RU2420715C2 - Multi-phase coriolis flowmetre - Google Patents
Multi-phase coriolis flowmetre Download PDFInfo
- Publication number
- RU2420715C2 RU2420715C2 RU2005128042/28A RU2005128042A RU2420715C2 RU 2420715 C2 RU2420715 C2 RU 2420715C2 RU 2005128042/28 A RU2005128042/28 A RU 2005128042/28A RU 2005128042 A RU2005128042 A RU 2005128042A RU 2420715 C2 RU2420715 C2 RU 2420715C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- density
- flow
- flow rate
- apparent
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
- G01F1/78—Direct mass flowmeters
- G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
- G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
- G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/26—Oils; viscous liquids; paints; inks
- G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
- G01N33/2823—Oils, i.e. hydrocarbon liquids raw oil, drilling fluid or polyphasic mixtures
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ НАСТОЯЩЕЕ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к расходомерам.The present invention relates to flow meters.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
Расходомеры дают информацию о материалах, переносимых через трубопровод или расходомерную трубку. Например, массовые расходомеры обеспечивают индикацию массы материала, переносимой через трубопровод. Аналогичным образом, плотномеры или денситометры обеспечивают индикацию плотности материала, поток которого проходит через трубопровод. Массовые расходомеры также могут обеспечивать индикацию плотности материала и, следовательно, индикацию объемного расхода.Flow meters provide information on materials carried through a pipeline or flow tube. For example, mass flow meters provide an indication of the mass of material carried through a pipeline. Similarly, densitometers or densitometers provide an indication of the density of the material whose flow passes through the pipeline. Mass flow meters can also provide an indication of the density of the material and, therefore, an indication of volumetric flow.
Например, массовые расходомеры типа Кориолиса основаны на эффекте Кориолиса, в соответствии с которым материал, проходящий через трубопровод, становится массой, проходящей в радиальном направлении под действием силы Кориолиса, и, следовательно, испытывает ускорение. Многие массовые расходомеры типа Кориолиса возбуждают силу Кориолиса посредством синусоидальных колебаний трубопровода вокруг основной оси, перпендикулярной длине трубопровода. В таких массовых расходомерах сила реакции Кориолиса, испытываемая массой проходящей текучей среды, передается самому трубопроводу, проявляется как отклонение или смещение трубопровода в направлении вектора силы Кориолиса в плоскости вращения.For example, Coriolis-type mass flowmeters are based on the Coriolis effect, according to which the material passing through the pipeline becomes a mass passing in the radial direction under the influence of the Coriolis force, and therefore experiences acceleration. Many Coriolis-type mass flowmeters excite the Coriolis force through sinusoidal vibrations of the pipeline around a major axis perpendicular to the length of the pipe. In such mass flowmeters, the Coriolis reaction force experienced by the mass of the passing fluid is transmitted to the pipeline itself, manifesting itself as a deviation or displacement of the pipeline in the direction of the Coriolis force vector in the plane of rotation.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE SUMMARY OF THE INVENTION
В соответствии с одним общим аспектом расходомер содержит поддающуюся колебаниям расходомерную трубку, генератор колебаний, соединенный с расходомерной трубкой и поддающийся управлению для сообщения движения расходомерной трубке, датчик, соединенный с расходомерной трубкой и поддающийся управлению для измерения движения расходомерной трубки и генерирования сигнала датчика, и контроллер, соединенный для приема сигнала датчика, причем контроллер поддается управлению для определения первого расхода первой фазы в двухфазном потоке через расходомерную трубку и определения второго расхода второй фазы в двухфазном потоке.In accordance with one general aspect, the flow meter comprises a vibratory flow tube, an oscillator connected to the flow tube and controlled to communicate movement of the flow tube, a sensor connected to the flow tube and operable to measure the movement of the flow tube and generate a sensor signal, and a controller connected to receive a sensor signal, the controller being controlled to determine a first flow rate of the first phase in a two-phase flow through cutting a flow tube and determining a second flow rate of a second phase in a two-phase flow.
Варианты осуществления могут содержать один или более следующих элементов. Например, первая фаза может включать в себя газ, а вторая фаза может включать в себя жидкость.Embodiments may include one or more of the following elements. For example, the first phase may include gas, and the second phase may include liquid.
Контроллер может поддаваться управлению для ввода кажущейся плотности двухфазного потока, определяемой расходомером, и вывода скорректированной плотности двухфазного потока. Контроллер может поддаваться управлению для коррекции кажущейся плотности на основе теоретической зависимости между кажущейся плотностью и скорректированной плотностью или на основе эмпирической зависимости между кажущейся плотностью и скорректированной плотностью (например, на основе таблицы, хранящей зависимости между кажущейся плотностью и скорректированной плотностью).The controller can be controlled to enter an apparent two-phase flow density as determined by the flow meter and output an adjusted two-phase flow density. The controller can be controlled to correct apparent density based on a theoretical relationship between apparent density and adjusted density or based on an empirical relationship between apparent density and adjusted density (for example, based on a table storing the relationship between apparent density and adjusted density).
Контроллер может поддаваться управлению для ввода кажущегося удельного массового расхода двухфазного потока, определяемого расходомером, и вывода скорректированного удельного массового расхода двухфазного потока. Контроллер может поддаваться управлению для коррекции кажущегося удельного массового расхода на основе теоретической или эмпирической зависимости, например, табличной зависимости, между кажущимся удельным массовым расходом и скорректированным массовым расходом.The controller can be controlled to input the apparent specific mass flow rate of the two-phase flow determined by the flow meter, and output the adjusted specific mass flow rate of the two-phase flow. The controller can be controlled to correct the apparent specific mass flow rate based on a theoretical or empirical relationship, for example, a tabular relationship, between the apparent specific mass flow rate and the adjusted mass flow rate.
Контроллер может поддаваться управлению для ввода кажущейся фракции первой фазы двухфазного потока, определяемой расходомером, который определяет количество первой фазы в двухфазном потоке, и вывода скорректированной фракции первой фазы двухфазного потока. Котроллер может поддаваться управлению для ввода фракции первой фазы двухфазного потока, определяемой датчиком фракции фазы, который находится вне расходомера.The controller can be controlled to input the apparent fraction of the first phase of the two-phase stream, determined by a flowmeter that determines the amount of the first phase in the two-phase stream, and output the adjusted fraction of the first phase of the two-phase stream. The controller can be controlled to input a fraction of a first phase of a two-phase flow detected by a phase fraction sensor that is located outside the flowmeter.
Контроллер может поддаваться управлению для определения первого расхода и второго расхода на основе скорректированных значений определяемой плотности и определяемого удельного массового расхода двухфазного потока. Контроллер может поддаваться управлению для определения первого расхода и второго расхода на основе скорректированного значения определяемой фракции первой фазы, которая определяет количество первой фазы в двухфазном потоке. Контроллер может поддаваться управлению для определения первого расхода и второго расхода на основе плотностей первой фазы и второй фазы, соответственно.The controller can be controlled to determine the first flow rate and the second flow rate based on the adjusted values of the determined density and the determined specific mass flow rate of the two-phase flow. The controller can be controlled to determine the first flow rate and the second flow rate based on the adjusted value of the determined fraction of the first phase, which determines the amount of the first phase in the two-phase flow. The controller may be controlled to determine a first flow rate and a second flow rate based on the densities of the first phase and second phase, respectively.
Контроллер может поддаваться управлению для определения первой приведенной скорости первой фазы и второй приведенной скорости второй фазы на основе первого расхода и второго расхода, соответственно. Контроллер может поддаваться управлению для определения режима потока двухфазного потока на основе первой приведенной скорости и второй приведенной скорости. Контроллер может поддаваться управлению для определения скорости проскальзывания между первой фазой и второй фазой на основе средней скорости первой фазы и средней скорости второй фазы. Контроллер может поддаваться управлению для обеспечения коррекций первого расхода и второго расхода на основе первой и второй приведенных скоростей, определенного режима потока или скорости проскальзывания для получения в соответствии с этим скорректированного первого расхода и скорректированного второго расхода.The controller may be controlled to determine a first reduced speed of the first phase and a second reduced speed of the second phase based on the first flow rate and the second flow rate, respectively. The controller may be controlled to determine a two-phase flow mode based on a first reduced speed and a second reduced speed. The controller may be controlled to determine the creep rate between the first phase and the second phase based on the average speed of the first phase and the average speed of the second phase. The controller may be controlled to provide corrections to the first flow rate and the second flow rate based on the first and second reduced velocities, the determined flow regime, or the creep rate, so as to obtain a corrected first flow rate and a corrected second flow rate.
В соответствии с другим общим аспектом способ предусматривает определение объемной плотности двухфазного потока через расходомерную трубку, причем двухфазный поток включает в себя первую фазу и вторую фазу, определение объемного удельного массового расхода двухфазного потока и определение первого удельного массового расхода первой фазы на основе объемной плотности и объемного удельного массового расхода.In accordance with another general aspect, the method comprises determining a bulk density of a two-phase flow through a flow tube, wherein the two-phase flow includes a first phase and a second phase, determining a volume specific mass flow of a two-phase flow and determining a first specific mass flow of a first phase based on the bulk density and volume specific mass flow rate.
Варианты осуществления могут предусматривать один или более следующих элементов. Например, второй удельный массовый расход второй фазы может быть определен на основе объемной плотности и объемного удельного массового расхода. При определении объемной плотности может определяться кажущаяся объемная плотность двухфазного потока, и кажущаяся объемная плотность может корректироваться для получения объемной плотности.Embodiments may include one or more of the following elements. For example, the second specific mass flow rate of the second phase can be determined based on the bulk density and volume specific mass flow rate. In determining the bulk density, the apparent bulk density of the two-phase flow can be determined, and the apparent bulk density can be adjusted to obtain a bulk density.
При коррекции кажущейся объемной плотности кажущаяся объемная плотность может вводиться в теоретическую зависимость, которая соотносит кажущуюся объемную плотность со скорректированной объемной плотностью, или может вводиться в эмпирическую зависимость, которая соотносит кажущуюся объемную плотность со скорректированной объемной плотностью.When correcting apparent bulk density, the apparent bulk density can be introduced into a theoretical relationship that correlates the apparent bulk density with the adjusted bulk density, or can be introduced into an empirical relationship that correlates the apparent bulk density with the adjusted bulk density.
При коррекции кажущейся объемной плотности может вводиться первая плотность первой фазы. Фракция первой фазы двухфазного потока может определяться на основе объемной плотности, первой плотности первой фазы и второй плотности второй фазы. При определении первого удельного массового расхода первой фазы первый удельный массовый расход может определяться на основе фракции первой фазы и первой плотности.When correcting apparent bulk density, a first density of a first phase may be introduced. The fraction of the first phase of the two-phase flow can be determined based on the bulk density, the first density of the first phase and the second density of the second phase. When determining the first specific mass flow rate of the first phase, the first specific mass flow rate can be determined based on the fraction of the first phase and the first density.
Первая приведенная скорость первой фазы и вторая приведенная скорость второй фазы может быть определена на основе первого удельного массового расхода и второго удельного массового расхода, соответственно. Режим потока двухфазного потока может быть определен на основе первой приведенной скорости и второй приведенной скорости. Скорость проскальзывания между первой фазой и второй фазой может определяться на основе средней скорости первой фазы и средней скорости второй фазы. Для первого расхода и второго расхода могут быть предусмотрены коррекции на основе первой и второй приведенных скоростей, определенного режима потока или скорости проскальзывания.The first reduced velocity of the first phase and the second reduced velocity of the second phase can be determined based on the first specific mass flow rate and the second specific mass flow rate, respectively. The flow regime of the two-phase flow can be determined based on the first reduced speed and the second reduced speed. The slippage rate between the first phase and the second phase can be determined based on the average speed of the first phase and the average speed of the second phase. For the first flow rate and the second flow rate, corrections may be provided based on the first and second reduced velocities, the determined flow regime, or the creep rate.
Первая фаза может включать в себя газ, а вторая фаза может включать в себя жидкость.The first phase may include gas, and the second phase may include liquid.
В соответствии с другим общим аспектом контроллер расходомера содержит систему коррекции плотности, поддающуюся управлению для ввода кажущейся плотности двухфазного потока и вывода скорректированной плотности двухфазного потока, причем двухфазный поток включает в себя первую фазу и вторую фазу, систему коррекции удельного массового расхода, поддающуюся управлению для ввода кажущегося удельного массового расхода двухфазного потока и вывода скорректированного удельного массового расхода двухфазного потока, и систему определения удельного массового расхода компонентов потока, поддающуюся управлению для определения первого удельного массового расхода первой фазы на основе скорректированной плотности и скорректированного удельного массового расхода.In accordance with another general aspect, the flowmeter controller comprises a density correction system that can be controlled to input the apparent density of the two-phase flow and output the adjusted density of the two-phase flow, wherein the two-phase flow includes a first phase and a second phase, a specific mass flow correction system that can be controlled for input the apparent specific mass flow rate of the two-phase flow and the output of the adjusted specific mass flow rate of the two-phase flow, and a system for determining unit mass flow rate of flow components that can be controlled to determine the first specific mass flow rate of the first phase based on the adjusted density and the adjusted specific mass flow rate.
Варианты осуществления могут предусматривать один или более из следующих элементов. Например, система определения удельного массового расхода компонентов потока может поддаваться управлению для определения второго удельного массового расхода второй фазы на основе скорректированной плотности и скорректированного массового расхода.Embodiments may include one or more of the following elements. For example, a system for determining the specific mass flow rate of flow components can be controlled to determine a second specific mass flow rate of the second phase based on the adjusted density and the adjusted mass flow rate.
