压流量计及支管路温度传感器依序位于手动阀门与电动调节阀之间的支管路上；其中一条支管路上的手动阀门开启，其余支管路的手动阀门关闭，由控制装置控制加热器的加热功率以及控制被开启手动阀门的支管路上的电动调节阀的开启程度，控制装置根据被开启手动阀门的支管路上的压力传感器的压力数据以及支管路温度传感器的温度数据计算二氧化碳密度，并根据差压流量计的差压数据计算被开启手动阀门的支管路中二氧化碳质量流量值；控制装置根据被开启手动阀门的支管路中二氧化碳质量流量值以及质量流量计的质量数据计算被开启手动阀门的支管路中的差压流量计的精度以及修正系数。之后，关闭该条支管路上的手动阀门，开启另一条支管路上的手动阀门，控制装置重复上述程序以对被开启手动阀门的支管路上的差压流量计的精度及修正系数进行计算，再之后，依序对其余支管路进行相同操作，最终获得所有支管路上的差压流量计的精度及修正系数。

作为本技术方案的另一种实施，可应用二氧化碳温度、压力与密度对照表使控制装置计算被开启手动阀门的支管路中一时刻的二氧化碳密度ρ为：

Q1＝(T2-T)/(T2-T1)*ρ11+(T-T1)/(T2-T1)*ρ21，

Q2＝(T2-T)/(T2-T1)*ρ12+(T-T1)/(T2-T1)*ρ22，

ρ＝(P2-P)/(P2-P1)*Q1+(P-P1)/(P2-P1)*Q2；

其中，T为被开启手动阀门的支管路上的支管路温度传感器所监测的该一时刻的温度值；T2、T1为控制装置存储的二氧化碳温度、压力与密度对照表中与T相邻的温度值，T2大于T1；P为被开启手动阀门的支管路上的压力传感器所监测的该一时刻的压力值；P2、P1为二氧化碳温度、压力与密度对照表中与P相邻的压力值，P2大于P1；ρ11为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P1、T1时的二氧化碳实验密度值；ρ12为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P1、T2时的二氧化碳实验密度值；ρ21为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P2、T1时的二氧化碳实验密度值；ρ22为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P2、T2时的二氧化碳实验密度值。

作为本技术方案的另一种实施，当差压流量计为孔板流量计时，该控制装置可根据被开启手动阀门的支管路中该一时刻的二氧化碳密度ρ计算该一时刻的二氧化碳质量流量值qm为：

其中，C为差压流量计的节流原件的流出系数；ε为可膨胀性系数，在本技术方案中二氧化碳为液态、密相与超临界态，因此ε取值＝1；β＝d/D，d为差压流量计的节流原件的孔径，D为被开启手动阀门的支管路的内径；Δp为该一时刻被开启手动阀门的支管路中的差压流量计所监测的差压；上述参数C、d及D均为孔板流量计出厂时已确认得知的参数。

作为本技术方案的另一种实施，当差压流量计为V锥流量计时，该控制装置可根据被开启手动阀门的支管路中该一时刻的二氧化碳密度ρ计算该一时刻的二氧化碳质量流量值qm为：

其中，k为管道系数；y为管道粗糙度修正系数；ε为可膨胀性系数，在本技术方案中二氧化碳为液态、密相与超临界态，因此ε取值＝1；α为流量系数；r为等效流通内径；Δp为该一时刻被开启手动阀门的支管路中的差压流量计所监测的差压；上述参数k、y、α及r均为V锥流量计出厂时已确认得知的参数。

作为本技术方案的另一种实施，该控制装置根据被开启手动阀门的支管路中二氧化碳质量流量值以及质量流量计的质量数据计算被开启手动阀门的支管路中的差压流量计的精度E为：

或是

其中，E_i为第i次检测被开启手动阀门的支管路中的差压流量计的相对示值误差；m为第i次检测时质量流量计及差压流量计测量次数，该质量流量计及差压流量计的测量频率可由人为设定，如每秒测量一次或几百毫秒测量一次等；qs为质量流量计一时刻的流量值；(Q)_i为第i次检测时被开启手动阀门的支管路中的差压流量计的累积流量值；(Qs)_i为第i次检测时质量流量计的累积流量值；(qm)_i为第i次检测时被开启手动阀门的支管路中的差压流量计的瞬时流量值；(qs)_i为第i次检测时质量流量计的瞬时流量值；n为检测次数。

