一种多相流质量流量测量系统与测量方法与流程

本发明属于多相流测量技术领域，具体涉及一种多相流质量流量测量系统与测量方法。

背景技术：

气液多相流是气液两相或气液两相以上的流体。在过程工业中，经常涉及到气液多相流的输送，例如，工业中的湿蒸汽传输、石油分离、油气集运等。为了对涉及气液多相流的生产过程进行监控和运行管理，就需要对气液多相流的流量进行测量和计量。由于常见的流量计只能测量单相流的流量，而气液多相流为非单相流，它在管道流动中，其流态常出现气泡流、气团流、分层流、波状流、段塞流、翻腾流和环状流等，所以对气液多相流流量的准确测量，是相当困难的。

现有非分离测量技术有射线法、神经网络法、取样法、双节流式或节流式+速度测量法、质量流量测量法等，均存在诸多技术应用限制，比如质量流量计在直接用于测量多相流时会出现异常运行情况及计量参数无校对情况发生，无法确定是否运行正常及测量参数的准确性问题，导致测量结果无法使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于：

为解决现有技术中的多相流系统测量中质量流量计测量参数无法校对的问题，而提供一种多相流质量流量测量系统与测量方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种多相流质量流量测量系统，包括依次连接的上游区域、检测区域和下游区域，其特征在于，所述上游区域包括进口连接件，所述进口连接件连接有进口管，所述进口管内依次安装有进口过滤单元和流态调整器，所述流态调整器为螺旋板状，流态调整器处的进口管上安装有旋转信号检测传感器、高流速检测传感器和低流速检测传感器，进口管还连接有流体分配器，所述检测区域包括内腔和位于内腔内部与流体分配器连通的流量管，流量管的另一端与下游区域的调整节流件连通，所述流量管上安装有前置信号检测传感器、温度传感器、复频驱动器、中置信号检测传感器和后置信号检测传感器，流量管上的所有传感器和驱动器均电性连接有中央处理器。

进一步地，所述进口管的进口过滤单元处开设有过滤器排污口，所述流体分配器和调整节流件均为锥形管形状，进口管与流体分配器之间通过上游取压法兰和第一连接法兰连接，调整节流件通过第二连接法兰和下游取压法兰连接有出口连接件。

进一步地，所述上游取压法兰连接有上游测压器，下游取压法兰连接有下游测压器，所述上游测压器和下游测压器之间连接有智能压差变送器，所述智能压差变送器与中央处理器电性连接。

进一步地，所述内腔内安装有内腔压力传感器，所述内腔压力传感器与中央处理器连接，所述中央处理器安装于流量计算机中，流量计算机通过计算机连接件与内腔连接，计算机连接件内安装有传感线缆支柱，传感线缆支柱与流量计算机之间还连接有密封段。

进一步地，所述流量计算机内还安装有信号放大处理单元、外置信号处理单元、ai芯片、显示操作单元和外置通讯接口。

进一步地，所述外置通讯接口连接有色谱仪和含水仪。

中央处理器负责进行数据处理运算、结果输出、远传通讯，显示操作单元中包括显示器、调节钮、电源键等显示和操作部件，流量计算机的外部设置有防爆外壳，内置继承无线信号天线功能。

本发明的系统通过外置通讯接口结合有线色谱仪和含水仪使用，可实现实时在线油、气、水三相流计量。

质量流量计可以作为差压系统的节流件，差压系统和质量流量计能自成系统，各自测得流量数据，再通过数据库对两者数据结果进行对比，提高测量精准度，防止系统测量数据失效。

一种多相流质量流量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

用高流速检测传感器和低流速检测传感器检测进口管内的粗测流速v'，用旋转信号检测传感器对粗测流速v'值进行修正得到准确流速v值，用中央处理器进行计算比较v值与复频驱动器反馈的信号值，确定需要调整的振动幅与频率值，并驱动给定自适应的驱动振幅及频率信号；