Первая фаза может включать в себя жидкость, а вторая фаза может включать в себя газ. Может быть предусмотрена система определения фракции фазы, причем указанная система поддается управлению для определения скорректированной фракции фазы двухфазного потока, при этом система определения удельного массового расхода компонентов потока может поддаваться управлению для определения первого расхода и второго расхода на основе скорректированной фракции фазы. Система определения фракции фазы может быть системой определения объемного паросодержания, которая определяет количество газа в двухфазном потоке.The first phase may include a liquid, and the second phase may include a gas. A system for determining the phase fraction can be provided, wherein the system can be controlled to determine the corrected phase fraction of the two-phase flow, while the system for determining the specific mass flow rate of the components of the stream can be controlled to determine the first flow rate and the second flow rate based on the adjusted phase fraction. The system for determining the phase fraction can be a system for determining the volumetric vapor content, which determines the amount of gas in a two-phase stream.
Может быть предусмотрена система определения приведенной скорости, которая поддается управлению для определения первой приведенной скорости первой фазы и второй приведенной скорости второй фазы. Контроллер расходомера может включать в себя систему определения режима потока, поддающуюся управлению для определения режима потока двухфазного потока.A reduced velocity determination system may be provided that can be controlled to determine a first reduced velocity of the first phase and a second reduced velocity of the second phase. The flowmeter controller may include a flow mode determination system that can be controlled to determine a two-phase flow mode.
Система определения режима потока может дополнительно поддаваться управлению для определения скорости проскальзывания фазы относительно средней скорости первой фазы и средней скорости второй фазы. Система определения удельного массового расхода компонентов потока может поддаваться управлению для улучшения определения первого удельного массового расхода и второго удельного массового расхода не основе первой и второй приведенных скоростей, режима потока или скорости проскальзывания фазы.The flow mode determination system may further be controlled to determine the phase slip rate relative to the average speed of the first phase and the average speed of the second phase. The system for determining the specific mass flow rate of the flow components can be controlled to improve the determination of the first specific mass flow rate and the second specific mass flow rate not based on the first and second reduced velocities, flow regime, or phase slip velocity.
Детали одного или более вариантов осуществления описываются ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи. Другие элементы станут очевидными из описания, чертежей и формулы изобретения.Details of one or more embodiments are described below with reference to the accompanying drawings. Other elements will become apparent from the description, drawings and claims.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Фиг.1А - иллюстрация расходомера Кориолиса, в котором используется изогнутая расходомерная трубка.1A is an illustration of a Coriolis flowmeter using a curved flow tube.
Фиг.1В - иллюстрация расходомера Кориолиса, в котором используется прямолинейная расходомерная трубка.Figv is an illustration of a Coriolis flowmeter that uses a straight flow meter tube.
Фиг.2 - блок-схема расходомера Кориолиса.Figure 2 is a block diagram of a Coriolis flowmeter.
Фиг.3 - блок-схема, иллюстрирующая функционирование расходомера Кориолиса, иллюстрируемого на фиг.2.Figure 3 is a block diagram illustrating the operation of the Coriolis flowmeter illustrated in figure 2.
Фиг.4 - блок-схема, иллюстрирующая методологию определения расходов жидкости и газа двухфазного потока.FIG. 4 is a flowchart illustrating a methodology for determining liquid and gas flow rates of a two-phase flow.
Фиг.5А и фиг.5В - графики, иллюстрирующие относительную погрешность в измерении объемного паросодержания и жидкой фракции, соответственно.Figa and Figv are graphs illustrating the relative error in the measurement of volumetric vapor content and liquid fraction, respectively.
Фиг.6 - график, иллюстрирующий погрешность массового расхода как функции перепада плотности для расходомерной трубки, имеющей конкретную ориентацию и в выбранной области потока.6 is a graph illustrating a mass flow rate error as a function of density difference for a flow tube having a specific orientation and in a selected flow region.
Фиг.7 - блок-схема, иллюстрирующая методологию корректировки измерений плотности.7 is a flowchart illustrating a methodology for adjusting density measurements.
Фиг.8 - таблица, иллюстрирующая зависимость между перепадом теоретической плотности и очевидным удельным массовым расходом двухфазного потока.8 is a table illustrating the relationship between the difference in theoretical density and the apparent specific mass flow rate of a two-phase flow.
Фиг.9 - блок-схема, иллюстрирующая методологию определения измерений объемного паросодержания.Fig. 9 is a flowchart illustrating a methodology for determining volumetric vapor content measurements.
Фиг.10 - блок-схема, иллюстрирующая методологию определения скорректированных измерений удельного массового расхода.10 is a flowchart illustrating a methodology for determining adjusted measurements of specific mass flow rate.
Фиг.11 - таблица, иллюстрирующая зависимость между кажущимся удельным массовым расходом и перепадом скорректированной плотности двухфазного потока.11 is a table illustrating the relationship between the apparent specific mass flow rate and the differential pressure difference of the two-phase flow.
Фиг.фиг.12-14 - графики, иллюстрирующие примеры коррекций плотности для ряда расходомерных трубок.Fig. 12-14 are graphs illustrating examples of density corrections for a number of flow tubes.
Фиг.15-20 - графики, иллюстрирующие примеры коррекций удельного массового расхода для ряда расходомерных трубок.15-20 are graphs illustrating examples of mass flow rate corrections for a number of flow tubes.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION
Типы расходомеров включают в себя цифровые расходомеры. Например, в патенте США №6311136, включенном в эту заявку в качестве ссылки, описано использование цифрового расходомера и соответствующего способа, предусматривающего обработку сигнала и методологии измерений. Такие цифровые расходомеры могут быть очень точными в их измерениях, с небольшим или незначительным шумом, и могут быть способными давать возможность широкого диапазона положительных и отрицательных коэффициентов усиления в схемотехнике генератора колебаний для возбуждения трубопровода. Таким образом, такие цифровые расходомеры являются предпочтительными во множестве установочных параметров. Например, в обычно переданном патенте США №6505519, который включен в эту заявку в качестве ссылки, описывается использование широкого диапазона коэффициента усиления и/или использование отрицательного коэффициента усиления для предотвращения срыва потока и для более точного осуществления управления расходомерной трубкой, даже в течение тяжелых условий, например, двухфазного потока (например, потока, содержащего смесь жидкости и газа).Types of flowmeters include digital flowmeters. For example, US Pat. No. 6,311,136, incorporated by reference in this application, describes the use of a digital flowmeter and an appropriate method involving signal processing and measurement methodology. Such digital flow meters can be very accurate in their measurements, with little or no noise, and can be able to enable a wide range of positive and negative amplification factors in the oscillator circuitry to drive the pipeline. Thus, such digital flowmeters are preferred in a variety of settings. For example, commonly referred U.S. Patent No. 6,505,519, which is incorporated herein by reference, describes the use of a wide range of gain and / or the use of a negative gain to prevent stalling and to more accurately control the flow tube, even during severe conditions for example, a two-phase stream (for example, a stream containing a mixture of liquid and gas).
Хотя цифровые расходомеры специально описываются ниже со ссылкой, например, на фиг.1 и фиг.2, должно быть очевидным, что также существуют аналоговые расходомеры. Хотя такие аналоговые расходомеры могут иметь типичные недостатки, характерные для аналоговой схемотехники, например, измерения низкой точности и высокого шума по сравнению с цифровыми расходомерами, они также могут быть совместимы с различными методологиями и вариантами осуществления, описываемыми в этой заявке. Таким образом, в следующем описании используемый термин "расходомер" или "измерительный прибор" относится к любому типу устройства и/или системе, в которой система расходомера Кориолиса использует различные системы управления и соответствующие элементы для измерения массового расхода, плотности и/или других параметров материала (материалов), движущегося через расходомерную трубку или другой трубопровод.Although digital flowmeters are specifically described below with reference, for example, to FIG. 1 and FIG. 2, it should be apparent that analogue flow meters also exist. Although such analog flowmeters may have typical disadvantages characteristic of analog circuitry, for example, low accuracy and high noise measurements compared to digital flowmeters, they can also be compatible with the various methodologies and embodiments described in this application. Thus, in the following description, the term "flowmeter" or "measuring device" is used to refer to any type of device and / or system in which the Coriolis flowmeter system uses various control systems and corresponding elements for measuring mass flow, density and / or other material parameters (materials) moving through a flow tube or other pipeline.
На фиг.1А приведена иллюстрация цифрового расходомера, в котором используется изогнутая расходомерная трубка 102. В частности, изогнутая расходомерная трубка 102 может быть использована для измерения одной или более физических характеристик, например, движущейся текучей среды, как указано выше. Как показано на фиг.1А, цифровой передатчик 104 обменивается сигналами датчика и генератора колебаний с изогнутой расходомерной трубкой 102, так чтобы измерять колебания изогнутой расходомерной трубки 102 и возбуждать колебания изогнутой расходомерной трубки 102, соответственно. Благодаря быстрому и точному определению сигналов датчика и возбуждения, цифровой передатчик 104, как указано выше, обеспечит быстрое и точное функционирование изогнутой расходомерной трубки 102. Примеры цифровых передатчиков 104, используемых с изогнутой расходомерной трубкой, приведены, например, в обычно переданном патенте США №6311136.FIG. 1A illustrates a digital flow meter that utilizes a
На фиг.1В приведена иллюстрация цифрового расходомера, в котором используется прямолинейная расходомерная трубка 106. Более конкретно, на фиг.1В иллюстрируется взаимодействие прямолинейной расходомерной трубки 106 с цифровым передатчиком 104. Такая прямолинейная расходомерная трубка на концептуальном уровне функционирует аналогично изогнутой расходомерной трубке 102 и имеет различные преимущества/недостатки по сравнению с изогнутой расходомерной трубкой 102. Например, прямолинейная расходомерная трубка 106 может проще (полностью) наполняться и опорожняться, чем изогнутая расходомерная трубка 102, просто вследствие геометрии ее конструкции. При эксплуатации изогнутая расходомерная трубка 102 может функционировать при частоте, например, 50-110 Гц, тогда как прямолинейная расходомерная трубка 106 может функционировать при частоте, например, 300-1000 Гц. Изогнутая расходомерная трубка 102 представляет расходомерные трубки, имеющие множество диаметров, и может функционировать во множестве ориентации, например, в вертикальной или горизонтальной ориентации.FIG. 1B illustrates a digital flow meter that uses a straight
Как показано на фиг.2, цифровой массовый расходомер 200 содержит цифровой передатчик 104, один или более датчиков 205 движения, один или более генераторов 210 колебаний, расходомерную трубку 215 (которая также может быть указана как трубопровод и которая может представлять либо изогнутую расходомерную трубку 102, либо прямолинейную расходомерную трубку 106, или некоторый другой тип расходомерной трубки) и датчик температуры 220. Цифровой передатчик 104 может быть реализован при использовании одного или более устройств для обработки данных, например, при использовании цифрового процессора сигналов (DSP), программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA), проблемно-ориентированной специализированной интегральной микросхемы (ASIC), других программируемых логических или вентильных матриц, или программируемой логики с процессорным ядром. Должно быть очевидным, что, как описано в патенте США №6311136, для управления генераторами 210 колебаний могут быть включены соответствующие цифроаналоговые преобразователи, тогда как аналого-цифровые преобразователи могут быть предусмотрены для преобразования сигналов датчиков от датчиков 205 для использования цифровым передатчиком 104.As shown in FIG. 2, the digital mass flow meter 200 comprises a
Цифровой передатчик 104 генерирует измерение, например, плотности и/или массового расхода материала, поток которого проходит через расходомерную трубку 215, на основе, по меньшей мере, сигналов, принимаемых от датчиков 205 движения. Цифровой передатчик 104 также управляет генераторами 210 колебаний для возбуждения движения в расходомерной трубке 215. Это движение измеряется датчиками 205 движения.The
Измерения плотности материала, поток которого проходит через расходомерную трубку, относятся, например, к частоте движения расходомерной трубки 215, которая возбуждается в расходомерной трубке 215 движущей силой, прикладываемой генераторами 210 колебаний, или к температуре расходомерной трубки 215. Аналогичным образом, массовый расход через расходомерную трубку 215 относится к фазе и частоте движения расходомерной трубки, а также к температуре расходомерной трубки 215.Measurements of the density of the material whose flow passes through the flow tube relate, for example, to the frequency of the flow tube 215, which is excited in the flow tube 215 by the driving force exerted by the oscillation generators 210, or to the temperature of the flow tube 215. Similarly, the mass flow through the flow tube the tube 215 relates to the phase and frequency of movement of the flow tube, as well as the temperature of the flow tube 215.
Температура в расходомерной трубке 215, которую измеряют при использовании датчика 220 температуры, влияет на некоторые свойства расходомерной трубки, например, на ее жесткость и размеры. Цифровой передатчик 104 может компенсировать эти температурные эффекты. Как также показано на фиг.2, датчик 225 давления находится во взаимодействии с передатчиком 104 и соединен с расходомерной трубкой 215 так, чтобы поддаваться управлению для измерения давления в материале, поток которого проходит через расходомерную трубку 215.The temperature in the flow tube 215, which is measured using the temperature sensor 220, affects some properties of the flow tube, for example, its rigidity and size. A
Должно быть очевидным, что давление текучей среды, входящей в расходомерную трубку 215, и перепад давления в соответствующих точках на расходомерной трубке могут быть индикаторами определенных состояний потока. Также, хотя внешние датчики температуры могут быть использованы для измерения температуры текучей среды, такие датчики могут быть использованы помимо внутреннего датчика расходомера, предназначенного для измерения характерной температуры, для калибровок расходомерной трубки. В некоторых расходомерных трубках используется также множество датчиков температуры с целью корректирующих измерений дифференциальной температуры между технологической текучей средой и окружающей средой (например, температура кожуха корпуса расходомерной трубки). Как описывается более подробно ниже, одним потенциальным использованием измерений температуры и давления текучей среды на входе является вычисление истинных плотностей жидкости или газа в двухфазном потоке, основываясь на предварительно определенных формулах.It should be obvious that the pressure of the fluid entering the flow tube 215 and the pressure drop at the corresponding points on the flow tube can be indicators of certain flow conditions. Also, although external temperature sensors can be used to measure the temperature of the fluid, such sensors can be used in addition to the internal sensor of the flow meter, designed to measure the characteristic temperature, for calibrating the flow tube. Some flow tubes also use a variety of temperature sensors to correct the differential temperature between the process fluid and the environment (for example, the temperature of the casing of the flow tube). As described in more detail below, one potential use of inlet temperature and pressure measurements is to calculate the true densities of a liquid or gas in a two-phase flow based on predefined formulas.