作为本技术方案的另一种实施，该控制装置根据被开启手动阀门的支管路中二氧化碳质量流量值以及质量流量计的质量数据计算被开启手动阀门的支管路中的差压流量计的修正系数F为：

其中，F_i为第i次检测被开启手动阀门的支管路中的差压流量计的流量计系数；m为第i次检测时质量流量计及差压流量计测量次数；qs为质量流量计一时刻的流量值；(Qs)_i为第i次检测时质量流量计的累积流量值；(Q)_i为第i次检测时被开启手动阀门的支管路中的差压流量计的累积流量值；n为检测次数。

为了解决上述技术问题，本技术方案提供了一种二氧化碳管线流量调节系统，其是应用于输送液态、密相与超临界二氧化碳的二氧化碳井口注入管线，该二氧化碳井口注入管线包括：一条主管路及至少一条支管路，其中该主管路的一端与二氧化碳注入泵连接，主管路的另一端与至少一条支管路连接，至少一条支管路的另一端分别与相对应的注入井口连接，主管路及至少一条支管路上均设置有手动阀门；该二氧化碳管线流量调节系统包括：控制装置、至少一压力传感器、至少一差压流量计、至少一支管路温度传感器及至少一电动调节阀；其中该至少一压力传感器、至少一差压流量计、至少一支管路温度传感器及至少一电动调节阀依序设置于相对应的至少一条支管路上并位于支管路的手动阀门至注入井口之间，且分别与控制装置电性连接；该主管路与至少一条支管路上的手动阀门开启后，控制装置根据被开启手动阀门的各支管路上的压力传感器的压力数据及支管路温度传感器的温度数据计算各支管路中的二氧化碳密度，并根据各支管路中差压流量计的差压数据以及上述二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统所计算得到的各支管路中差压流量计的修正系数计算各支管路中二氧化碳质量流量值；之后控制装置根据各支管路中二氧化碳质量流量值与设定值进行比较，以控制各支管路中电动调节阀的开启程度。

作为本技术方案的另一种实施，该控制装置计算被开启手动阀门的支管路中一时刻的二氧化碳密度ρ为：

Q1＝(T2-T)/(T2-T1)*ρ11+(T-T1)/(T2-T1)*ρ21，

Q2＝(T2-T)/(T2-T1)*ρ12+(T-T1)/(T2-T1)*ρ22，

ρ＝(P2-P)/(P2-P1)*Q1+(P-P1)/(P2-P1)*Q2；

其中，T为被开启手动阀门的支管路上的支管路温度传感器所监测的该一时刻的温度值；T2、T1为控制装置存储的二氧化碳温度、压力与密度对照表中与T相邻的温度值，T2大于T1；P为被开启手动阀门的支管路上的压力传感器所监测的该一时刻的压力值；P2、P1为二氧化碳温度、压力与密度对照表中与P相邻的压力值，P2大于P1；ρ11为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P1、T1时的二氧化碳实验密度值；ρ12为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P1、T2时的二氧化碳实验密度值；ρ21为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P2、T1时的二氧化碳实验密度值；ρ22为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P2、T2时的二氧化碳实验密度值。

作为本技术方案的另一种实施，当差压流量计为孔板流量计时，该控制装置根据被开启手动阀门的支管路中该一时刻的二氧化碳密度ρ以及上述二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统所计算得到的该差压流量计的修正系数F计算该一时刻的二氧化碳质量流量值qm为：

其中，C为差压流量计的节流原件的流出系数；ε为可膨胀性系数，其取值＝1；β＝d/D，d为差压流量计的节流原件的孔径，D为被开启手动阀门的支管路的内径；Δp为该一时刻被开启手动阀门的支管路中的差压流量计所监测的差压。

作为本技术方案的另一种实施，当差压流量计为V锥流量计时，该控制装置根据被开启手动阀门的支管路中该一时刻的二氧化碳密度ρ以及上述二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统所计算得到的该差压流量计的修正系数F计算该一时刻的二氧化碳质量流量值qm为：

其中，k为管道系数；y为管道粗糙度修正系数；ε为可膨胀性系数，其取值＝1；α为流量系数；r为等效流通内径；Δp为该一时刻被开启手动阀门的支管路中的差压流量计所监测的差压。