由前置信号检测传感器、中置信号检测传感器和后置信号检测传感器检测流量管的振幅及频率信号偏移量，通过中央处理器由及频率信号偏移量推算出质量流量qm和频率偏移量，并计算出混合密度ρ，再由中央处理器根据温度传感器检测的温度信号与智能压差变送器检测的压力信号分析计算当前状态下分别的气密度和液相密度；

由ai芯片根据预先导入的数据和采集的数据进行对比拟合形成新的流量计算公式，采集的数据包括智能压差变送器动态下的压差值δp，ai芯片根据δp值对质量流量qm与混合密度ρ进行修正得到准确的qm和ρ的信号值，从而计算出需要的气体流量值、液体流量值。

进一步地，由准确流速v值粗算气液两相的流量计流量值，将该流量值数据与质量流量计测量的数据通过系统数据库进行核对，防止系统测量数据失效。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明提出了采用科里奥利力原理结合节流式及旋涡原理实现多相流流体测量的全新思路与测量方法，传统质量流量计采用内部检测的方式进行驱动信号的调节，测量两相流流体和流体突变时由于应力效应与密度差异问题导致系统工作异常甚至停止工作，而本发明创新地提出了外置宽频信号提供相对准确可靠的流速信号，创新型的复频驱动器能让系统在应对多相流流体及流体突变时准确、高效的提供驱动信号，使得系统在gvf0～100％全量程变化过程中均能应对自如正常运行。

2、本发明的系统引入智能ai芯片，采用神经网格系统单元与智能差压变送器，根据工况变化会自动调整适应驱动参数，从而测量出准确的质量流量信号qm和混合流体密度信号ρ，保障了整套系统的测量准确性。

3、本发明将质量流量计测量管等效为节流装置，当压力体系变化导致选择智能压差变送器测量量程不匹配时，可通过更换下游区域的调整节流件来实现测量的准确性。

4、本发明的系统采用开放性运行体系+闭环自学习，能保障系统安全可靠运行的前提下，还能与外界设备交换数据，如在线组份色谱仪、含水分析仪等，可以使参与计算的基础参数动态修正，同时可通过无线通信方式完成远程诊断及系统升级等工作。

5、本发明内置内腔压力传感器，可以和温度传感器同时完成检测数据的修正，还能实时监控腔内测量管刺漏及测量管损伤等险情，同时也能监测内腔压力，确保质量流量计正常工作，防止安全事故发生。

6、本发明的系统水平和竖直安装均能正常使用，计算机系统可以采用一体化设计或分体设计，满足不同业主使用需求。

7、本发明将智能压差变送器检测的压差信号和压力信号，结合速度传感器、温度传感器检测的流速和温度粗算的流量信号，与质量流量计检测的质量流量数据结果分析比对，实现测量系统自校核，质量流量计可以作为差压系统的节流件，差压系统和质量流量计能自成系统，各自测得流量数据，再通过系统数据库对两者数据结果进行对比，提高测量精准度，防止系统测量数据失效。

附图说明

图1为本发明的测量系统的结构图；

图2为图1中流态调整器处的局部视图。

图中标记：1-进口过滤单元，2-流态调整器，3-旋转信号检测传感器，4-高流速检测传感器，5-低流速检测传感器，6-流体分配器，7-上游测压器，8-前置信号检测传感器，9-温度传感器，10-复频驱动器，11-中置信号检测传感器，12-后置信号检测传感器，13-内腔压力传感器，14-调整节流件，15-下游测压器，16-智能压差变送器，17-信号放大处理单元，18-外置信号处理单元，19-中央处理器，20-ai芯片，21-显示操作单元，22-流量计算机，23-进口连接件，24-过滤器排污口，25-上游取压法兰，26-第一连接法兰，27-第二连接法兰，28-下游取压法兰，29-出口连接件，30-传感线缆支柱，31-计算机连接件，32-外置通讯接口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种多相流质量流量测量系统，包括依次连接的上游区域、检测区域和下游区域，其特征在于，上游区域包括进口连接件23，进口连接件23连接有进口管，进口管内依次安装有进口过滤单元1和流态调整器2，流态调整器2为螺旋板状，流态调整器2处的进口管上安装有旋转信号检测传感器3、高流速检测传感器4和低流速检测传感器5，进口管还连接有流体分配器6，检测区域包括内腔和位于内腔内部与流体分配器6连通的流量管，流量管的另一端与下游区域的调整节流件14连通，流量管上安装有前置信号检测传感器8、温度传感器9、复频驱动器10、中置信号检测传感器11和后置信号检测传感器12，流量管上的所有传感器和驱动器均电性连接有中央处理器19。