Зонд 230 жидкой фракции относится к прибору для измерения объемной фракции жидкости, например, воды, если жидкость в расходомерной трубке 215 содержит воду и другую текучую среду, например, нефть. Такой зонд или подобные зонды, безусловно, могут быть использованы для измерения объемной фракции другой текучей среды, чем вода, если такое измерение является предпочтительным или если жидкость не содержит воды. В описании, приводимом ниже, измеряемая жидкость, в общем, допускается быть водой для целей примера, так что зонд 230 жидкой фракции, в общем, называют зондом 230 водной фракции или зондом 230 обводнения.The liquid fraction probe 230 relates to a device for measuring the volume fraction of a liquid, for example, water, if the liquid in the flow tube 215 contains water and other fluid, for example, oil. Such a probe or similar probes can certainly be used to measure the volume fraction of a fluid other than water, if such a measurement is preferred or if the liquid does not contain water. In the description below, the measured liquid is generally allowed to be water for example purposes, so that the liquid fraction probe 230 is generally referred to as the aqueous fraction probe 230 or the flooding probe 230.
Датчик 235 объемного паросодержания измеряет процент материала в расходомерной трубке 215, который находится в газообразном виде. Например, вода, проходящая через расходомерную трубку 215, может содержать воздух, возможно, в виде пузырей. Такое состояние, в котором материал, проходящий через расходомерную трубку 215, содержит более одного материала, в общем, называют "двухфазным потоком". В частности, термин "двухфазный поток" может относиться к жидкости и газу; однако термин "двухфазный поток" может относиться также к другим комбинациям материалов, например, к двум жидкостям (например, нефти и воде).The vapor content sensor 235 measures the percentage of material in the flow tube 215, which is in gaseous form. For example, water passing through the flow tube 215 may contain air, possibly in the form of bubbles. Such a state in which the material passing through the flow tube 215 contains more than one material is generally referred to as a “two-phase flow”. In particular, the term "two-phase flow" may refer to liquid and gas; however, the term "two-phase flow" may also refer to other combinations of materials, for example, two liquids (for example, oil and water).
Различные технологии, представленные, в общем, на фиг.2 с помощью датчика 235 объемного паросодержания, существуют для измерения объемного паросодержания в двухфазном потоке жидкости и газа. Например, существуют различные датчики и зонды, которые могут быть введены в поток для определения объемного паросодержания. В качестве другого примера, трубка Вентури (то есть трубка с суженной горловиной, которая определяет давления и скорости текучей среды путем измерения перепадов давлений, генерируемых в горловине при прохождении текучей среды через трубку), основываясь на том факте, что газ, в общем, движется с более высокой скоростью, чем жидкость (жидкости) через сужение, может быть использована для определения градиента давления и в соответствии с этим для обеспечения возможности определения объемного паросодержания. Измерения объемного паросодержания также могут быть получены при использовании аппаратуры, которая полностью находится вне расходомерной трубки. Например, для определения объемного паросодержания могут быть использованы гидроакустические измерения. В качестве характерного примера такой гидроакустической системы может быть использована система текущего контроля объемного паросодержания типа SONARtrac TM, выпускаемая компанией GiDRA Corporation of Wallingford, Connecticut.Various technologies, presented, in General, in figure 2 with the help of the sensor 235 volumetric steam content, exist for measuring volumetric steam content in a two-phase flow of liquid and gas. For example, there are various sensors and probes that can be introduced into the stream to determine the volumetric vapor content. As another example, a venturi is a tube (i.e. a tube with a narrowed neck, which determines the pressure and velocity of a fluid by measuring the pressure drops generated in the neck when the fluid passes through the tube), based on the fact that the gas generally moves at a higher rate than liquid (s) through constriction, can be used to determine the pressure gradient and, accordingly, to enable the determination of volumetric vapor content. Volumetric vapor measurements can also be obtained using equipment that is completely outside the flow tube. For example, sonar measurements can be used to determine the volumetric vapor content. As a typical example of such a hydroacoustic system, a SONARtracTM type steam volume monitoring system manufactured by GiDRA Corporation of Wallingford, Connecticut can be used.
В этом описании количество газа в проходящей текучей среде, измеряемое с помощью датчика объемного паросодержания или определяемого иначе, называется объемным паросодержанием или α, и определяется как α = объем газа/общий объем = объем газа/(объем жидкости + объем газа). В соответствии с этим величину, называемую в этой заявке жидкой фракцией, определяют как 1-α.In this description, the amount of gas in a passing fluid, measured using a volumetric vapor sensor or otherwise defined, is called volumetric vapor content or α, and is defined as α = gas volume / total volume = gas volume / (liquid volume + gas volume). Accordingly, the value referred to in this application as the liquid fraction is defined as 1-α.
Во многих случаях применения, где требуются измерения массового расхода, объемное паросодержание потока может составлять 20, 30, 40% или более. Однако даже при очень небольших объемных паросодержаниях, составляющих 0,5%, фундаментальная теория вне пределов расходомера Кориолиса становится менее применимой.In many applications where mass flow measurements are required, the volumetric vapor content of the stream can be 20, 30, 40% or more. However, even with very small volumetric steam contents of 0.5%, the fundamental theory outside the limits of the Coriolis flowmeter becomes less applicable.
Кроме того, наличие газа в потоке текучей среды может повлиять на измерение плотности потока текучей среды, в общем, занижая результаты измерения плотности. То есть, должно быть очевидным, что плотность ρliquid жидкости, которая сама проходит через расходомерную трубку, будет выше истинной плотности ρtrue двухфазного потока, содержащего жидкость и газ, поскольку плотность газа (например, воздуха) будет, в общем, ниже плотности жидкости (например, воды) в двухфазном потоке. Другими словами, имеет место уменьшение плотности при введении газа в поток жидкости, который ранее содержал только жидкость.In addition, the presence of gas in the fluid stream can affect the measurement of the density of the fluid stream, in general, underestimating the results of the density measurement. That is, it should be obvious that the density ρ liquid of the liquid, which itself passes through the flow tube, will be higher than the true density ρ true of the two-phase flow containing liquid and gas, since the density of the gas (e.g. air) will be generally lower than the density of the liquid (e.g. water) in a two-phase flow. In other words, there is a decrease in density when a gas is introduced into a fluid stream that previously contained only liquid.
Вне этого физического явления, расходомер Кориолиса, измеряющий двухфазный поток текучей среды, содержащий газ, может выдавать данные ρapparent плотности, которые являются мнимым измерением объемной плотности двухфазного потока (например, воды и воздуха). Это грубое измерение ρapparent будет, в общем, отличаться (ниже) от истинной объемной плотности ρtrue двухфазного потока. Например, резонансная частота, используемая расходомером, может стать искусственно выше вследствие относительного движения газа в потоке текучей среды, которое вызовет занижение измерения плотности. Должно быть очевидным, что многие стандартные расходомеры, соответствующие предшествующему уровню техники, индифферентны к этой проблеме, поскольку большинство таких измерительных устройств перестают продолжать работу (например, останавливаются или дают неточные измерения) при даже незначительных количествах объемного паросодержания.Outside of this physical phenomenon, a Coriolis flowmeter measuring a two-phase fluid flow containing gas can provide apparent ρ apparent density data, which is an imaginary measurement of the bulk density of a two-phase flow (for example, water and air). This rough measurement ρ apparent will generally differ (below) from the true bulk density ρ true of the two-phase flow. For example, the resonant frequency used by the flowmeter can become artificially higher due to the relative movement of the gas in the fluid stream, which will cause an underestimation of the density measurement. It should be obvious that many standard flow meters according to the prior art are indifferent to this problem, since most of such measuring devices stop working (for example, stop or give inaccurate measurements) even with small amounts of volumetric vapor content.
В патенте США №6505519, который включен в эту заявку в качестве ссылки, указано, что такое отклонение ρapparent (то есть номинальные грубые данные или данные объемной плотности двухфазного потока, выдаваемые расходомером Кориолиса) от ρtrue (то есть истинной грубой или объемной плотности двухфазного потока) может характеризоваться благодаря множеству технологий. Как результат, измеренная ρapparent плотность может быть скорректирована для получения истинной объемной плотности ρcorrected, которая, по меньшей мере, приблизительно равна истинной плотности ρtrue.US Pat. No. 6,505,519, which is incorporated by reference in this application, states that ρ apparent deviation (i.e., nominal rough data or bulk density data of a two-phase flow produced by a Coriolis flowmeter) from ρ true (i.e. true gross or bulk density biphasic flow) can be characterized by many technologies. As a result, the measured ρ apparent density can be adjusted to obtain a true bulk density ρ corrected , which is at least approximately equal to the true density ρ true .
До некоторой степени подобным образом, номинальный грубый или объемный удельный массовый расход MFapparent (то есть, удельный массовый расход всего двухфазного потока), измеренный с помощью расходомера Кориолиса, может отличаться на прогнозируемую или характеризуемую величину от истинного объемного удельного массового расхода MFtrue. Должно быть очевидным, что технологии коррекции для скорректированного объемного удельного массового расхода MFtrue могут отличаться от технологий коррекции плотности. Например, различные технологии коррекции номинального MFapparent для получения истинного MFtrue (или, по меньшей мере, MFcorrected) описаны в патенте США №6505519.To some extent, in a similar way, the nominal gross or volume specific mass flow rate MF apparent (i.e., the specific mass flow rate of the entire two-phase flow) measured with a Coriolis flow meter may differ by a predicted or characteristic value from the true volume specific mass flow rate MF true . It should be obvious that the correction technologies for the adjusted volumetric specific mass flow rate MF true may differ from the density correction technologies. For example, various techniques for correcting nominal MF apparent to obtain true MF true (or at least MF corrected ) are described in US Pat. No. 6,505,519.
Примеры подробных технологий коррекции ρapparent и MFapparent более подробно описаны ниже. Вообще говоря, хотя со ссылкой на фиг.2 цифровой передатчик иллюстрируется как содержащий систему 240 коррекции плотности, которая имеет доступ к базе данных 245 коррекции массового расхода, и систему 250 коррекции удельного массового расхода, которая имеет доступ к базе данных 255 массового расхода. Как более подробно описано ниже, базы данных 245 и 255 могут содержать, например, алгоритмы коррекции, которые получены теоретически или эмпирически, и/или таблицы коррекции, которые обеспечивают скорректированные значения плотности и массового расхода для данного набора входных параметров. Базы данных 245 и 255 могут также хранить различные другие виды данных, которые могут оказаться полезными при выполнении коррекций плотности и массового расхода. Например, база данных коррекции плотности может хранить ряд плотностей pliquid, соответствующих конкретным жидкостям (например, воде или нефти).Examples of detailed correction technologies ρ apparent and MF apparent are described in more detail below. Generally speaking, although with reference to FIG. 2, a digital transmitter is illustrated as comprising a density correction system 240 that has access to a mass flow correction database 245, and a specific mass flow correction system 250 that has access to a mass flow database 255. As described in more detail below, databases 245 and 255 may contain, for example, correction algorithms that are obtained theoretically or empirically, and / or correction tables that provide adjusted density and mass flow rates for a given set of input parameters. Databases 245 and 255 may also store various other types of data that may be useful in performing density and mass flow corrections. For example, a density correction database may store a series of p liquid densities corresponding to particular fluids (e.g., water or oil).
Как дополнительно показано на фиг.2, система 260 определения/коррекции объемного паросодержания поддается управлению для определения объемного паросодержания двухфазного потока, включающего в себя жидкость и газ. Например, в одном варианте осуществления система 260 определения/коррекции объемного паросодержания может определять истинное объемное паросодержание αtrue из скорректированной плотности ρtrue. В другом варианте осуществления система 260 определения/коррекции объемного паросодержания может вводить измерение кажущегося или номинального объемного паросодержания, получаемого с помощью датчика 235 объемного паросодержания, и может скорректировать это измерение, основываясь на характеризации погрешности, аналогично тому, как это описано выше для технологий плотности и массового расхода. В другом варианте осуществления датчик 235 объемного паросодержания может поддаваться управлению для прямого измерения истинного объемного паросодержания αtrue, причем в этом случае система 260 определения/коррекции объемного паросодержания просто вводит это измерение.As further shown in FIG. 2, the volumetric steam content determination / correction system 260 can be controlled to determine the volumetric steam content of a two-phase stream including liquid and gas. For example, in one embodiment, the volumetric vapor content determination / correction system 260 may determine the true volumetric vapor content α true from the adjusted density ρ true . In another embodiment, the volumetric vapor content determination / correction system 260 may input an apparent or nominal volumetric vapor content measurement obtained with the volumetric steam content sensor 235, and may correct the measurement based on the characterization of the error, similar to that described above for density and mass flow rate. In another embodiment, the volumetric steam sensor 235 can be controlled to directly measure the true volumetric vapor content α true , in which case the volumetric steam determination / correction system 260 simply introduces this measurement.
