CN114787585A - 用于操作具有至少一种液相的介质的流量测量点的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对具有至少一种液相的介质的流量测量点进行操作的方法，该流量测量点包括：科里奥利测量设备，该科里奥利测量设备用于测量流过管道的介质的质量流率和密度；以及压差测量装置，该压差测量装置用于感测布置在科里奥利测量设备上游的流动区域和布置在科里奥利测量设备下游的流动区域之间的压差；其中，借助于使用科里奥利测量设备获取的测量值来校正基于压差的测量值的流量测量。

Description

用于操作具有至少一种液相的介质的流量测量点的方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作流量测量点的方法，该流量测量点包括科里奥利测量设备和压差测量装置。
背景技术
用于测量流过管道的液体介质的流量或密度的科里奥利测量设备，在某些条件下，诸如例如非常低的流率或介质中的气泡，在流量测量方面具有降低的测量精度。在这种情况下，借助于压差测量装置检测科里奥利测量设备的介质两端的压降并且将压差的测量值用于流量测量已经被证明是有利的；例如，参见DE102005046319A1。然而，在介质成分在相对较短的时间内波动的应用中，借助于压差测量的流量测量也受到破坏性不确定性的影响。
因此，能够将本发明的目的看作是实现或改进困难条件下的流量测量。
发明内容
该目的通过根据独立权利要求1的方法来实现。
在根据本发明的用于操作具有至少一种液相的介质的流量测量点的方法中，
该流量测量点包括：
科里奥利测量设备，该科里奥利测量设备用于测量流过管道的介质的质量流率和密度，其中该科里奥利测量设备具有至少一个测量管，该至少一个测量管在每种情况下都具有入口和出口；
其中压差测量装置被配置为检测布置在流动障碍物，尤其是科里奥利测量设备，的上游的流动区域与布置在该流动障碍物下游的流动区域之间的压差，
该方法包括以下步骤：
借助于科里奥利测量设备检查介质状态；
-在检测到纯液体介质时，
借助于科里奥利测量设备测量介质的第一密度并且存储该第一密度的测量值；
借助于科里奥利测量设备测量第一质量流率；
基于第一密度、压差和第一质量流率确定介质的第一粘度，并且存储该第一粘度的测量值。
-在检测到介质中的气态馏分时，
借助于以下项确定介质的第一雷诺数
-第一粘度；
-当检测到气态馏分时，借助于科里奥利测量设备测量的介质的第一密度和/或第二密度；
-当检测到气态馏分时，借助于科里奥利测量设备测量的第二质量流率，
基于压差和第一雷诺数确定第三质量流率。
以这种方式，能够基于压差测量来校正质量流率测量，使得即使在困难的条件下也获得足够准确的测量值。
例如，当从油田开采原油时，介质的状态能够快速地波动。在高压下溶解在介质中的气体能够在减压期间形成气泡，从而影响介质的诸如密度或粘度等的变量。
对于该方法的开始，当最初存在气态介质时，本领域技术人员能够指定，例如，第一密度和第一粘度的测量值的初始值，他例如通过估计或通过经验或通过物理计算获得这些初始值。他还能够使流量测量点在方法开始时等待，直到第一次存在纯液体介质。
当借助于第一粘度、第一密度、第二密度或第二质量流率确定第一雷诺数时，使用对应的测量值。这同样应用于其它测量变量的确定。
在一个实施例中，当检测到气态馏分时，执行下列迭代方法步骤：
借助于以下项确定第二雷诺数：
-第三质量流率；
-第一粘度：
-第一密度和/或第二密度，
存储第二雷诺数的测量值，
基于压差和第二雷诺数确定第三质量流率，并且存储该第三质量流率的测量值。
这种迭代能够进一步提高测量精度。
在一个实施例中，一旦第三质量流率或第二雷诺数的连续测量值的差的量下降到极限值以下，迭代被终止，
其中，极限值例如是形成差值的测量值的平均值的5％，尤其是其2％，优选地是其1％或该极限值是例如形成差值的测量值中的一个的5％，尤其是其2％，优选地是其1％。
在一个实施例中，借助于科里奥利测量设备检查介质状态，其中在检查期间科里奥利测量设备的至少一个测量管的振动的衰减和/或共振频率的波动被使用。
在一个实施例中，在测量密度时，使用科里奥利测量设备的至少一个测量管的共振频率。
在一个实施例中，当检测到气态馏分时，使用物理数学模型校正密度测量值，
其中模型考虑到气泡对介质密度测量的影响。