本技术方案中的二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统可通过各支管路中的温度、压力数据计算得到各支管路中差压流量计的精度及修正系数，以此提供各差压流量计对液态、密相与超临界二氧化碳流量精确计量的基础；在此基础上本技术方案的二氧化碳管线流量调节系统可实现对二氧化碳输送管线各支管路中二氧化碳流量的自动分配与调节，据此，本技术方案具有节省成本及对各支管路中二氧化碳流量进行精准控制的优点。

附图说明

图1为二氧化碳在不同压力与温度下的密度曲线图。

图2为本发明中的二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统的示意图。

图3为本发明中的二氧化碳管线流量调节系统的示意图。

附图中的符号说明：

1主管路；2支管路；3手动阀门；4差压流量计；5控制装置；6压力传感器；7支管路温度传感器；8电动调节阀；9止回阀；10加热器；11质量流量计；12主管路温度传感器。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合图式说明如下，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

为了实现二氧化碳输送管线中差压流量计对液态、密相与超临界二氧化碳流量的精确计量，并以此为基础实现对二氧化碳输送管线各支管路中二氧化碳流量的自动分配与调节，本发明提供了一种二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统，如图2所示，其是应用二氧化碳密度补偿法将各支管路中差压流量计测量得到的差压数据转化为二氧化碳质量流量，并应用质量流量计作为基准流量计以对差压流量计进行精度的测试与修正系数的计算，并以此为本发明的二氧化碳管线流量调节系统(如图3所示)提供二氧化碳质量流量值再精确的基础。

如图2所示，为本发明二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统的一具体实施例，其是用于对输送液态、密相与超临界二氧化碳的二氧化碳管线中至少一差压流量计4的精度及修正系数进行计算，该精度用以使用户了解差压流量计计量的精准度，该修正系数则是为了对差压流量计进行参数修正，以使其所测量的二氧化碳质量流量更加精准。该二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统包括：一条主管路1、至少一条支管路2、加热器10、主管路温度传感器12、质量流量计11、控制装置5、至少一电动调节阀8、至少一压力传感器6及至少一支管路温度传感器7，该主管路1连通该至少一条支管路2；至少一差压流量计4对应设置于至少一条支管路2中且各支管路2上靠近主管路1的位置均设置有手动阀门3。该质量流量计11在二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统中是作为基准流量计之用，该主管路温度传感器12用于监测加热器10的加温情况；其中该加热器10、主管路温度传感器12及质量流量计11依序设置于主管路1上并分别与控制装置5电性连接；该至少一电动调节阀8、至少一压力传感器6及至少一支管路温度传感器7对应设置于至少一条支管路2上并分别与控制装置5电性连接，且压力传感器6、差压流量计4及支管路温度传感器7依序位于手动阀门3与电动调节阀8之间的支管路2上，该控制装置5可为计算机控制系统，该计算机控制系统通常是由可编程逻辑控制器(PLC)或远程终端单元(RTU)与上位机(操作站)组成。在测量计算时，其中一条支管路2上的手动阀门3开启，其余支管路2的手动阀门3关闭，由控制装置5控制加热器10的加热功率(可采用逐渐加热的方式)以及控制被开启手动阀门3的支管路2上的电动调节阀8的开启程度(可采用由关闭状态逐渐开启，或由完全开启状态逐渐关闭的方式，以控制管路中的压力)，控制装置5根据被开启手动阀门3的支管路2上的压力传感器6的压力数据以及支管路温度传感器7的温度数据应用二氧化碳密度补偿法计算二氧化碳密度，该二氧化碳密度补偿法是安装于控制装置5中的控制程序，且该控制装置5中存储有二氧化碳温度、压力与密度对照表，控制装置5执行该控制程序以应用该二氧化碳密度补偿法计算二氧化碳密度，其具体为应用二氧化碳温度、压力与密度对照表计算被开启手动阀门3的支管路2中一时刻的二氧化碳密度ρ为：Q1＝(T2-T)/(T2-T1)*ρ11+(T-T1)/(T2-T1)*ρ21，Q2＝(T2-T)/(T2-T1)*ρ12+(T-T1)/(T2-T1)*ρ22，ρ＝(P2-P)/(P2-P1)*Q1+(P-P1)/(P2-P1)*Q2；其中，T为被开启手动阀门3的支管路2上的支管路温度传感器7所监测的该一时刻的温度值；T2、T1为控制装置5存储的二氧化碳温度、压力与密度对照表中与T相邻的温度值，T2大于T1；P为被开启手动阀门3的支管路2上的压力传感器6所监测的该一时刻的压力值；P2、P1为二氧化碳温度、压力与密度对照表中与P相邻的压力值，P2大于P1；ρ11为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P1、T1时的二氧化碳实验密度值；ρ12为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P1、T2时的二氧化碳实验密度值；ρ21为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P2、T1时的二氧化碳实验密度值；ρ22为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P2、T2时的二氧化碳实验密度值。