Как только факторы ρtrue, MFtrue и αtrue определены и, возможно, в связи с другими известными или определяемыми величинами, система 265 определения удельного массового расхода компонентов потока работает для одновременного определения удельного массового расхода компонента жидкой фазы и удельного массового расхода компонента газовой фазы. То есть, передатчик 104 поддается управлению для определения отдельных расходов MFliquid и MFgas компонентов потока, в противоположность определению только объемного расхода комбинированного и общего двухфазного потока MFtrue. Хотя, как только что указано, такие измерения могут быть определены и/или выданы одновременно, они также могут быть определены отдельно и независимо друг от друга.As soon as the factors ρ true , MF true and α true are determined and, possibly, in connection with other known or determined values, the specific mass flow rate determination of the flow components works to simultaneously determine the specific mass flow rate of the liquid phase component and the specific mass flow rate of the gas phase component . That is, the
Как только расходы MFliquid и MFgas компонентов были определены так, как, в общем, описано выше, эти первоначальные определения могут быть улучшены, благодаря процессу, который учитывает приведенные скорости компонентов потока, скорости скольжения между компонентами и/или идентифицированный режим течения потока. В этом случае могут быть получены улучшенные значения расходов MFliquid и MFgas или могут быть получены со временем, по мере того как эти расходы изменяются.Once the flow rates of the MF liquid and MF gas components have been determined as generally described above, these initial definitions can be improved thanks to a process that takes into account the reduced velocities of the flow components, the sliding speeds between the components and / or the identified flow pattern. In this case, improved flow rates of MF liquid and MF gas can be obtained or can be obtained over time as these costs change.
Приведенные скорости указаны в этой заявке как скорости, которые были бы, если бы подобные массовые расходы данной фазы проходили как одна фаза через расходомерную трубку 215. Система 270 определения/коррекции приведенной скорости включена в передатчик 104, например, для определения кажущейся или скорректированной приведенной скорости газа или жидкости в двухфазном потоке.Given speeds are indicated in this application as speeds that would have been if similar mass flow rates of a given phase passed as a single phase through the flow tube 215. The reduced speed determination / correction system 270 is included in the
Скорости скольжения относятся к состоянию, в котором фазы газа и жидкости в двухфазном потоке имеют разные средние скорости. То есть, средняя скорость газа AVgas отличается от средней скорости жидкости AVliquid. В таком случае проскальзывание S может быть определено как S=AVgas/AVliquid.Sliding speeds refer to a state in which the gas and liquid phases in a two-phase flow have different average speeds. That is, the average velocity of an AV gas is different from the average velocity of an AV liquid . In this case, S slippage can be defined as S = AV gas / AV liquid .
Режим потока является термином, который относится к характеризации образа действия, с помощью которого поток двух фаз проходит через расходомерную трубку 215 относительно друг друга и/или расходомерной трубки 215, и может быть выражен, по меньшей мере, частично на основе только что определенных приведенных скоростей. Например, один режим потока известен как "пузырьковый режим", в котором газ захватывается (увлекается) жидкостью в виде пузырьков. В качестве другого примера, "снарядный режим" относится к серии "пробок" или "снарядов" жидкости, отделенных относительно большими газовыми пакетами. Например, в вертикальном потоке газ в снарядном режиме может занимать почти всю площадь поперечного сечения расходомерной трубки 215, так что результирующий поток чередуется между композицией, содержащей большое количество жидкости, и композицией, содержащей большое количество газа. Известно существование других режимов потока, которые имеют некоторые определенные характеристики, включая, например, кольцевой режим (двухфазного) потока, дисперсный режим (двухфазного) потока и пенистый режим (двухфазного) потока и другие.Flow mode is a term that refers to the characterization of the mode of action by which the flow of two phases passes through the flow tube 215 relative to each other and / or the flow tube 215, and can be expressed, at least in part, based on the just determined reduced speeds . For example, one flow regime is known as a “bubble regime” in which gas is trapped (carried away) by a liquid in the form of bubbles. As another example, “shell mode” refers to a series of “plugs” or “shells” of liquid separated by relatively large gas packets. For example, in a vertical flow, projectile gas can occupy almost the entire cross-sectional area of flow tube 215, so that the resulting flow alternates between a composition containing a large amount of liquid and a composition containing a large amount of gas. It is known that there are other flow regimes that have some specific characteristics, including, for example, a ring regime of a (two-phase) flow, a dispersed regime of a (two-phase) flow, and a foamy mode of a (two-phase) flow, and others.
Известно, что на существование конкретного режима потока могут оказывать влияние различные факторы, включая, например, объемное парогазосодержание в потоке текучей среды, ориентацию расходомерной трубки 215 (например, горизонтальное или вертикальное), диаметр расходомерной трубки 215, материалы, входящие в состав двухфазного потока и скорости (и относительные скорости) материалов в двухфазном потоке. В зависимости от этих и других факторов поток конкретной текучей среды может переходить между несколькими режимами потока в течение данного периода времени.It is known that the existence of a specific flow regime can be influenced by various factors, including, for example, the volumetric vapor and gas content in the fluid stream, the orientation of the flow tube 215 (e.g., horizontal or vertical), the diameter of the flow tube 215, the materials included in the two-phase flow, and velocities (and relative velocities) of materials in a two-phase flow. Depending on these and other factors, the flow of a particular fluid may transition between several flow patterns during a given time period.
Информация о проскальзывании фазы может быть получена, по меньшей мере, частично из знания режима потока. Например, в пузырьковом режиме потока, допуская равномерное распределение пузырьков, может иметься небольшое относительное движение между фазами. Там, где пузырьки скапливаются и комбинируются для образования менее равномерного распределения газовой фазы, между фазами может иметь место некоторое проскальзывание, причем газ склонен просачиваться через жидкую фазу.Information on phase slippage can be obtained, at least in part, from knowledge of the flow regime. For example, in the bubbly flow regime, allowing a uniform distribution of bubbles, there may be a slight relative motion between the phases. Where bubbles accumulate and combine to form a less uniform distribution of the gas phase, some slippage may occur between the phases, with the gas tending to leak through the liquid phase.
На фиг.2 показано, что имеется система 275 определения режима потока, которая имеет доступ к базе данных 280 карт режимов потока. В этом случае информация о существующем режиме потока, включая информацию о проскальзывании фаз, может быть получена, сохранена и доступна для использования при одновременном определении удельных массовых расходов жидкости и газа в двухфазном потоке.Figure 2 shows that there is a stream mode determination system 275 that has access to a stream mode map database 280. In this case, information on the existing flow regime, including information on phase slippage, can be obtained, stored and available for use while simultaneously determining the specific mass flow rates of liquid and gas in a two-phase flow.
Должно быть очевидным, что различные компоненты цифрового передатчика 104, как иллюстрируется на фиг.2, находятся во взаимодействии друг с другом, хотя для ясности изображения детально не показаны каналы связи. Кроме того, должно быть очевидным, что, хотя на фиг.2 не показаны стандартные компоненты цифрового передатчика 104, но допускается их существование или доступность для цифрового передатчика 104. Например, цифровой передатчик 104 будет, как правило, включать в себя системы измерения (объемной) плотности и удельного массового расхода, а также схемотехнику для возбуждения генератора 210 колебаний.It should be obvious that the various components of the
На фиг.3 приведена блок-схема 300, иллюстрирующая функционирование расходомера 200 Кориолиса, иллюстрируемого на фиг.2. В частности, на фиг.3 иллюстрируется методика, с помощью которой расходомер 200, иллюстрируемый на фиг.2, поддается управлению для одновременного определения расходов MFliquid и MFgas жидкости и газа, соответственно, для двухфазного потока.FIG. 3 is a
В соответствии с фиг.3 определяется, что двухфазный поток газ-жидкость существует в расходомерной трубке 215 (302). Это может быть сделано оператором в течение конфигурации массового расходомера/денситометра для потока газ-жидкость. В качестве другого примера, это определение может быть сделано автоматически путем использования элемента измерителя Кориолиса для определения того, что существует состояние двухфазного потока газ-жидкость. В последнем случае, такая методика описана более подробно, например, в патенте США №631136 и в патенте США №6505519, включенных в эту заявку в качестве ссылки.According to FIG. 3, it is determined that a two-phase gas-liquid flow exists in the flow tube 215 (302). This can be done by the operator during the configuration of the mass flow meter / densitometer for gas-liquid flow. As another example, this determination can be made automatically by using a Coriolis meter element to determine that a two-phase gas-liquid flow state exists. In the latter case, such a technique is described in more detail, for example, in US patent No. 631136 and in US patent No. 6505519 included in this application by reference.
Как только установлено существование двухфазного потока, определяют 304 скорректированную объемную плотность ρtrue с помощью системы 240 коррекции плотности при использовании базы данных 245 коррекции плотности передатчика 104. То есть, номинальную плотность ρapparent корректируют для получения ρtrue. Методика выполнения этой коррекции более подробно описана ниже.Once the existence of a two-phase flow has been established, 304 corrected bulk density ρ true is determined using the density correction system 240 using the density correction database 245 of the
Как только определена ρtrue, может быть определено 306 истинное объемное парогазосодержание αtrue с помощью системы 260 определения/коррекции объемного паросодержания. Также определяют 308 скорректированный объемный удельный массовый расход MFtrue с помощью системы 250 коррекции удельного массового расхода. Как и в случае с определением плотности, методология получения скорректированного объемного паросодержания αtrue и удельного массового расхода MFtrue более подробно описывается ниже.Once ρ true is determined, 306 true volumetric gas and vapor contents α true can be determined using the volumetric vapor content determination / correction system 260. A 308 corrected volumetric specific mass flow rate MF true is also determined using the specific mass flow rate correction system 250. As in the case of density determination, the methodology for obtaining the corrected volumetric vapor content α true and specific mass flow rate MF true is described in more detail below.
Из блок-схемы 300, приведенной на фиг.3, должно быть очевидно, что определения αtrue, MFtrue, ρtrue могут выполняться в ряде последовательностей. Например, в одном варианте осуществления скорректированное объемное паросодержание αtrue определяют на основе предварительно вычисленной скорректированной плотности ρtrue, после чего определяют скорректированный удельный массовый расход MFtrue, основываясь на αtrue. В другом варианте осуществления αtrue и ρtrue могут быть вычислены независимо друг от друга, и/или независимо друг от друга могут быть вычислены ρtrue и MFtrue.From the
Как только стали известными скорректированная плотность ρtrue, скорректированное объемное паросодержание αtrue и скорректированный удельный массовый расход MFtrue, то определяют 310 удельные массовые расходы газового и жидкого компонентов с помощью системы 265 определения удельных массовых расходов компонентов потока. Методология определения расходов жидкого и газового компонентов описана более подробно ниже со ссылкой на фиг.4.As soon as the adjusted density ρ true , the adjusted volumetric vapor content α true, and the adjusted specific mass flow rate MF true are known, 310 specific mass flow rates of the gas and liquid components are determined using the specific mass flow rate determination system for the flow components. The methodology for determining the flow rates of liquid and gas components is described in more detail below with reference to figure 4.
Будучи определенными, расходы жидкого и газового компонентов могут быть выведены или визуально отображены 312 для использования оператором расходомера. В этом случае оператор обеспечивается, возможно, одновременно, информацией об удельном массовом расходе MFliquid жидкости и удельном массовом расходе MFgas газа двухфазного потока.Once determined, the flow rates of the liquid and gas components may be displayed or visually displayed 312 for use by the flowmeter operator. In this case, the operator is provided, possibly simultaneously, with information about the specific mass flow rate MF liquid of the liquid and the specific mass flow rate MF gas of the gas of the two-phase flow.
В некоторых случаях это определение может быть достаточным 314, причем в этом случае выход расходов жидкого/газового компонентов завершает технологический маршрут. Однако в других вариантах осуществления определение удельных массовых расходов отдельных компонентов может быть улучшено разложением на множители информации о приведенных скоростях газового/жидкого компонентов, режима (режимов) потока и проскальзывания фазы, если оно имеется между компонентами.In some cases, this determination may be sufficient 314, in which case the output of the flow rates of the liquid / gas components completes the process route. However, in other embodiments, the determination of the specific mass flow rates of the individual components can be improved by factoring the information on the reduced velocities of the gas / liquid components, the flow regime (s) and phase slippage, if any between the components.
В частности, приведенные скорости газа и жидкости, SVgas и SVliquid определяют следующим образом. Приведенную скорость газа SVgas определяют какIn particular, the reduced gas and liquid velocities, SV gas and SV liquid are determined as follows. The reduced gas velocity SV gas is defined as
Где величина АТ представляет площадь поперечного сечения расходомерной трубки 215, которая может быть определена в точке, где измеряют объемное паросодержание потока. Аналогичным образом, приведенную скорость жидкости SVliguid определяют какWhere A T represents the cross-sectional area of the flow tube 215, which can be determined at the point where the volumetric vapor content of the stream is measured. Similarly, the reduced fluid velocity SV liguid is defined as
Как показано в уравнениях 1 и 2, определение приведенных скоростей в этом контексте относится к более раннему определению MFgas и MFliquid. Из вышеприведенного описания и из фиг.3 должно быть очевидным, что MFgas и MFliguid представляют скорректированные или истинные удельные массовые расходы и поскольку эти факторы вычислены на основе αtrue, ρtrue и MFtrue. Как результат, приведенные скорости SVgas и SVliquid представляют скорректированные значения и Кроме того, значения плотности ρgas и ρliquid нужны, как указано выше, для получения данных плотностей жидкости и газа, которые могут храниться в базе данных 245 коррекции плотности. Как более подробно описано ниже в отношении методологии вычисления скорректированной плотности ρtrue, значения плотности ρgas и ρliquid могут быть известны как функция существующих температуры или давления, определенных посредством соответствующих датчика 220 температуры и датчика 225 давления.As shown in
При использовании приведенных скоростей и других известных или расчетных факторов, некоторые из которых могут храниться в базе данных 280 карт режимов потока, посредством системы 275 определения/коррекции режима потока могут быть определены 318 соответствующие режим потока и/или проскальзывание фазы. Как только становятся известными приведенные скорости, режим потока и проскальзывание фазы, могут быть сделаны дополнительные коррекции скорректированной объемной плотности ρtrue, скорректированного удельного массового расхода MFtrue и/или скорректированного объемного паросодержания αtrue. В этом случае, как иллюстрируется на фиг.3, могут быть определены расходы MFgas и MFliquid компонентов.Using reduced velocities and other known or calculated factors, some of which can be stored in the stream mode map database 280, the corresponding stream mode and / or phase slip can be determined 318 by the stream mode determination / correction system 275. As soon as the reduced velocities, flow regime and phase slippage become known, additional corrections of the corrected bulk density ρ true , the adjusted specific mass flow rate MF true and / or the corrected volumetric vapor content α true can be made. In this case, as illustrated in FIG. 3, the costs of the MF gas and MF liquid components can be determined.