在科里奥利测量设备的测量管中，介质中的气泡特别地取决于气泡直径，在平行于测量管运动的方向上进行垂直于测量管内壁的运动，并且从而影响密度和粘度方面的测量值。该模型考虑到相对运动；因此，能够校正气泡的破坏性影响。本领域的技术人员例如在H.Zhu，Application of Coriolis Mass Flowmeters in Bubbly and Particulate(气泡和颗粒两相流中的科里奥利质量流量计的应用)，Shaker(振动器)，ISBN978-3-8322-8216-5，2009中找到关于这点的更多信息。
在一个实施例中，当检测到气态馏分时，借助于科里奥利测量设备测量介质的第二密度，
其中气态馏分与液态部分的体积比基于第一密度和第二密度被确定，
其中压差测量的测量值借助于该比率被校正。
然后能够借助于该校正正确地确定质量流率。
在一个实施例中，压差测量装置具有第一压力传感器和第二压力传感器，其中第一压力传感器被布置在流动障碍物的上游，并且其中第二压力传感器被布置在流动障碍物的下游，
和/或其中压差测量装置具有压差传感器，该压差传感器检测流动障碍物的上游侧和流动障碍物的下游侧的压差。
压差测量装置能够是流量计的一部分，也能够是独立的测量设备，其将压差的测量值传送给流量计。
在一个实施例中，科里奥利测量设备的电子测量/控制电路提供质量流率的测量值并且输出它们，
其中，当检测到纯液体介质时，输出借助于科里奥利测量设备检测到的第一质量流率的测量值，
并且其中，当在介质中检测到气态馏分时，输出借助于压差检测到的第三质量流率的测量值。
在一个实施例中，静压力差对压差的测量值的影响被校正。
在一个实施例中，如果压差的绝对值低于极限值，借助于压差确定的质量流率被设置为零值，其中极限值例如是20mbar，尤其是10mbar，优选地是5mbar。
附图说明
现在将参考示例性实施例来描述本发明。
图1图示了具有科里奥利测量设备和压差测量装置的示例性流量测量点；
图2图示了示例性科里奥利测量设备；
图3图示了根据本发明的方法的顺序。
具体实施方式
图1图示了示例性流量测量点1，该流量测量点1包括介质传导管道2和布置在该管道中的科里奥利测量设备10，用于检测流过管道的介质的质量流率和密度。此外，流量测量点具有压差测量装置，该压差测量装置被配置成检测布置在科里奥利测量设备的上游的流动区域3.1和布置在科里奥利测量设备的下游的流动区域3.2之间的压差。或者，也能够测量另一流动障碍两端的压差。
如这里所示，压差测量装置能够具有科里奥利测量设备上游的第一压力传感器21.1和科里奥利测量设备下游的第二压力传感器21.2。压力传感器的测量值之间的差异被用作科里奥利测量设备两端的压差的量度。替代地或另外，如这里所示，压差测量装置能够具有压差传感器22，该压差传感器22被插入到旁通槽道中并且以密封的方式将该旁通槽道分成第一区间和第二区间；例如，能够通过压差传感器22的膜的偏转来检测压差。
压差测量装置能够是科里奥利测量设备的一部分，如这里所示，其中压力传感器或压差传感器的测量信号被传送到科里奥利测量设备10的电子测量/控制电路；也参见图2。测量信号然后由电子测量/控制电路处理，该电子测量/控制电路基于其生成并且提供压差的测量值。替代地，压差测量设备也能够是单独的测量设备，并且能够被配置为将压差的测量值传输到科里奥利测量设备。
图2示出了科里奥利测量设备1，该科里奥利测量设备1具有测量拾取器10、电子测量/控制电路20和用于容纳电子测量/控制电路的壳体30。
测量拾取器具有两个测量管11，每个测量管都具有入口11.1和出口11.2，该入口11.1和该出口11.2由支撑元件16保持。测量管被配置为抵靠彼此振动。这里示出的测量管编号是示例；测量拾取器也能够例如仅具有一个测量管或四个测量管，这四个测量管尤其被布置成两个测量管对，其中一对测量管被配置为抵靠彼此振动。测量拾取器具有激励器14，该激励器14被配置为激励测量管的振动。测量拾取器具有两个传感器15，该两个传感器15被配置为检测测量管振动。流过测量管的介质以特征方式影响测量管的振动，从而能够从传感器的测量信号中推导出介质的质量流率和/或密度和/或介质的粘度。
例如，科里奥利测量设备在纯液体介质中工作得非常好，这些介质可选地携带多种不同的成分，诸如例如油水混合物。在特殊应用中，诸如当原油从油田中提取时，介质能够携带气泡形式的气态馏分等，这使借助于科里奥利测量设备进行流量测量非常复杂。从现有技术已知，在这种情况下，使用科里奥利测量设备两端的压差作为质量流率的量度。在这种情况下，当存在纯液体介质时，借助于科里奥利测量设备确定介质的密度或粘度，并且当存在气态馏分时，借助于压差和密度或粘度确定流动参数。
然而，当存在气态馏分时，密度或粘度的确定通常不够准确。
因此，图3描述了根据本发明的示例性方法，借助于该方法，能够在流量测量点处实现高测量精度，即使在介质中存在气态馏分时也是如此。
该方法具有以下步骤：