控制装置5在计算得到二氧化碳密度后，结合差压流量计4的差压数据计算被开启手动阀门3的支管路2中二氧化碳质量流量值。其具体为：当差压流量计4为孔板流量计时，该控制装置5可根据被开启手动阀门3的支管路2中该一时刻的二氧化碳密度ρ计算该一时刻的二氧化碳质量流量值qm为：

其中，C为差压流量计4的节流原件的流出系数；ε为可膨胀性系数，在本技术方案中二氧化碳为液态、密相与超临界态，因此ε取值＝1；β＝d/D，d为差压流量计4的节流原件的孔径，D为被开启手动阀门3的支管路2的内径；Δp为该一时刻被开启手动阀门3的支管路2中的差压流量计4所监测的差压；上述参数C、d及D均为孔板流量计出厂时已确认得知的参数。或者是，当差压流量计4为V锥流量计时，该控制装置5可根据被开启手动阀门3的支管路2中该一时刻的二氧化碳密度ρ计算该一时刻的二氧化碳质量流量值qm为：

其中，k为管道系数；y为管道粗糙度修正系数；ε为可膨胀性系数，在本技术方案中二氧化碳为液态、密相与超临界态，因此ε取值＝1；α为流量系数；r为等效流通内径；Δp为该一时刻被开启手动阀门3的支管路2中的差压流量计4所监测的差压；上述参数k、y、α及r均为V锥流量计出厂时已确认得知的参数。

该控制装置5在计算得到被开启手动阀门3的支管路2中二氧化碳质量流量值后，根据质量流量计11的质量数据计算被开启手动阀门3的支管路2中的差压流量计4的精度以及修正系数。其中计算被开启手动阀门3的支管路2中的差压流量计4的精度E具体为：

或是

其中，E_i为第i次检测被开启手动阀门3的支管路2中的差压流量计4的相对示值误差；m为第i次检测时质量流量计11及差压流量计4测量次数，该质量流量计11及差压流量计4的测量频率可由人为设定，如每秒测量一次或几百毫秒测量一次等；qs为质量流量计11一时刻的流量值；(Q)_i为第i次检测时被开启手动阀门3的支管路2中的差压流量计4的累积流量值；(Qs)_i为第i次检测时质量流量计11的累积流量值；(qm)_i为第i次检测时被开启手动阀门3的支管路2中的差压流量计4的瞬时流量值；(qs)_i为第i次检测时质量流量计11的瞬时流量值；n为检测次数。其中计算被开启手动阀门3的支管路2中的差压流量计4的修正系数F具体为：

其中，F_i为第i次检测被开启手动阀门3的支管路2中的差压流量计4的流量计系数；m为第i次检测时质量流量计11及差压流量计4测量次数；qs为质量流量计11一时刻的流量值；(Qs)_i为第i次检测时质量流量计11的累积流量值；(Q)_i为第i次检测时被开启手动阀门3的支管路2中的差压流量计4的累积流量值；n为检测次数。

之后，关闭该条支管路2上的手动阀门3，开启另一条支管路2上的手动阀门3，控制装置5重复上述程序以对被开启手动阀门3的支管路2上的差压流量计4的精度及修正系数进行计算。再之后，依序对其余支管路2进行相同操作，最终获得所有支管路2上的差压流量计4的精度及修正系数。