Режим (режимы) потока в двухфазном потоке жидкость-газ может быть описан контурами на графике, на котором приведены приведенные скорости жидкости в зависимости от приведенных скоростей газа. Как было только что описано, улучшение в определении ρtrue, αtrue и MFtrue может быть получено путем установления сначала приблизительного значения расходов жидкости и газа, а затем применения более подробной модели для идентифицированного режима потока. Например, при относительно низком объемном паросодержании и относительно высоком потоке существует режим потока, в котором аэрированная текучая среда ведет себя как гомогенная текучая среда с небольшими погрешностями или без погрешностей в плотности и массовом расходе. Он может быть определен как гомогенный поток, не требующий коррекции, просто при использовании наблюдения усиления возбуждения, которое увеличивается немного или не увеличивается, несмотря на значительный перепад измеряемой плотности.The flow regime (s) in a two-phase liquid-gas flow can be described by circuits on a graph that shows the reduced fluid velocities depending on the reduced gas velocities. As has just been described, an improvement in the determination of ρ true , α true, and MF true can be obtained by first establishing the approximate values of the liquid and gas flow rates, and then applying a more detailed model for the identified flow regime. For example, with relatively low volumetric vapor content and relatively high flow, there is a flow regime in which aerated fluid behaves as a homogeneous fluid with little or no error in density and mass flow. It can be defined as a homogeneous flow that does not require correction, simply by using observation of the excitation gain, which increases slightly or does not increase, despite a significant difference in the measured density.
На фиг.4 приведена блок-схема 400, иллюстрирующая методологию определения расходов MFgas и MFliquid газа и жидкости, соответственно, для двухфазного потока. То есть, блок-схема 400, в общем, представляет один пример методологии определения массовых расходов 310 жидкости и газа, как описано выше со ссылкой на фиг.3.4 is a
В соответствии с фиг.4, определение расходов 310 жидкости и газа начинается с ввода факторов скорректированной плотности, объемного паросодержания и удельного массового расхода ρtrue, αtrue и MFtrue (402). В первом случае, 404, расходы жидкости и газа определяют 406 при использовании уравнений 3 и 4:In accordance with FIG. 4, the determination of liquid and
Уравнения 3 и 4 допускают, что отсутствует скорость проскальзывания (то есть, проскальзывание фазы) между жидкой и газовой фазами (то есть, средняя скорость газовой фазы, AVgas, и средняя скорость жидкой фазы AVliquid, равны). Это допущение совместимо с тем фактом, что в первом случае приведенные скорости и режимы потока (и, следовательно, проскальзывание фазы) не определялись.
Во втором случае и, следовательно, 404, определение делают, возможно, с помощью системы 275 определения/коррекции режима потока в отношении того, существует ли 408 проскальзывание фазы. Если проскальзывания нет, то снова 406 используют уравнения 3 и 4 или завершают процесс.In the second case and, therefore, 404, the determination is made, perhaps, using the flow mode determination / correction system 275 with respect to whether
Если проскальзывание фазы существует 408, определенное выше как S=AVgas/AVliquid, то вычисляют члены MFgas и MFliquid при использовании площади AT поперечного сечения расходомерной трубки 215, которая также используется при вычислении приведенных скоростей в уравнениях 1 и 2 в позиции 410. При использовании определения проскальзывания определяютIf phase slippage exists 408, defined above as S = AV gas / AV liquid , then the terms MF gas and MF liquid are calculated using the cross-sectional area A T of the flow tube 215, which is also used to calculate the reduced speeds in
Поскольку MFtrue=MFgas+MFliquid, уравнения 5 и 6 могут быть решены для AVliquid для получения уравнения 7Since MF true = MF gas + MF liquid ,
Как результат, расходы жидкости и газа определяют 406 при использовании уравнений 8 и 9As a result, the flow rates of liquid and gas are determined by 406 using equations 8 and 9
Как описано выше, газ, захваченный жидкостью, образует двухфазный поток. Измерения такого двухфазного потока с помощью расходомера Кориолиса приводят в результате к получению номинальных параметров ρapparent, αapparent, MFapparent для определения плотности, объемного паросодержания и удельного массового расхода, соответственно, двухфазного потока. Вследствие природы двухфазного потока в отношении функционирования расходомера Кориолиса, эти номинальные параметры являются некорректными благодаря прогнозируемому фактору. Как результат, номинальные параметры могут быть скорректированы для получения истинных параметров ρtrue, αtrue, MFtrue. В свою очередь, истинные скорректированные значения могут быть использованы для одновременного определения отдельных расходов двух компонентов (жидкости и газа).As described above, the gas trapped in the liquid forms a two-phase flow. Measurements of such a two-phase flow using a Coriolis flowmeter result in the nominal parameters ρ apparent , α apparent , MF apparent to determine the density, volumetric vapor content and specific mass flow rate, respectively, of the two-phase flow. Due to the nature of the two-phase flow with respect to the functioning of the Coriolis flowmeter, these nominal parameters are incorrect due to the predicted factor. As a result, the nominal parameters can be adjusted to obtain the true parameters ρ true , α true , MF true . In turn, the true adjusted values can be used to simultaneously determine the individual flow rates of the two components (liquid and gas).
На фиг.5А и фиг.5В приведены графики, иллюстрирующие относительную погрешность в измерении объемного паросодержания и жидкой фракции, соответственно. На фиг.5А относительной погрешностью является относительная погрешность плотности, которая является зависимой от различных конструктивных и функциональных параметров, и, в общем, относится к отклонению кажущейся (номинальной) плотности от истинной комбинированной плотности, которая была бы ожидаемым данным процентом (%) газа в жидкости.On figa and figv are graphs illustrating the relative error in the measurement of volumetric vapor content and liquid fraction, respectively. On figa relative error is the relative error of the density, which is dependent on various design and functional parameters, and, in General, refers to the deviation of the apparent (nominal) density from the true combined density, which would be the expected given percentage (%) of gas in liquids.
На фиг.5В иллюстрируется зависимость истинной жидкой фракции от номинальной жидкой фракции. На фиг.5В приведены результаты для соответствующей конструкции расходомера, нескольких линейных размеров и расходов. В более общем случае функциональная зависимость может быть более сложной и зависимой от линейного размера и расхода. На фиг.5В показана простая полиномиальная подгонка, которая может быть использована для коррекции кажущейся жидкой фракции.On figv illustrates the dependence of the true liquid fraction from the nominal liquid fraction. On figv shows the results for the corresponding design of the flow meter, several linear dimensions and costs. In a more general case, the functional relationship may be more complex and dependent on linear size and flow. 5B shows a simple polynomial fit that can be used to correct the apparent liquid fraction.
Может быть использована другая графическая методология; например, истинное объемное паросодержание может быть нанесено против номинального объемного паросодержания. Например, на фиг.6 приведен график, иллюстрирующий погрешность массового расхода в функции от перепада плотности для расходомерной трубки, имеющей особую ориентацию и в выбранном диапазоне потока.A different graphical methodology may be used; for example, true volumetric steam content can be applied against the nominal volumetric steam content. For example, FIG. 6 is a graph illustrating a mass flow rate error as a function of density difference for a flow tube having a specific orientation and in a selected flow range.
На Фиг.7 приведена блок-схема 700, иллюстрирующая методологию коррекции измерений плотности (304 на фиг.3). На фиг.7 процесс начинается с ввода 702 используемого типа расходомерной трубки 215, который может включать в себя, например, информацию того, является ли расходомерная трубка 215 изогнутой или прямолинейной, а также другие уместные факты, например, размер или ориентацию расходомерной трубки 215.7 is a
Затем определяют 704 плотность жидкости без газа. Эта величина может оказаться полезной в следующем вычислении (вычислениях), а также гарантировать то, что другие факторы, которые могут повлиять на измерение плотности ρapparent, например, температура, не ошибочно истолкованы как эффекты объемного паросодержания. В одном варианте осуществления пользователь может непосредственно ввести плотность жидкости ρliquid вместе с температурной зависимостью плотности. В другом варианте осуществления известные текучие среды (и их температурные зависимости) могут храниться в базе данных 245 коррекции плотности, причем в этом случае пользователь может ввести текучую среду по имени. В еще одном варианте осуществления расходомер 200 может определять плотность жидкости в течение времени одной фазы, потока жидкости, и хранить это значение для будущего использования.Then determine 704 the density of the liquid without gas. This value may be useful in the following calculation (s), and also ensure that other factors that may affect the measurement of the ρ apparent density, for example, temperature, are not mistakenly interpreted as effects of volumetric vapor content. In one embodiment, the user can directly enter the liquid density ρ liquid along with the temperature dependence of the density. In another embodiment, known fluids (and their temperature dependencies) may be stored in the density correction database 245, in which case the user may enter the fluid by name. In yet another embodiment, the flow meter 200 may determine the density of the liquid during the time of one phase, the fluid flow, and store this value for future use.
Номинальный удельный массовый расход MFapparent считывается 706 из расходомера Кориолиса, а затем из расходомера Кориолиса считывается 708 номинальная плотность ρapparent. После этого, система 240 коррекции плотности осуществляет либо теоретическую, алгоритмическую коррекцию 710, либо эмпирическую, табличную коррекцию 712 для определения истинной плотности ρtrue смеси газ-жидкость. Величина ρtrue может быть затем выведена как скорректированная плотность 714.The nominal specific mass flow rate MF apparent is read 706 from the Coriolis flowmeter, and then from the
Алгоритмическая коррекция 710 плотности может быть определена, основываясь на знании того, что нормальное функционирование расходомера Кориолиса не повлияет на двухфазный поток при измерении плотности, а номинальная плотность упадет на величину, полученную из уравнения, описывающего объемное паросодержание, как описано выше для объемного потока и повторяется в данном случае для плотности в виде уравнения 10
Это может быть использовано для определения величины "перепада плотности" или Δρ, как показано в уравнении 11This can be used to determine the "density drop" or Δρ, as shown in equation 11
Следует отметить, что в уравнении 11 величина Δρ показана как положительная, однако эта величина может быть показана как отрицательный перепад простым умножением правой стороны уравнения на - 1, давая в результате уравнение 12It should be noted that in equation 11 the Δρ value is shown as positive, however, this value can be shown as a negative difference by simply multiplying the right side of the equation by - 1, resulting in equation 12
величина ρgas может быть небольшой по сравнению с ρliquid, причем в этом случае уравнение 12 может быть упрощено до уравнения 13ρ gas can be small compared to ρ liquid , in which case equation 12 can be simplified to equation 13
Как подробно описано выше, измерения плотности, сделанные с помощью расходомера Кориолиса или другого вибрационного денситометра, в общем, дают заниженные данные и требуют коррекции. В соответствии с этим в соответствии с двухфазным потоком уравнения 12 или 13 могут, следовательно, быть использованы для определения следующих двух величин: перепада скорректированной или истинной плотности Δρtrue и перепада номинальной или кажущейся плотности Δρарр. Использование уравнения 13 в качестве одного примера приводит в результате к получению уравнений 14 и 15As described in detail above, density measurements made using a Coriolis flowmeter or other vibratory densitometer generally provide underestimated data and require correction. Accordingly, in accordance with the two-phase flow, equations 12 or 13 can therefore be used to determine the following two quantities: the difference in the corrected or true density Δρ true and the difference in nominal or apparent density Δρ arr . Using equation 13 as one example results in
Может быть получена или эмпирически определена зависимость между Δρtrue и Δρарр и кажущимся удельным массовым расходом MPapparent, а также другими параметрами, например, усилением возбуждения, сенсорным балансом, температурой, режимом фазы и так далее. Эта зависимость может быть выражена как Δρtrue=f(MFapparent, усиление возбуждения, сенсорный баланс, температура, режим фазы и/или другие факторы).The dependence between Δρ true and Δρ arr and the apparent specific mass flow rate MP apparent , as well as other parameters, for example, excitation amplification, sensory balance, temperature, phase mode, and so on, can be obtained or empirically determined. This dependence can be expressed as Δρ true = f ( apparent apparent MF, excitation gain, sensory balance, temperature, phase mode and / or other factors).
Как результат, эта зависимость может быть получена или, по меньшей мере, доказана для каждой расходомерной трубки в каждой настройке. Для расходомерной трубки одной модели, известной и указанной ниже как расходомерная трубка модели Foxboro/Invensys CFS10, было эмпирически определено, что для некоторых условий вышеуказанная функциональная зависимость может быть упрощена только до функции Δρapparent и имеет вид, соответствующий уравнению 16As a result, this relationship can be obtained, or at least proven, for each flow tube in each setting. For a flowmeter tube of one model, known and indicated below as a Foxboro / Invensys CFS10 flowmeter tube, it was empirically determined that for some conditions the above functional dependence can be simplified only to the Δρ apparent function and has the form corresponding to equation 16
Для побуждения условия для обеих сторон уравнения 16 к нулю, когда нет перепада кажущей плотности, зависимость в результате выражается уравнением 17To induce the conditions for both sides of equation 16 to zero, when there is no difference in apparent density, the dependence as a result is expressed by equation 17
М, в общем, зависит от сложности эмпирической зависимости, но во многих случаях может быть равно 2 или 3.M, in general, depends on the complexity of the empirical relationship, but in many cases it may be 2 or 3.