在第一方法步骤101中借助于科里奥利测量设备检查介质状态；
-在检测到纯液体介质时，
借助于科里奥利测量设备测量介质的第一密度并且在随后的方法步骤102.1中存储第一密度的测量值；
在随后的方法步骤102.2中借助于科里奥利测量设备测量第一质量流率；
基于第一密度、压差和第一质量流率确定介质的第一粘度，并且在随后的方法步骤中存储第一粘度102.3的测量值；
-在检测到介质中的气态馏分时，
在随后的方法步骤103.1中借助于以下项确定介质的第一雷诺数
-第一粘度；
-当检测到气态馏分时，借助于科里奥利测量设备测量的介质的第一密度和/或第二密度；
-当检测到气态馏分时，借助于科里奥利测量设备测量的第二质量流率，
并且在随后的方法步骤103.2中基于压差和第一雷诺数确定第三质量流率。
如果介质中存在气态馏分，则能够通过借助于第一雷诺数和压差确定第三质量流率来更好地估计实际质量流率。
介质的雷诺数作用于科里奥利测量设备的测量管中介质的流动曲线。气泡形式的气态馏分作用于雷诺数，并且因此作用于流动曲线，并且因此在确定第三质量流率时必须考虑到这一点。雷诺数Re、流率v、介质密度ρ和第一粘度η(动态粘度)值之间的关系由下式给出：
Figure BDA0003685403050000081
其中d为测量管的直径。
如果第一粘度不是借助于根据本发明的科里奥利测量设备而是借助于压差来确定的，则在这里是非常有利的。即使是小气泡形式的非常小的气态馏分也能够导致对科里奥利测量设备的粘度测量的重大影响，而没有检测到非常低的气态馏分的存在。在这种情况下，借助于压差的质量流率测量会严重失真。
例如，当借助于科里奥利测量设备检查介质状态时，科里奥利测量设备的至少一个测量管11的振动衰减和/或共振频率波动被使用。例如，通过振动衰减测量的粘度极限值能够被用于区分纯液体介质和带有气泡的介质。液体的粘度通常具有一定值范围内的值。因此，在测量值超出数值范围的情况下，能够检测到气泡的存在。
为了提高质量流率的测量精度的目的，在检测到气态馏分时，能够执行以下迭代方法步骤：
借助于以下项确定第二雷诺数104.1
-第三质量流率；
-第一粘度；
-第一密度和/或第二密度，
并且存储第二雷诺数的测量值，
基于压差和第二雷诺数确定第三质量流率104.2，并且存储第三质量流率的测量值。
重复这两个方法步骤导致第三质量流率的迭代值的收敛。
例如，一旦第三质量流率或第二雷诺数的连续测量值的差异量下降到极限值以下，就能够终止迭代，其中极限值例如是形成差值的测量值的平均值或形成差值的测量值之一的平均值的5％，尤其是2％，优选地是1％，
或者能够终止迭代，例如，当最大时间段已经过去时，其中该最大时间段例如由质量流率的两个测量值之间的时间间隔来界定。
为了提高测量精度，能够校正静压差对压差测量值的影响。当科里奥利测量设备和压差测量装置在管道中的安装情况已知时，尤其是相对于水平线的倾斜度已知时，能够借助于介质密度以及例如压力传感器的距离计算静压差，并且当确定第三质量流率的测量值时，能够考虑到静压差。
如果可选地通过静压差校正的压差的绝对值低于极限值，则能够将借助于压差确定的质量流率设置为零值，其中该极限值是例如20mbar，尤其是10mbar，并且优选地是5mbar。这样，能够避免测量不确定度的数量级的固定压差被评估为质量流率。
科里奥利测量设备的电子测量/控制电路12由此提供质量流率的测量值并且输出它们，其中当检测到纯液体介质时，输出第一质量流率的借助于科里奥利测量设备检测的测量值，其中当检测到介质中的气态馏分时，输出第三质量流率的借助于压差检测的测量值。
附图标记列表
1 流量测量点
2 管道
3.1 布置在上游的流动区域
3.2 布置在下游的流动区域
10 科里奥利测量设备
11 测量管
11.1 入口
11.2 出口
12 电子测量/控制电路
13 壳体
14 激励器
15 传感器
16 支撑元件
19 电连接线
20 压差测量装置
21.1 第一压力传感器
21.2 第二压力传感器
22 压差传感器
100 方法
101 检查介质状态
102.1 测量第一密度
102.2 测量第一质量流率
102.3 确定第一粘度
103.1 确定第一雷诺数
103.2 确定第三质量流率
104.1 确定第二雷诺数
104.2 确定第三质量流率。

Claims (11)

1.一种对具有至少一种液相的介质的流量测量点(1)进行操作的方法(100)，所述流量测量点包括：
科里奥利测量设备(10)，所述科里奥利测量设备(10)用于测量流过管道(2)的介质的质量流率和密度，其中所述科里奥利测量设备具有至少一个测量管(11)，所述至少一个测量管(11)在每种情况下都具有入口(11.1)的和出口(11.2)；