在应用二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统获得所有支管路2上的差压流量计4的精度及修正系数后，即可将差压流量计4从二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统中拆下，并安装于二氧化碳管线流量调节系统中，该二氧化碳管线流量调节系统应用计算得到的所有支管路2上的差压流量计4的修正系数以对各支管路2中的二氧化碳进行自动分配与调节，换而言之，本发明中的二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统是一种精度测试装置，是用于计算差压流量计4的精度及修正系数，而二氧化碳管线流量调节系统是一种用于生产之用的二氧化碳流量自动调节装置。如图3所示，为本发明二氧化碳管线流量调节系统的一具体实施例，其是应用于输送液态、密相与超临界二氧化碳的二氧化碳井口注入管线，该二氧化碳井口注入管线包括：一条主管路1及至少一条支管路2，其中该主管路1的一端与二氧化碳注入泵(图未标示)连接，主管路1的另一端与至少一条支管路2连接，该至少一条支管路2的另一端分别与相对应的注入井口(图未标示)连接，主管路1及至少一条支管路2上均设置有手动阀门3。该二氧化碳管线流量调节系统包括：控制装置5、至少一压力传感器6、至少一差压流量计4、至少一支管路温度传感器7及至少一电动调节阀8，其中该控制装置5、压力传感器6、差压流量计4、支管路温度传感器7及电动调节阀8均可与上述二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统中的相应部件相同，且控制装置5中也安装有如二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统中的控制程序以及存储的二氧化碳温度、压力与密度对照表并在本系统中执行操作。该至少一压力传感器6、至少一差压流量计4、至少一支管路温度传感器7及至少一电动调节阀8依序设置于相对应的至少一条支管路2上并位于支管路2的手动阀门3至注入井口之间，且分别与控制装置5电性连接；该主管路1与至少一条支管路2上的手动阀门3开启后，控制装置5根据被开启手动阀门3的各支管路2上的压力传感器6的压力数据及支管路温度传感器7的温度数据计算各支管路2中的二氧化碳密度，该二氧化碳密度计算过程与上述二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统中二氧化碳密度计算过程相同，即该控制装置5计算被开启手动阀门3的支管路2中一时刻的二氧化碳密度ρ为：Q1＝(T2-T)/(T2-T1)*ρ11+(T-T1)/(T2-T1)*ρ21，Q2＝(T2-T)/(T2-T1)*ρ12+(T-T1)/(T2-T1)*ρ22，ρ＝(P2-P)/(P2-P1)*Q1+(P-P1)/(P2-P1)*Q2；其中，T为被开启手动阀门3的支管路2上的支管路温度传感器7所监测的该一时刻的温度值；T2、T1为控制装置5存储的二氧化碳温度、压力与密度对照表中与T相邻的温度值，T2大于T1；P为被开启手动阀门3的支管路2上的压力传感器6所监测的该一时刻的压力值；P2、P1为二氧化碳温度、压力与密度对照表中与P相邻的压力值，P2大于P1；ρ11为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P1、T1时的二氧化碳实验密度值；ρ12为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P1、T2时的二氧化碳实验密度值；ρ21为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P2、T1时的二氧化碳实验密度值；ρ22为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P2、T2时的二氧化碳实验密度值。

之后，控制装置5根据各支管路2中差压流量计4的差压数据以及上述二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统计算得到的各支管路2中差压流量计4的修正系数计算各支管路2中二氧化碳质量流量值，具体为：当差压流量计4为孔板流量计时，该控制装置5根据被开启手动阀门3的支管路2中该一时刻的二氧化碳密度ρ以及上述二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统所计算得到的该差压流量计4的修正系数F计算该一时刻的二氧化碳质量流量值qm为：

其中，C为差压流量计4的节流原件的流出系数；ε为可膨胀性系数，其取值＝1；β＝d/D，d为差压流量计4的节流原件的孔径，D为被开启手动阀门3的支管路2的内径；Δp为该一时刻被开启手动阀门3的支管路2中的差压流量计4所监测的差压。或者是，当差压流量计4为V锥流量计时，该控制装置5根据被开启手动阀门3的支管路2中该一时刻的二氧化碳密度ρ以及上述二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统所计算得到的该差压流量计4的修正系数F计算该一时刻的二氧化碳质量流量值qm为：

其中，k为管道系数；y为管道粗糙度修正系数；ε为可膨胀性系数，其取值＝1；α为流量系数；r为等效流通内径；Δp为该一时刻被开启手动阀门3的支管路2中的差压流量计4所监测的差压。