Как только перепад истинной плотности определен, возвращаясь назад к приведенным выше уравнениям, непосредственно получаем истинную плотность смеси ρtrue, а также истинную жидкую фракцию и объемное парогазосодержание (последнее более подробно описано со ссылкой на фиг.9).Once the difference in true density is determined, returning back to the above equations, we directly obtain the true density of the mixture ρ true , as well as the true liquid fraction and volumetric vapor and gas content (the latter is described in more detail with reference to Fig.9).
Табличная коррекция плотности 712 может быть использована, когда, например, функциональная зависимость слишком сложна или неудобна для реализации. В таких случаях знание величин ρapparent и ΔMFapparent могут быть использованы для определения Δρtrue путем использования таблицы, имеющей вид таблицы 800, иллюстрируемой на фиг.8.
Таблица 800 может быть, например, таблицей табличного поиска, которая может храниться, например, в базе данных 245 или в другом запоминающем устройстве для использования в разных случаях применения таблицы. Помимо всего прочего, таблица может быть заполнена в течение установки в исходное положение для хранения в базе данных 245 для индивидуального применения таблицы.Table 800 may be, for example, a table lookup table, which may be stored, for example, in a database 245 or in another storage device for use in various applications of the table. Among other things, the table can be filled during installation in the initial position for storage in the database 245 for individual application of the table.
Должно быть очевидным, что алгоритмический и/или табличный виды могут быть расширены для включения множества размеров, например, усиления, температуры, баланса или режима потока. Алгоритмическая или табличная коррекция также может быть расширена для включения других методологий подгонки поверхностей, например, нейронную сеть, радикальные базовые функции, анализ импульса или принципиальный факторный анализ.It should be obvious that the algorithmic and / or tabular views can be expanded to include a variety of sizes, for example, gain, temperature, balance, or flow mode. Algorithmic or tabular correction can also be expanded to include other surface fitting methodologies, such as a neural network, radical basic functions, momentum analysis, or fundamental factor analysis.
Как результат, должно быть очевидно, что такие расширения могут быть реализованы в контексте фиг.3 в течение осуществления способа, описываемого выше. Тогда во втором случае, когда идентифицирован режим потока, плотность может быть дополнительно скорректирована при использовании информации о режиме потока.As a result, it should be obvious that such extensions can be implemented in the context of FIG. 3 during the implementation of the method described above. Then, in the second case, when the flow mode is identified, the density can be further adjusted using information about the flow mode.
На фиг.9 приведена блок-схема 900, иллюстрирующая методологию определения измерений (306 на фиг.3) объемного паросодержания. Как показано на фиг.9, процесс начинается с ввода 902 с помощью системы 240 определения объемного паросодержания предварительно определенных плотности жидкости ρliquid и объемной (скорректированной) плотности ρtrue.FIG. 9 is a
Затем определяют 904 плотность ρgas газа. Как и в определении плотности ρliquid жидкости, имеется несколько методологий определения ρgas. Например, ρgas можно просто принять равной плотности воздуха, в общем, при известном давлении, или она может быть фактически известной плотностью конкретного газа. В качестве другого примера эта известная плотность ρgas может быть одной из вышеуказанных факторов (то есть, плотностью воздуха или специального газа) при фактическом или расчетном давлении, определенном датчиком 225 давления, и/или при фактической или расчетной температуре, определенной датчиком 220 температуры. Температура и давление могут определяться в течение текущего контроля при использовании внешней аппаратуры, как показано на фиг.2, включающей в себя датчик 220 температуры и датчик 225 давления.Then, 904 gas density ρ gas is determined. As in determining the density of ρ liquid liquids, there are several methodologies for determining ρ gas . For example, ρ gas can simply be assumed to be equal to the density of air, in general, at a known pressure, or it can be actually the known density of a particular gas. As another example, this known density ρ gas may be one of the above factors (i.e., the density of air or special gas) at the actual or calculated pressure detected by the pressure sensor 225 and / or at the actual or calculated temperature detected by the temperature sensor 220. Temperature and pressure can be determined during routine monitoring using external equipment, as shown in FIG. 2, including a temperature sensor 220 and a pressure sensor 225.
Кроме того, может быть известно, что газ имеет специальные характеристики по отношению к факторам, включающим в себя давление, температуру или способность к сжатию. Эти характеристики могут быть введены вместе с идентификацией газа и использоваться при определении текущей плотности ρgas газа. Как и в случае информации о жидкостях, в запоминающем устройстве может храниться информация о множестве газов, возможно, вместе с только что описанными характеристиками, так что пользователь может получить доступ к характеристикам плотности конкретного газа простым выбором газа по имени из перечня.In addition, it may be known that the gas has special characteristics with respect to factors including pressure, temperature, or compressibility. These characteristics can be entered together with gas identification and used to determine the current density ρ gas of gas. As with fluid information, a multitude of gases can be stored in a memory device, possibly together with the characteristics just described, so that the user can access the density characteristics of a particular gas by simply selecting a gas from a list name.
Как только стали известными факторы ρliquid, ρgas и ρtrue, то должно быть очевидным, что из уравнения 10 может быть просто определено 906 объемное паросодержание αtrue. В таком случае при необходимости может быть просто определена 908 жидкая фракция вычислением 1-αtrue.Once the factors ρ liquid , ρ gas, and ρ true became known, it should be obvious that 906 volumetric vapor contents α true can simply be determined from
Хотя выше описаны методологии определения объемного паросодержания αtrue на основе плотности, должно быть очевидно, что объемное паросодержание может быть определено с помощью других методологий. Например, номинальное объемное паросодержание αapparent может быть непосредственно определено посредством расходомера Кориолиса, возможно, в связи с другими системами определения объемного паросодержания (представленными на фиг.2 датчиком 235 объемного паросодержания), и скорректировано на основе эмпирических или выведенных уравнений для получения αtrue. В других вариантах осуществления такие внешние системы определения объемного паросодержания могут быть использованы для обеспечения непосредственного измерения αtrue.Although the methodologies for determining the volumetric vapor content α true based on the density are described above, it should be obvious that the volumetric vapor content can be determined using other methodologies. For example, the nominal volumetric vapor content α apparent can be directly determined using a Coriolis flowmeter, possibly in connection with other volumetric vapor detection systems (represented in FIG. 2 by the volumetric vapor sensor 235), and adjusted based on empirical or derived equations to obtain α true . In other embodiments, such external volumetric vapor determination systems can be used to directly measure α true .
На фиг.10 приведена блок-схема 1000, иллюстрирующая методологии определения измерений (308 на фиг.3) скорректированного удельного массового расхода. Как показано на фиг.10, система 250 коррекции удельного массового расхода сначала вводит 1002 предварительно вычисленный перепад скорректированной плотности Δρtrue, а затем вводит 1004 измеренный кажущийся удельный массовый расход MFapparent.10 is a
Система 250 коррекции удельного массового расхода применяет либо табличную 1006, либо алгоритмическую 1008 коррекцию для определения истинного удельного массового расхода MFtrue смеси газ-жидкость. Величина MFtrue может быть затем выведена 1010 как скорректированный удельный массовый расход.The specific mass flow rate correction system 250 employs either tabular 1006 or algorithmic 1008 correction to determine the true specific mass flow rate MF true of the gas-liquid mixture. The value of MF true can then be deduced 1010 as the adjusted specific mass flow rate.
При применении табличной 1006 коррекции удельного массового расхода может быть использовано знание величин Δρtrue и ΔMFapparent для определения MFtrue, благодаря использованию таблицы, имеющей вид таблицы 1100, приведенной на фиг.11.When applying the specific mass flow rate correction tabular 1006, knowledge of the Δρ true and ΔMF apparent values can be used to determine MF true by using a table having the form of table 1100 shown in FIG. 11.
Таблица 1100, также как и таблица 800, может быть, например, таблицей табличного поиска, которая может храниться, например, в базе данных 245 или в другом запоминающем устройстве для использования в разных случаях применения таблицы. Помимо всего прочего, таблица может быть заполнена в течение установки в исходное положение для хранения в базе данных 255 для индивидуального применения таблицы.Table 1100, as well as table 800, can be, for example, a table lookup table, which can be stored, for example, in a database 245 or in another storage device for use in different applications of the table. Among other things, the table can be filled during installation in the initial position for storage in the database 255 for individual application of the table.
Нормализованные значения MFnorm_app и MFnorm_true могут быть использованы вместо истинных значений, описанных выше, чтобы быть использованными с расходомерной трубкой более чем одного размера. Вводы также могут быть на основе коррекции, где коррекция определяется уравнением 18The normalized values of MF norm_app and MF norm_true can be used instead of the true values described above to be used with a flow tube of more than one size. Inputs can also be based on correction, where the correction is determined by equation 18
Понятно, что значения в уравнении 18 представляют истинные или нормализованные значения.It is understood that the values in equation 18 represent true or normalized values.
В алгоритмическом методе, также как в алгоритмической коррекции плотности, коррекция массового расхода может быть реализована с помощью теоретической или эмпирической функциональной зависимости, которая, как, в общем, очевидно, должна быть в виде ΔMF=f(ΔMFapparent, объемное паросодержание, усиление возбуждения, баланса датчиков, температуры, режима фазы и/или других факторов).In the algorithmic method, as well as in the algorithmic density correction, mass flow rate correction can be realized using a theoretical or empirical functional dependence, which, as a general rule, should be in the form ΔMF = f (ΔMF apparent , volumetric vapor content, excitation gain , balance of sensors, temperature, phase mode and / or other factors).
Для некоторых случаев эта функция может быть просто полиномиальной, например, как показано в уравнении 19For some cases, this function may simply be polynomial, for example, as shown in equation 19
Для некоторого набора условий функциональная связь может быть полиномиальной и экспоненциальной комбинацией, как показано в уравнении 20For a certain set of conditions, the functional relationship can be a polynomial and exponential combination, as shown in
В уравнении 20, d=Δρtrue, a m=f(MFapparent)In
В одном примере, m в уравнении 20 может быть заменено кажущейся приведенной скоростью жидкости SVliquid, которая дается, как описано выше, уравнением 2 как SVliquid=MFliquid/(ρliquid*AT).In one example, m in
В этом случае ρliquid и поперечное сечение AT расходомерной трубки являются известными или вводимыми параметрами и могут быть в реальном масштабе времени скорректированы для температуры при использовании, например, встроенного устройства 220, предназначенного для измерения температуры, цифрового контроллера/передатчика 104.In this case, ρ liquid and the cross-section A T of the flow tube are known or input parameters and can be real-time adjusted for temperature using, for example, an integrated device 220 for measuring temperature, a digital controller /
Должно быть очевидным, что также как и в случае коррекций плотности, описанных выше, алгоритмические и/или табличные виды коррекции могут быть расширены для включения множества размеров, например, усиления, температуры, баланса или режима потока. Алгоритмическая или табличная коррекция также может быть расширена для включения других методологий подгонки поверхностей, например, нейронную сеть, радикальные базовые функции, анализ импульса или принципиальный факторный анализ.It should be obvious that, as with the density corrections described above, the algorithmic and / or tabular types of corrections can be extended to include a variety of sizes, for example, gain, temperature, balance, or flow mode. Algorithmic or tabular correction can also be expanded to include other surface fitting methodologies, such as a neural network, radical basic functions, momentum analysis, or fundamental factor analysis.
Как результат, должно быть очевидно, что такие расширения могут быть реализованы в контексте фиг.3 в течение осуществления способа, описанного выше. Например, в первом случае удельный массовый расход может быть определен, как описано выше. Тогда во втором случае, когда идентифицирован режим потока, удельный массовый расход может быть дополнительно скорректирован при использовании информации о режиме потока.As a result, it should be obvious that such extensions can be implemented in the context of FIG. 3 during the implementation of the method described above. For example, in the first case, the specific mass flow rate can be determined as described above. Then, in the second case, when the flow mode is identified, the specific mass flow rate can be further adjusted using information about the flow mode.
Все вышеуказанные функциональные зависимости удельного массового расхода могут быть сформулированы по-другому при использовании газовой фракции α или жидкой фракции (1-α) вместо перепада плотности, как отражается в таблице 1100, иллюстрируемой на фиг.11. Хотя вышеописанные способы являются зависимыми от знания перепада скорректированной плотности Δρtrue, должно быть очевидным, что коррекции номинального удельного массового расхода могут быть использованы другие методологии. Например, различные методологии коррекции измерений удельного массового расхода двухфазного потока описаны в патенте США №6505519, описание которого включено в эту заявки в качестве ссылки.All the above functional dependences of the specific mass flow rate can be formulated differently when using the gas fraction α or the liquid fraction (1-α) instead of the density difference, as shown in table 1100, illustrated in Fig.11. Although the above methods are dependent on knowledge of the differential density difference Δρ true , it should be obvious that other methodologies may be used to correct the nominal specific mass flow rate. For example, various methodologies for correcting measurements of the specific mass flow rate of a two-phase flow are described in US Pat. No. 6,505,519, the disclosure of which is incorporated herein by reference.
После описания коррекций плотности, объемного паросодержания и удельного массового расхода в общем виде для цели, например, одновременного вычисления отдельных расходов компонентов (фаз) в двухфазном потоке, ниже приведено описание и соответствующие иллюстрации характерных вариантов осуществления этих методологий.After describing the corrections of density, volumetric vapor content and specific mass flow rate in general form for the purpose, for example, simultaneously calculating the individual flow rates of components (phases) in a two-phase flow, the description and corresponding illustrations of typical embodiments of these methodologies are given below.