实施例2

在实施例1的基础上，进口管的进口过滤单元1处开设有过滤器排污口24，流体分配器6和调整节流件14均为锥形管形状，进口管与流体分配器6之间通过上游取压法兰25和第一连接法兰26连接，调整节流件14通过第二连接法兰27和下游取压法兰28连接有出口连接件29。

实施例3

在实施例1的基础上，上游取压法兰25连接有上游测压器7，下游取压法兰28连接有下游测压器15，上游测压器7和下游测压器15之间连接有智能压差变送器16，智能压差变送器16与中央处理器19电性连接。

实施例4

在实施例1的基础上，内腔内安装有内腔压力传感器13，内腔压力传感器13与中央处理器19连接，中央处理器19安装于流量计算机22中，流量计算机22通过计算机连接件31与内腔连接，计算机连接件31内安装有传感线缆支柱30，传感线缆支柱30与流量计算机22之间还连接有密封段。

实施例5

在实施例1的基础上，流量计算机22内还安装有信号放大处理单元17、外置信号处理单元18、ai芯片20、显示操作单元21和外置通讯接口32，外置通讯接口32连接有色谱仪和含水仪。

实施例6

一种多相流质量流量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

用高流速检测传感器4和低流速检测传感器5检测进口管内的粗测流速v'，用旋转信号检测传感器3对粗测流速v'值进行修正得到准确流速v值，用中央处理器19进行计算比较v值与复频驱动器10反馈的信号值，确定需要调整的振动幅与频率值，并驱动给定自适应的驱动振幅及频率信号；

由前置信号检测传感器8、中置信号检测传感器11和后置信号检测传感器12检测流量管的振幅及频率信号偏移量，通过中央处理器19由及频率信号偏移量推算出质量流量qm和频率偏移量，并计算出混合密度ρ，再由中央处理器19根据温度传感器9检测的温度信号与智能压差变送器16检测的压力信号分析计算当前状态下分别的气密度和液相密度；

由ai芯片20根据预先导入的数据和采集的数据进行对比拟合形成新的流量计算公式，采集的数据包括智能压差变送器16动态下的压差值δp，ai芯片20根据δp值对质量流量qm与混合密度ρ进行修正得到准确的qm和ρ的信号值，从而计算出需要的气体流量值、液体流量值。

实施例7

在实施例6的基础上，由准确流速v值粗算气液两相的流量计流量值，将该流量值数据与质量流量计测量的数据进行核对，防止系统测量数据失效。

本发明的测量系统工作流程如下：

流体从进口连接件23进入上游区域的进口管，经由进口过滤单元1进行过滤，其中的杂质杯过滤并从过滤器排污口24排出，过滤后的流体经过流态调整器2调整为沿螺旋路径流动，并由旋转信号检测传感器3、高流速检测传感器4、低流速检测传感器5进行数据收集，在经过上游取压法兰25时由上游测压器7测取压力，后经过流体分配器6均化整流，进入检测区域的流量管，分别经过前置信号检测传感器8、温度传感器9、复频驱动器10、中置信号检测传感器11和后置信号检测传感器12进行数据检测，再进入下游区域的调整节流件14，由下游测压器15测量压力，从出口连接件29排出系统，上下游的压力数据经过智能压差变送器16分析整合，再连同其它所有数据反馈至流量计算机22的中央处理器19处，其中，检测区域的各传感器由复频驱动器10驱动，在流体突变时提供准确、高效的驱动信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。