再之后，该控制装置5根据各支管路2中二氧化碳质量流量值与控制装置5中存储的设定值进行比较，以控制各支管路2中电动调节阀8的开启程度，从而实现对二氧化碳井口注入管线各支管路2中二氧化碳流量进行自动分配与调节。该比较方式为一种现有技术，如当一支管路中的二氧化碳质量流量值大于该支管路中流量的设定值时，该控制装置控制该支管路的电动调节阀减小开启程度；当该支管路中的二氧化碳质量流量值小于该支管路中流量的设定值时，该控制装置控制该支管路的电动调节阀加大开启程度，当该支管路中的二氧化碳质量流量值等于该支管路中流量的设定值时，该控制装置不对该支管路中的电动调节阀进行操作。由于管线中输送的二氧化碳的质量总量是一定的，且通过本发明，管线中的差压流量计对于二氧化碳的质量流量的测量结果也可以达到十分精准，因此通过控制装置对各支管路中二氧化碳的自动分配与调节，可使各支管路中输送的二氧化碳互不影响，达到准确分配与调节的目的。

此外，为了防止注入井内的压力使二氧化碳回流或影响二氧化碳的注入进程，本发明的二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统以及二氧化碳管线流量调节系统均可于各支管路2的末端处设置有止回阀9，且该止回阀9位于电动调节阀8与注入井口之间。

为了降低二氧化碳管线流量调节系统的运营成本，作为本发明的另一种实施，在应用二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统对二氧化碳管线各支管路的差压流量计进行精度与修正系数的测试计算后，后续实施的二氧化碳管线流量调节系统中的控制装置可以不再继续使用成本较高的计算机控制系统(其通常是由可编程逻辑控制器或远程终端单元与上位机组成)，而更换为成本相对低廉且运行简单的独立的小型可编程逻辑控制器(PLC)(此小型可编程逻辑控制器为单机操作且通常配置有输入模块及显示模块)。其实现为：可先依据本发明中所应用的二氧化碳密度补偿法人为地将温度、压力与二氧化碳密度的对应值制作成对应表并存储于可编程逻辑控制器(PLC)的寄存器中，之后由可编程逻辑控制器(PLC)逐一对每个支管路中的压力传感器、支管路温度传感器及差压流量计所监测的数据顺序获取，由于每个传感器均有唯一的设备号，并且可编程逻辑控制器(PLC)的运行时钟十分短(约几百毫秒甚至更短的时间获取一次设备数据)，因此可编程逻辑控制器(PLC)获取数据及进行逻辑处理的速度是非常迅速的。在获取到一个支管路上各传感器的数据后，可编程逻辑控制器(PLC)通过比对对应表以得到匹配的二氧化碳密度，再通过逻辑运算模块对二氧化碳质量流量进行计算以得到该支管路中二氧化碳质量流量(目前应用可编程逻辑控制器将差压流量计(孔板流量计、V锥流量计)监测数据转化为质量流量值是应用现有逻辑运算模块即可处理完成的)。因考虑到精度修正，可编程逻辑控制器(PLC)的寄存器中还可存储有通过二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统得到的各支管路中差压流量计的修正系数，因此再通过逻辑运算模块将二氧化碳质量流量乘以对应的修正系数即可得到该支管路中更加精确的二氧化碳质量流量,当然本实施例中也可不必乘以该对应的修正系数，在经过二氧化碳密度补偿法计算得到的二氧化碳质量流量在实际实施中已能够反映二氧化碳在管线中实际的流量，而乘以该修正系数只是让该二氧化碳质量流量更加精确。之后可编程逻辑控制器(PLC)再将该二氧化碳质量流量与设定值进行比较以调整该支管路中的电动调节阀的开启程度，以完成对一个支管路的流量调节进程。而后进入下一个支管路的流量调节进程，并以此循环往复实现对二氧化碳井口注入管线各支管路中的二氧化碳流量的自动调节。上述可编程逻辑控制器(PLC)的逻辑处理过程为基础且常用的逻辑运算，并普遍应用于可编程逻辑控制器的自动化控制领域，在此不再对其进行更加具体详细的说明。据此，本实施例中的二氧化碳管线流量调节系统可大幅降低运营成本，并使系统控制部件构成更加简化。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利构思所做的等效变化，均应属于本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统，其是用于对输送液态、密相与超临界二氧化碳的二氧化碳管线中至少一差压流量计的精度及修正系数进行计算；其特征在于，所述二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统包括：一条主管路、至少一条支管路、加热器、主管路温度传感器、质量流量计、控制装置、至少一电动调节阀、至少一压力传感器及至少一支管路温度传感器；所述主管路连通所述至少一条支管路；所述至少一差压流量计对应设置于所述至少一条支管路中，且各所述支管路上靠近主管路的位置均设置有手动阀门；所述加热器、主管路温度传感器及质量流量计依序设置于所述主管路上并分别与所述控制装置电性连接；所述至少一电动调节阀、至少一压力传感器及至少一支管路温度传感器对应设置于所述至少一条支管路上并分别与所述控制装置电性连接，且所述压力传感器、差压流量计及支管路温度传感器依序位于所述手动阀门与电动调节阀之间的支管路上；其中一条支管路上的手动阀门开启，其余支管路的手动阀门关闭，由所述控制装置控制所述加热器的加热功率以及控制被开启手动阀门的支管路上的电动调节阀的开启程度，所述控制装置根据被开启手动阀门的支管路上的压力传感器的压力数据以及支管路温度传感器的温度数据计算二氧化碳密度，并根据差压流量计的差压数据计算被开启手动阀门的支管路中二氧化碳质量流量值；所述控制装置根据被开启手动阀门的支管路中二氧化碳质量流量值以及所述质量流量计的质量数据计算被开启手动阀门的支管路中的差压流量计的精度以及修正系数。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统，其特征在于，所述控制装置计算被开启手动阀门的支管路中一时刻的二氧化碳密度ρ为：