На фиг.12-14 приведены графики, иллюстрирующие примеры коррекций плотности для ряда расходомерных трубок. В частности, эти примеры основаны на данных, полученных из трех вертикальных расходомерных трубок для измерения расхода воды, причем расходомерные трубки имеют диаметр 1/2 дюйма (12,7 мм), 3/4 дюйма (19 мм) и 1 дюйм (25,4 мм).12-14 are graphs illustrating examples of density corrections for a number of flow tubes. In particular, these examples are based on data obtained from three vertical flow tubes to measure flow rate, the flow tubes have a diameter of 1/2 inch (12.7 mm), 3/4 inch (19 mm) and 1 inch (25 4 mm).
Более конкретно, данные для расходомерной трубки диаметром 1/2 дюйма (12,7 мм) были получены при расходе 0,15 кг/сек и 0,30 кг/сек, данные для расходомерной трубки диаметром 3/4 дюйма (19 мм) были получены при расходе 0,5 кг/сек и 1,0 кг/сек, а данные для расходомерной трубки диаметром 1,0 дюйма (25,4 мм) были получены при расходе 0,5 кг/сек, 0,9 кг/сек и 1,2 кг/сек. На фиг.12 иллюстрируется погрешность ed кажущейся плотности смеси жидкость-газ (двухфазного потока) в зависимости от истинного перепада плотности смеси жидкость-газ Δρtrue More specifically, data for the flow tube diameter of 1/2-inch (12.7 mm) were obtained at a rate of 0.15 kg / s and 0.30 kg / sec, data for the flow tube diameter of 3/4 inch (19 mm) were obtained at a flow rate of 0.5 kg / s and 1.0 kg / s, and data for a flow tube with a diameter of 1.0 inch (25.4 mm) were obtained at a flow rate of 0.5 kg / s, 0.9 kg / s and 1.2 kg / sec. 12 illustrates the error e d of the apparent density of the liquid-gas mixture (two-phase flow) depending on the true difference in the density of the liquid-gas mixture Δρ true
где, как и выше, ρliquid - плотность жидкости без газа, ρtrue - плотность смеси жидкость-газ, a ρapparent - кажущаяся или номинальная плотность смеси жидкость-газ.where, as above, ρ liquid is the density of the liquid without gas, ρ true is the density of the liquid-gas mixture, and ρ apparent is the apparent or nominal density of the liquid-gas mixture.
Как показано на фиг.12, коррекцию выполняли на основе кажущегося перепада плотности смеси ρapparent в соответствии с уравнением 23As shown in FIG. 12, the correction was performed based on the apparent difference in density of the mixture ρ apparent in accordance with equation 23
Как показано на фиг.12, при подгонке данных, кажущийся и истинный перепад плотности смеси нормализовался до значений между 0 и 1 путем деления их на 100, где эта нормализация предназначена для гарантии цифровой стабильности алгоритма оптимизации. Другими словами, нормализованный кажущийся и истинный перепад плотности смеси является кажущимся и истинным перепадом плотности смеси, определяемым как отношение, а не процент плотности жидкости ρliquid, как показано в уравнении 24As shown in FIG. 12, when fitting the data, the apparent and true difference in the density of the mixture was normalized to values between 0 and 1 by dividing them by 100, where this normalization is intended to guarantee the digital stability of the optimization algorithm. In other words, the normalized apparent and true difference in the density of the mixture is the apparent and true difference in the density of the mixture, defined as the ratio and not the percentage of the density of the liquid ρ liquid , as shown in equation 24
Формулу модели, основанную на уравнении 17, обеспечивает уравнение 25A model formula based on equation 17 is provided by
В этом случае коэффициентами являются a1=-0,51097664273685, а2=1,26939674868129, а а3=0,24072693119420. На фиг.13А и фиг.13В иллюстрируется модель с показанными экспериментальными данными и остаточными погрешностями. На фиг.14А и фиг.14В дается подобная информация, но с каждым расходом, нанесенным отдельно.In this case, the coefficients are a 1 = -0.51097664273685, and 2 = 1.26939674868129, and 3 = 0.24072693119420. On figa and figv illustrates a model with the shown experimental data and residual errors. On figa and figv gives similar information, but with each expense, applied separately.
Подводя итог, перепад в коррекции плотности осуществляется в передатчике 104 путем вычисления перепада кажущейся плотности Δρapparent при использовании значения кажущейся плотности ρapparent и плотности жидкости ρliquid. Значение кажущегося перепада плотности нормализуют для получения , так что, как указано выше, перепад плотности вычисляют как отношение, а не как процент. Модель (модели) коррекции плотности может быть затем применена для получения нормализованного скорректированного перепада плотности смеси . В конечном счете, это значение не нормализуют для получения скорректированного перепада плотности . Конечное вычисление, безусловно, не является обязательным, если скорректированный перепад плотности смеси Δρtrue определен как отношение, а не как процент.To summarize, the difference in density correction is performed at the
На фиг.15-20 приведены графики, иллюстрирующие примеры коррекций удельного массового расхода для ряда расходомерных трубок. В частности, эти примеры основаны на данных, полученных из трех вертикальных расходомерных трубок для измерения расхода воды, причем расходомерные трубки имели диаметр 1/2 дюйма (12,7 мм), 3/4 дюйма (19 мм) и 1 дюйм (25,4 мм). Более конкретно, данные для расходомерной трубки диаметром 1/2 дюйма (12,7 мм) были получены при расходе 0,15 кг/сек и 0,30 кг/сек, данные для расходомерной трубки диаметром 3/4 дюйма (19 мм) были получены при расходе 0,5 кг/сек и 1,0 кг/сек, а данные для расходомерной трубки диаметром 1,0 дюйм (25,4 мм) были получены при расходе 0,5 кг/сек, 0,9 кг/сек и 1,2 кг/сек; расходомерные трубки диаметром 1 дюйм (25,4 мм) использовали для измерения 18 расходов в диапазоне расходов 0,30-3,0 кг/сек при максимальном перепаде плотности, составляющем приблизительно 30%.15-20 are graphs illustrating examples of specific mass flow rate corrections for a number of flow tubes. In particular, these examples are based on data obtained from three vertical flow tubes to measure flow rate, the flow tubes have a diameter of 1/2 inch (12.7 mm), 3/4 inch (19 mm) and 1 inch (25 4 mm). More specifically, data for the flow tube diameter of 1/2-inch (12.7 mm) were obtained at a rate of 0.15 kg / s and 0.30 kg / sec, data for the flow tube diameter of 3/4 inch (19 mm) were obtained at a flow rate of 0.5 kg / s and 1.0 kg / s, and data for a flow tube with a diameter of 1.0 inch (25.4 mm) were obtained at a flow rate of 0.5 kg / s, 0.9 kg / s and 1.2 kg / s; flow tubes with a diameter of 1 inch (25.4 mm) were used to measure 18 flows in the flow range of 0.30-3.0 kg / s with a maximum density drop of approximately 30%.
На фиг.15А и фиг.15В иллюстрируются погрешности кажущегося массового расхода для данных, используемых для подгонки модели в зависимости от скорректированного перепада плотности смеси Δρtrue и нормализованной истинной приведенной скорости жидкости; то есть кривые погрешности кажущегося массового расхода на трубку вместе с графиком рассеяния погрешности кажущегося массового расхода в зависимости от скорректированного перепада плотности Δρtrue и нормализованной истинной приведенной скорости жидкости νtn, как показано в уравнении 26On figa and figv illustrates the errors of the apparent mass flow rate for the data used to fit the model depending on the adjusted differential density drop of the mixture Δρ true and normalized true reduced liquid velocity; that is, the error curves of the apparent mass flow rate to the tube together with the scatter plot of the error of the apparent mass flow rate as a function of the adjusted density drop Δρ true and the normalized true reduced fluid velocity ν tn , as shown in equation 26
где mt - истинный массовый расход жидкости, то есть значение массового расхода, измеренного независимо, Δρliquid - плотность жидкости, AT - площадь поперечного сечения расходомерной трубки, a νmax - максимальное значение приведенной скорости жидкости (в этом случае принимаемое равным 12), так что νtn дает отношение истинной приведенной скорости жидкости из всего диапазона расходомерной трубки 215. В этих примерах перепад плотности жидкости и приведенную скорость жидкости нормализуют между 0 и 1 до подгонки модели с целью гарантирования цифровой стабильности для алгоритма оптимизации модели.where m t is the true mass flow rate of the fluid, i.e., the mass flow rate measured independently, Δρ liquid is the fluid density, A T is the cross-sectional area of the flow tube, and ν max is the maximum value of the reduced fluid velocity (in this case, taken equal to 12) so that ν tn gives the ratio of the true superficial liquid velocity from the entire range of the flowtube 215. In these examples, differential fluid density and superficial liquid velocity are normalized between 0 and 1 prior to fitting the model to guarantee digital Art bility for the algorithm optimization model.
На фиг.16 иллюстрируются погрешности кажущегося массового расхода в зависимости от скорректированного перепада плотности смеси и нормализованной кажущейся приведенной скорости жидкости с границами безопасности для режима коррекции. То есть, на фиг.16 дается график рассеяния ошибок кажущегося массового расхода в зависимости от скорректированного перепада плотности, и в это время нормализованная кажущаяся приведенная скорость текучей средыOn Fig illustrates the errors of the apparent mass flow depending on the adjusted differential density of the mixture and the normalized apparent apparent reduced fluid velocity with safety limits for the correction mode. That is, FIG. 16 is a graph of the dispersion of the apparent mass flow rate errors as a function of the adjusted density drop, and at this time, the normalized apparent reduced fluid velocity
, где m - кажущийся массовый расход жидкости (то есть измеряемый передатчиком 104). На график наложены границы, ограничивающие зону безопасности модели, то есть зону, для которой ожидается, что модель даст точность, подобную точности данных подгонки. При использовании этой номенклатуры погрешность е кажущегося массового расхода дается уравнением where m is the apparent mass flow rate of the liquid (i.e., measured by the transmitter 104). Borders are imposed on the graph that limit the model’s security zone, that is, the zone for which the model is expected to give an accuracy similar to that of the fitting data. When using this nomenclature, the error e of the apparent mass flow rate is given by the equation
Формула модели для этой ситуации показана в виде уравнения 27The model formula for this situation is shown as equation 27
гдеWhere
где в уравнениях 27 и 28, ddcn - нормализованный скорректированный перепад плотности смеси, a νn - нормализованная кажущаяся приведенная скорость жидкости.where in equations 27 and 28, dd cn is the normalized corrected difference in the density of the mixture, and ν n is the normalized apparent reduced velocity of the liquid.
В этом случае коэффициенты равны: a1=-4,7899878570465, a2=4,20395000016874, а3=-5,93683498873342, a4=12,03484566235777, a5=-7,70049487145104, а6=0,69537907794202, а7=-0,52153213037389, а8=0,36423791515369 и а9=-0,16674339233364.In this case, the coefficients are: a 1 = -4.7899878570465, a 2 = 4.20395000016874, and 3 = -5.93683498873342, a 4 = 12.03484566235777, a 5 = -7.70049487145104, and 6 = 0.69537907794202 and 7 = -0.52153213037389, and 8 = 0.36423791515369 and a 9 = -0.16674339233364.
На фиг.17 иллюстрируется график рассеяния остаточных погрешностей модели вместе с формулой и коэффициентами модели, то есть, показаны остаточные погрешности модели в зависимости от скорректированного перепада плотности смеси и нормализованной истинной скорости текучей среды. На фиг.18A-18D и фиг.19A-19D приведены остаточные погрешности модели для всего набора данных, используемого для подгонки и одних истинных данных, соответственно. Наконец, на фиг.20А и фиг.20В иллюстрируется интерполяция и экстраполяция поверхности модели вне зоны безопасной подгонки. Из фиг.16, 20А и 20В должны быть очевидны кажущийся массовый расход (приведенная скорость жидкости) и перепад в пределах плотности для этой модели.On Fig illustrates a graph of the dispersion of the residual errors of the model along with the formula and coefficients of the model, that is, shows the residual errors of the model depending on the adjusted differential density of the mixture and the normalized true velocity of the fluid. On figa-18D and figa-19D shows the residual errors of the model for the entire data set used for fitting and one true data, respectively. Finally, FIGS. 20A and 20B illustrate interpolation and extrapolation of the model surface outside the safe fit zone. From FIGS. 16, 20A and 20B, the apparent mass flow rate (reduced fluid velocity) and the drop in the density range for this model should be apparent.
Подводя итог, в этом примере коррекция массового расхода в передатчике 104 осуществляется путем вычисления кажущегося перепада плотности, причем при этой коррекции используется способ (способы), описанный выше, и нормализации получаемого в результате значения путем деления на 100 (или использования полученного нормализованного скорректированного перепада плотности из модели плотности). После этого вычисляют нормализованную приведенную скорость текучей среды, νn, и эту модель применяют для получения оценки погрешности en нормализованного массового расхода, где это значение дает погрешность кажущегося массового расхода, как отношение истинного массового расхода. Полученное значение может быть сделано ненормализованным благодаря умножению его на 100, чтобы в соответствии с этим получить погрешность массового расхода как процент истинного массового расхода. Наконец, кажущийся массовый расход может быть скорректирован с помощью погрешности ненормализованного массового расходаTo summarize, in this example, the correction of mass flow in the
. .