其中，压差测量装置(20)被配置为检测布置在流动障碍物——尤其是所述科里奥利测量设备——的上游的流动区域(3.1)与布置在所述流动障碍物下游的流动区域(3.2)之间的压差，
其中，所述方法具有以下步骤：
借助于所述科里奥利测量设备(101)检查介质状态；
-在检测到纯液体介质时，
借助于所述科里奥利测量设备测量所述介质的第一密度并且存储所述第一密度(102.1)的测量值；
借助于所述科里奥利测量设备(102.2)测量第一质量流率；
基于所述第一密度、所述压差和所述第一质量流率确定所述介质的第一粘度，并且存储所述第一粘度(102.3)的测量值，
-在检测到所述介质中的气态馏分时，
借助于以下项确定所述介质(103.1)的第一雷诺数
-第一粘度；
-当检测到所述气态馏分时，借助于所述科里奥利测量设备测量的所述介质的第一密度和/或第二密度；
-当检测到所述气态馏分时，借助于所述科里奥利测量设备测量的第二质量流率，
基于所述压差和所述第一雷诺数(103.2)确定第三质量流率。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，当检测到所述气态馏分时，以下迭代方法步骤被执行：
借助于以下项确定第二雷诺数(104.1)
-所述第三质量流率；
-所述第一粘度；
-所述第一密度和/或所述第二密度，
并且存储所述第二雷诺数的测量值，
基于所述压差和所述第二雷诺数确定第三质量流率(104.2)，并且存储所述第三质量流率的测量值。
3.根据权利要求2所述的方法，
其中，一旦所述第三质量流率或所述第二雷诺数的连续测量值的差的量低于极限值，所述迭代被终止，
其中，所述极限值例如是形成所述差的所述测量值的平均值5％，尤其是其2％，优选地是其1％或所述极限值例如是形成所述差的所述测量值中的一个的5％，尤其是其2％，优选地是其1％。
4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，
其中，借助于所述科里奥利测量设备(10)检查所述介质状态，其中在所述检查期间所述科里奥利测量设备的至少一个测量管(11)的振动衰减和/或共振频率的波动被使用。
5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，
其中，在测量所述密度时使用所述科里奥利测量设备(10)的至少一个测量管(11)的共振频率。
6.根据权利要求5所述的方法，
其中，当检测到气态馏分时，基于物理数学模型校正所述第二介质密度的确定，
其中，所述模型考虑到气泡在测量管振动方向上相对于测量管壁的运动。
7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，
其中，当检测到气态馏分时，借助于所述科里奥利测量设备(10)测量所述介质的第二密度，
其中，基于所述第一密度和所述第二密度确定所述气态馏分与液态馏分的体积比，
其中，压差测量的测量值借助于所述比率被校正。
8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，
其中，所述压差测量装置(20)具有第一压力传感器(21.1)和第二压力传感器(21.1)，其中所述第一压力传感器被布置在所述流动障碍物的上游，并且其中所述第二压力传感器被布置在所述流动障碍物的下游，和/或
其中，所述压差测量装置具有压差传感器(22)，所述压差传感器(22)检测所述流动障碍物的上游侧和所述流动障碍物的下游侧的压差。
9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，
其中，所述科里奥利测量设备的电子测量/控制电路(12)提供并且输出所述质量流率的测量值，
其中，当检测到纯液体介质时，输出所述第一质量流率的借助于所述科里奥利测量设备检测到的测量值，
并且其中，当在所述介质中检测到气态馏分时，输出所述第三质量流率的借助于所述压差检测到的测量值，
其中，所述电子测量/控制电路尤其被布置在所述科里奥利测量设备的壳体(13)中。
10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，
其中，所述静压差对所述压差的测量值的影响被校正。
11.根据前述权利要求中的一项所述的方法，
其中，如果所述压差的绝对值低于极限值，借助于所述压差确定的质量流率被设置为零值，其中所述极限值例如是20mbar，尤其是10mbar，并且优选地是5mbar。
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