Q1＝(T2-T)/(T2-T1)*ρ11+(T-T1)/(T2-T1)*ρ21，

Q2＝(T2-T)/(T2-T1)*ρ12+(T-T1)/(T2-T1)*ρ22，

ρ＝(P2-P)/(P2-P1)*Q1+(P-P1)/(P2-P1)*Q2；

其中，T为被开启手动阀门的支管路上的支管路温度传感器所监测的该一时刻的温度值；T2、T1为所述控制装置存储的二氧化碳温度、压力与密度对照表中与T相邻的温度值，T2大于T1；P为被开启手动阀门的支管路上的压力传感器所监测的该一时刻的压力值；P2、P1为二氧化碳温度、压力与密度对照表中与P相邻的压力值，P2大于P1；ρ11为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P1、T1时的二氧化碳实验密度值；ρ12为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P1、T2时的二氧化碳实验密度值；ρ21为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P2、T1时的二氧化碳实验密度值；ρ22为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P2、T2时的二氧化碳实验密度值。

3.根据权利要求2所述的二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统，其特征在于，所述差压流量计为孔板流量计，所述控制装置根据被开启手动阀门的支管路中该一时刻的二氧化碳密度ρ计算该一时刻的二氧化碳质量流量值qm为：

其中，C为差压流量计的节流原件的流出系数；ε为可膨胀性系数，其取值＝1；β＝d/D，d为差压流量计的节流原件的孔径，D为被开启手动阀门的支管路的内径；Δp为该一时刻被开启手动阀门的支管路中的差压流量计所监测的差压。

4.根据权利要求2所述的二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统，其特征在于，所述差压流量计为V锥流量计，所述控制装置根据被开启手动阀门的支管路中该一时刻的二氧化碳密度ρ计算该一时刻的二氧化碳质量流量值qm为：

其中，k为管道系数；y为管道粗糙度修正系数；ε为可膨胀性系数，其取值＝1；α为流量系数；r为等效流通内径；Δp为该一时刻被开启手动阀门的支管路中的差压流量计所监测的差压。

5.根据权利要求3或4所述的二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统，其特征在于，所述控制装置根据被开启手动阀门的支管路中二氧化碳质量流量值以及质量流量计的质量数据计算被开启手动阀门的支管路中的差压流量计的精度E为：

或是

其中，E_i为第i次检测被开启手动阀门的支管路中的差压流量计的相对示值误差；m为第i次检测时质量流量计及差压流量计测量次数；qs为质量流量计一时刻的流量值；(Q)_i为第i次检测时被开启手动阀门的支管路中的差压流量计的累积流量值；(Qs)_i为第i次检测时质量流量计的累积流量值；(qm)_i为第i次检测时被开启手动阀门的支管路中的差压流量计的瞬时流量值；(qs)_i为第i次检测时质量流量计的瞬时流量值；n为检测次数。

6.根据权利要求3或4所述的二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统，其特征在于，所述控制装置根据被开启手动阀门的支管路中二氧化碳质量流量值以及所述质量流量计的质量数据计算被开启手动阀门的支管路中的差压流量计的修正系数F为：