Как очевидно, вышеприведенное описание имеет широкий диапазон применений для увеличения точности измерения и коррекции расходомера Кориолиса в условиях двухфазного потока. В частности, методологии, описанные выше, особенно полезны в тех случаях измерений, в которых массовый расход жидкой фазы и массовый расход газовой фазы должны быть измерены и/или скорректированы до высокого уровня точности. Одним примером применения является измерение массового потока жидкой фазы и измерение газовой фазы в условиях добычи нефти и газа.As is obvious, the above description has a wide range of applications for increasing the accuracy of measurement and correction of a Coriolis flowmeter in a two-phase flow. In particular, the methodologies described above are particularly useful in measurement cases in which the mass flow rate of the liquid phase and the mass flow rate of the gas phase must be measured and / or adjusted to a high level of accuracy. One application example is the measurement of the mass flow of a liquid phase and the measurement of a gas phase under oil and gas conditions.
Вышеприведенное описание предусмотрено в контексте цифрового расходомера, иллюстрируемого на фиг.2. Однако должно быть очевидным, что может быть использован любой вибрационный или колебательный денситометр или расходомер, аналоговый или цифровой, который способен измерять многофазный поток, содержащий определенную долю газовой фазы. То есть, некоторые расходомеры способны только измерять технологические текучие среды, содержащие газовую фазу, если эта газовая фаза ограничена небольшим процентным содержанием от всей технологической текучей среды, например, менее 5%. Другие расходомеры, например, цифровой расходомер (расходомеры), указанный выше, способен функционировать даже, если объемное парогазосодержание достигает 40% или более.The above description is provided in the context of the digital flowmeter illustrated in FIG. However, it should be obvious that any vibrational or oscillatory densitometer or flow meter, analog or digital, that is capable of measuring multiphase flow containing a certain fraction of the gas phase can be used. That is, some flowmeters are only capable of measuring process fluids containing a gas phase if this gas phase is limited to a small percentage of the entire process fluid, for example, less than 5%. Other flow meters, for example, the digital flow meter (s) mentioned above, are capable of functioning even if the volumetric vapor and gas content reaches 40% or more.
Многие из вышеприведенных уравнений и вычислений описаны на основе плотности, удельного массового расхода и/или объемного паросодержания. Однако должно быть очевидным, подобные или похожие результаты могут быть получены при использовании разновидностей этих параметров. Например, вместо массового расхода может быть использован объемный расход. Помимо всего прочего, вместо объемного паросодержания может быть использована жидкая фракция.Many of the above equations and calculations are described based on density, specific mass flow rate and / or volumetric vapor content. However, it should be obvious similar or similar results can be obtained using varieties of these parameters. For example, instead of mass flow, a volume flow can be used. Among other things, instead of the volumetric vapor content, a liquid fraction can be used.
Было описано несколько вариантов осуществления. Тем не менее, должно быть очевидно, что могут быть сделаны различные модификации. В соответствии с этим другие варианты осуществления находятся в пределах объема нижеследующей формулы изобретения.Several embodiments have been described. However, it should be obvious that various modifications can be made. Accordingly, other embodiments are within the scope of the following claims.
Claims (45)
расходомерную трубку,
генератор колебаний, соединенный с расходомерной трубкой и выполненный с возможностью сообщения колебаний расходомерной трубке при протекании по ней двухфазного потока,
датчик, соединенный с расходомерной трубкой и выполненный с возможностью измерения движения расходомерной трубки и генерирования сигнала датчика, и
контроллер, соединенный с датчиком и генератором колебаний, причем контроллер выполнен с возможностью управления
для ввода кажущейся плотности двухфазного потока, определяемой расходомером, и вывода скорректированной плотности двухфазного потока,
для ввода кажущегося массового расхода двухфазного потока, определяемого расходомером, и вывода скорректированного массового расхода двухфазного потока,
для ввода кажущейся фракции первой фазы двухфазного потока, определяемой расходомером, которая характеризует количество первой фазы в двухфазном потоке, и вывода скорректированной фракции первой фазы в двухфазном потоке,
и для определения массового расхода первой фазы в двухфазном потоке через расходомерную трубку и определения массового расхода второй фазы в двухфазном потоке, а также
для определения приведенной скорости первой фазы и приведенной скорости второй фазы на основе массового расхода первой фазы и массового расхода второй фазы, соответственно,
для определения скорости скольжения первой фазы относительно второй фазы на основе средней скорости первой фазы и средней скорости второй фазы.1. A flow meter containing
flow tube
an oscillation generator connected to the flow tube and configured to communicate vibrations to the flow tube when a two-phase flow flows through it,
a sensor connected to the flow tube and configured to measure the movement of the flow tube and generate a sensor signal, and
a controller connected to the sensor and the oscillation generator, and the controller is configured to control
to enter the apparent density of the two-phase stream determined by the flow meter, and output the adjusted density of the two-phase stream,
for inputting the apparent mass flow rate of the two-phase flow determined by the flow meter, and outputting the adjusted mass flow rate of the two-phase flow,
to enter the apparent fraction of the first phase of the two-phase stream, determined by the flow meter, which characterizes the amount of the first phase in the two-phase stream, and output the adjusted fraction of the first phase in the two-phase stream,
and to determine the mass flow rate of the first phase in a two-phase flow through the flow tube and to determine the mass flow rate of the second phase in a two-phase flow, and
to determine the reduced velocity of the first phase and the reduced velocity of the second phase based on the mass flow rate of the first phase and the mass flow rate of the second phase, respectively,
to determine the sliding speed of the first phase relative to the second phase based on the average speed of the first phase and the average speed of the second phase.
определение объемной плотности двухфазного потока через расходомерную трубку, причем двухфазный поток включает в себя первую фазу и вторую фазу,
определение массового расхода двухфазного потока,
определение массового расхода первой фазы на основе объемной плотности и массового расхода, а также
определение массового расхода второй фазы на основе объемной плотности и массового расхода,
определение приведенной скорости первой фазы и приведенной скорости второй фазы на основе массового расхода первой фазы и массового расхода второй фазы, соответственно,
при этом определение плотности включает определение кажущейся объемной плотности двухфазного потока и коррекцию кажущейся объемной плотности для получения объемной плотности двухфазного потока, а определение массового расхода включает определение кажущегося массового расхода двухфазного потока и коррекцию кажущегося массового расхода для получения массового расхода двухфазного потока.14. A method of measuring the flow rate of a two-phase stream, including
determining the bulk density of the two-phase flow through the flow tube, and the two-phase flow includes a first phase and a second phase,
determination of the mass flow rate of a two-phase flow,
determination of the mass flow rate of the first phase based on bulk density and mass flow rate, as well as
determination of the mass flow rate of the second phase based on bulk density and mass flow rate,
determining the reduced velocity of the first phase and the reduced velocity of the second phase based on the mass flow rate of the first phase and the mass flow rate of the second phase, respectively,
wherein determining the density includes determining the apparent bulk density of the two-phase flow and correcting the apparent bulk density to obtain the bulk density of the two-phase flow, and determining the mass flow rate includes determining the apparent mass flow rate of the two-phase flow and correcting the apparent mass flow rate to obtain the mass flow rate of the two-phase flow.
систему коррекции плотности, выполненную с возможностью управления для ввода кажущейся плотности двухфазного потока и вывода скорректированной плотности двухфазного потока, причем двухфазный поток включает в себя первую фазу и вторую фазу,
систему коррекции массового расхода, выполненную с возможностью управления для ввода кажущегося массового расхода двухфазного потока и вывода скорректированного массового расхода двухфазного потока, и
систему определения массового расхода компонентов потока, выполненную с возможностью управления для определения массового расхода первой фазы на основе скорректированной плотности и скорректированного массового расхода и с возможностью управления для определения массового расхода второй фазы на основе скорректированной плотности и скорректированного массового расхода.24. A flowmeter controller comprising
a density correction system configured to control to input the apparent density of the two-phase stream and output the adjusted density of the two-phase stream, wherein the two-phase stream includes a first phase and a second phase,
a mass flow correction system configured to control for inputting an apparent mass flow rate of a two-phase flow and outputting a corrected mass flow rate of a two-phase flow, and
a mass flow rate determination system for flow components configured to control the mass flow rate of the first phase based on the adjusted density and the adjusted mass flow rate and operable to control the mass flow rate of the second phase based on the adjusted density and the adjusted mass flow rate.
прохождение текучей среды через поддающуюся колебаниям расходомерную трубку, причем текучая среда включает в себя газовую и жидкую фазы;
сообщение расходомерной трубке колебаний во время прохождения через нее текучей среды, используя генератор колебаний, соединенный с расходомерной трубкой и поддающийся управлению для сообщения движения расходомерной трубке;
прием сигнала датчика во время колебаний расходомерной трубки, причем датчик связан с расходомерной трубкой и конфигурирован для измерения движения расходомерной трубки и генерирования сигнала датчика;
организацию доступа данных, относящихся к истинному объемному газосодержанию текучей среды;
определение плотности смеси текучей среды, основанное на доступных данных, относящихся к истинному объемному газосодержанию, и
определение первого расхода газовой фазы на основе определенной плотности смеси и принятого сигнала датчика или второго расхода жидкой фазы на основе определенной плотности смеси и принятого сигнала датчика.32. A method for determining the flow rate of a fluid containing a gas phase and a liquid phase, comprising
the passage of fluid through an oscillating flow tube, the fluid including gas and liquid phases;
communicating vibrations to the flow tube while the fluid is passing through it using an oscillator connected to the flow tube and controlled to communicate movement to the flow tube;
receiving a sensor signal during oscillations of the flow tube, the sensor being connected to the flow tube and configured to measure the movement of the flow tube and generating a sensor signal;
organizing access to data related to the true volumetric gas content of the fluid;
determination of the density of the fluid mixture based on available data related to the true volumetric gas content, and
determining a first gas phase flow rate based on the determined mixture density and a received sensor signal or a second liquid phase flow rate based on the determined mixture density and the received sensor signal.
определение перепада кажущейся плотности, основанное на кажущейся плотности смеси;
корректирование перепада кажущейся плотности для генерирования скорректированного перепада плотности, а также
определение скорректированной плотности смеси на основе скорректированного перепада плотности.35. The method according to clause 34, in which the data related to the true volumetric gas content, include the apparent density difference, and determining the adjusted density of the mixture includes determining the apparent density of the mixture of the fluid based on the received sensor signal;
determination of the apparent density difference based on the apparent density of the mixture;
correction of apparent density drop to generate a corrected density drop, and
determination of the adjusted density of the mixture based on the adjusted density difference.
расходомерную трубку, через которую протекает поток текучей среды, включающий в себя газовую фазу и жидкую фазу;
генератор колебаний, соединенный с расходомерной трубкой и конфигурированный для сообщения колебаний расходомерной трубке,
датчик, соединенный с расходомерной трубкой и конфигурированный для измерения движения расходомерной трубки и генерирования сигнала датчика;
контроллер, конфигурированный для сообщения колебаний расходомерной трубке во время прохождения текучей среды через расходомерную трубку, используя генератор колебаний; приема сигнала датчика во время колебаний расходомерной трубки; доступа данных, относящихся к истинному объемному газосодержанию текучей среды; определения плотности смеси текучей среды, основанного на доступных данных, относящихся к истинному объемному газосодержанию; определения массового расхода газовой фазы на основе определенной плотности смеси и принятого сигнала датчика или массового расхода жидкой фазы на основе определенной плотности смеси и принятого сигнала датчика.39. A flow meter containing
a flow tube through which a fluid stream flows, including a gas phase and a liquid phase;
an oscillator connected to the flow tube and configured to communicate oscillations to the flow tube,
a sensor connected to the flow tube and configured to measure the movement of the flow tube and generate a sensor signal;
a controller configured to report vibrations to the flow tube while the fluid is passing through the flow tube using the oscillation generator; receiving a sensor signal during oscillations of the flow tube; access data related to the true volumetric gas content of the fluid; determining the density of the fluid mixture based on the available data relating to the true volumetric gas content; determining the mass flow rate of the gas phase based on the determined density of the mixture and the received sensor signal or the mass flow rate of the liquid phase based on the determined density of the mixture and the received sensor signal.
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US44579503P | 2003-02-10 | 2003-02-10 | |
US60/445,795 | 2003-02-10 | ||
US45293403P | 2003-03-10 | 2003-03-10 | |
US60/452,934 | 2003-03-10 | ||
US10/773,459 | 2004-02-09 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005128042A RU2005128042A (en) | 2006-03-10 |
RU2420715C2 true RU2420715C2 (en) | 2011-06-10 |
Family
ID=32871960
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005128042/28A RU2420715C2 (en) | 2001-02-09 | 2004-02-10 | Multi-phase coriolis flowmetre |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2420715C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2742973C1 (en) * | 2017-06-14 | 2021-02-12 | Майкро Моушн, Инк. | Frequency diversities for preventing interference caused by intermodulation distortion signals |
-
2004
- 2004-02-10 RU RU2005128042/28A patent/RU2420715C2/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2742973C1 (en) * | 2017-06-14 | 2021-02-12 | Майкро Моушн, Инк. | Frequency diversities for preventing interference caused by intermodulation distortion signals |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005128042A (en) | 2006-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7726203B2 (en) | Multiphase Coriolis flowmeter | |
US7188534B2 (en) | Multi-phase coriolis flowmeter | |
RU2229102C2 (en) | Coriolis flowmeter measuring density of materials and procedure for operation of coriolis flowmeter | |
EP3403058B1 (en) | Multi-phase coriolis measurement device and method | |
US7257988B2 (en) | Densitometer with pulsing pressure | |
US7072775B2 (en) | Viscosity-corrected flowmeter | |
EP3775792B1 (en) | Flowmeter phase fraction and concentration measurement adjustment method and apparatus | |
RU2420715C2 (en) | Multi-phase coriolis flowmetre | |
WO2024072658A1 (en) | Flowmeter wet gas remediation device and method | |
JP2022528121A (en) | Use of vapor pressure to determine the concentration of components in a multi-component fluid | |
MXPA06010011A (en) | Multi-phase coriolis flowmeter |