其中，F_i为第i次检测被开启手动阀门的支管路中的差压流量计的流量计系数；m为第i次检测时质量流量计及差压流量计测量次数；qs为质量流量计一时刻的流量值；(Qs)_i为第i次检测时质量流量计的累积流量值；(Q)_i为第i次检测时被开启手动阀门的支管路中的差压流量计的累积流量值；n为检测次数。

7.一种二氧化碳管线流量调节系统，应用于输送液态、密相与超临界二氧化碳的二氧化碳井口注入管线，所述二氧化碳井口注入管线包括：一条主管路及至少一条支管路，所述主管路的一端与二氧化碳注入泵连接，所述主管路的另一端与所述至少一条支管路连接，所述至少一条支管路的另一端分别与相对应的注入井口连接，所述主管路及至少一条支管路上均设置有手动阀门；其特征在于，所述二氧化碳管线流量调节系统包括：控制装置、至少一压力传感器、至少一差压流量计、至少一支管路温度传感器及至少一电动调节阀；所述至少一压力传感器、至少一差压流量计、至少一支管路温度传感器及至少一电动调节阀依序设置于相对应的所述至少一条支管路上并位于支管路的手动阀门至注入井口之间，且分别与所述控制装置电性连接；所述主管路与至少一条支管路上的手动阀门开启后，所述控制装置根据被开启手动阀门的各支管路上的压力传感器的压力数据及支管路温度传感器的温度数据计算所述各支管路中的二氧化碳密度，并根据所述各支管路中差压流量计的差压数据以及如权利要求6所述的二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统所计算得到的各支管路中差压流量计的修正系数计算各支管路中二氧化碳质量流量值；所述控制装置根据各支管路中二氧化碳质量流量值与设定值进行比较，以控制各支管路中电动调节阀的开启程度。

8.根据权利要求7所述的二氧化碳管线流量调节系统，其特征在于，所述控制装置计算被开启手动阀门的支管路中一时刻的二氧化碳密度ρ为：

Q1＝(T2-T)/(T2-T1)*ρ11+(T-T1)/(T2-T1)*ρ21，

Q2＝(T2-T)/(T2-T1)*ρ12+(T-T1)/(T2-T1)*ρ22，

ρ＝(P2-P)/(P2-P1)*Q1+(P-P1)/(P2-P1)*Q2；

其中，T为被开启手动阀门的支管路上的支管路温度传感器所监测的该一时刻的温度值；T2、T1为所述控制装置存储的二氧化碳温度、压力与密度对照表中与T相邻的温度值，T2大于T1；P为被开启手动阀门的支管路上的压力传感器所监测的该一时刻的压力值；P2、P1为二氧化碳温度、压力与密度对照表中与P相邻的压力值，P2大于P1；ρ11为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P1、T1时的二氧化碳实验密度值；ρ12为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P1、T2时的二氧化碳实验密度值；ρ21为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P2、T1时的二氧化碳实验密度值；ρ22为二氧化碳温度、压力与密度对照表中在P2、T2时的二氧化碳实验密度值。

9.根据权利要求8所述的二氧化碳管线流量调节系统，其特征在于，所述差压流量计为孔板流量计，所述控制装置根据被开启手动阀门的支管路中该一时刻的二氧化碳密度ρ以及根据权利要求6所述的二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统所计算得到的该差压流量计的修正系数F计算该一时刻的二氧化碳质量流量值qm为：

其中，C为差压流量计的节流原件的流出系数；ε为可膨胀性系数，其取值＝1；β＝d/D，d为差压流量计的节流原件的孔径，D为被开启手动阀门的支管路的内径；Δp为该一时刻被开启手动阀门的支管路中的差压流量计所监测的差压。

10.根据权利要求8所述的二氧化碳管线流量调节系统，其特征在于，所述差压流量计为V锥流量计，所述控制装置根据被开启手动阀门的支管路中该一时刻的二氧化碳密度ρ以及根据权利要求6所述的二氧化碳管线中差压流量计精度测试与校准系统所计算得到的该差压流量计的修正系数F计算该一时刻的二氧化碳质量流量值qm为：

其中，k为管道系数；y为管道粗糙度修正系数；ε为可膨胀性系数，其取值＝1；α为流量系数；r为等效流通内径；Δp为该一时刻被开启手动阀门的支管路中的差压流量计所监测的差压。

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