用于推断管道中的流体的能量和燃烧特性的系统和方法与流程

1.下面描述的实施方式涉及能量含量确定，更具体地，涉及推断性能量含量确定。


背景技术：

2.液化天然气(在下文中，“lng”)正成为日益重要的燃料，因为高能量含量使其能够高效地运输。lng是通过冷却至低温而被处理并液化的天然气。典型的运输条件的示例是约-162℃的温度和126.3千帕(绝对)。lng的成分因来源不同且基于应用于lng的处理而显著不同。典型的成分可以包括氮、甲烷、乙烷、丙烷和高阶烃(在链中具有四个或更多个碳)。由于成分的变化，很难知道不同lng混合物在交货时的能量含量和燃烧特性。lng成分会极大地影响lng混合物的价值，因此有必要在购买之前评估lng含量。
3.用于确定排放的lng的能量含量的当前实践是测量lng的体积并根据来自气相色谱仪的成分分析来计算平均密度和平均热值。使用的通用等式是等式(1)：
4.e
lng
＝v
lng
×
δ
lng
×hlng
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
5.在等式(1)中，v
lng
是在lng载罐中测量的lng的体积，δ
lng
是基于lng的色谱分析和温度计算的lng的密度，h
lng
是通过lng的色谱分析计算的lng的基于质量的平均总热值(gcv)。
6.可以看出，现有系统需要使用色谱仪来确定气体的相对成分。由于取样和分析过程缓慢，因此气相色谱仪花费大量时间进行确定。此外，色谱法昂贵且不能实时进行。在分析样品所花费的时间期间，流动的lng的成分可能显著改变，使得色谱确定对于确定待评估的lng的能量含量的目的是不切实际的。典型的lng和其他液体线测量值包括更简单的参数，例如密度、粘度、压力和声速(在下文中，“sos”)。在线测量这些参数更实用。然而，这些测量值不是能量含量的直接测量值。推断性确定是指被测参数与根据被测参数计算的变量之间没有直接关系的确定。如果在线条件(line condition)下获取的典型流体测量值可以应用于推断关系以推断能量含量，则由此产生的推断可以受益于更大的取样速率和近因(recency)。该过程还将受益于避免昂贵的取样和色谱程序。
7.因此，需要使用与典型lng测量值的推断关系来确定实时能量含量值的系统。


技术实现要素：

8.公开了用于推断处于气态的流动流体的能量含量的方法的实施方式。该方法可以由具有处理器(210)和存储器(220)的计算机系统(200)来执行，存储器(220)具有推断模块(204)，该方法包括由推断模块(204)根据处于气态的流动流体的推断的能量含量与处于液态的流动流体的获取的至少一个测量值之间的推断关系来推断处于气态的流动流体的推断的能量含量。
9.公开了用于推断处于气态的流动流体的能量含量的装置的实施方式。该装置具有计算机系统(200)，计算机系统(200)具有处理器(210)和存储器(220)，存储器(220)具有推断模块(204)，推断模块(204)被配置成根据处于气态的流动流体的推断的能量含量与处于
液态的流动流体的获取的至少一个测量值之间的推断关系来推断处于气态的流动流体的推断的能量含量。
10.方面
11.根据一方面，公开了一种用于推断处于气态的流动流体的能量含量的方法。该方法可以由具有处理器(210)和存储器(220)的计算机系统(200)来执行，存储器(220)具有推断模块(204)，该方法包括由推断模块(204)根据处于气态的流动流体的推断的能量含量与处于液态的流动流体的获取的至少一个测量值之间的推断关系来推断处于气态的流动流体的推断的能量含量。
12.优选地，至少一个测量值包括测量的密度。
13.优选地，至少一个测量值还包括测量的粘度和测量的声速中的一个或更多个。
14.优选地，推断关系是各项的和，其中，每个项具有至少一个测量值之一和至少一个测量值之一的一个高阶值中的一个或更多个。
15.优选地，每个项具有对应于该项的系数。
16.优选地，每个系数是温度相关的，其中，每个系数温度相关性具有至少一个特定于项的系数常数。
17.优选地，该关系具有至少五个项，至少五个项包括：偏移项；测量的密度项，其具有测量的密度；高阶密度项，其具有测量的密度的高阶值；测量的粘度项和声速项中的至少一个，其对应地具有测量的粘度和测量的声速中的一个或更多个；以及高阶粘度项或高阶声速项中的至少一个，其对应地具有测量的粘度和测量的声速中的一个或更多个的高阶值中的一个或更多个。
18.优选地，流动流体是天然气混合物。
19.优选地，能量含量是甲烷数、可燃性下限、沃泊指数、总热值和净热值之一。
20.优选地，计算机系统(200)是振动传感器(102)的计量仪电子器件(110)，振动传感器(102)测量至少一个测量值中的一个或更多个。
21.根据一方面，公开了一种用于推断处于气态的流动流体的能量含量的装置。该装置具有计算机系统(200)，计算机系统(200)具有处理器(210)和存储器(220)，存储器(220)具有推断模块(204)，推断模块(204)被配置成根据处于气态的流动流体的推断的能量含量与处于液态的流动流体的获取的至少一个测量值之间的推断关系来推断处于气态的流动流体的推断的能量含量。
22.优选地，至少一个测量值包括测量的密度。
23.优选地，至少一个测量值还包括测量的粘度和测量的声速中的一个或更多个。
24.优选地，推断关系是各项的和，其中，每个项具有至少一个测量值之一和至少一个测量值之一的一个高阶值中的一个或更多个。
25.优选地，每个项具有对应于该项的系数。
26.优选地，每个系数是温度相关的，其中，每个系数温度相关性具有至少一个特定于项的系数常数。
27.优选地，该关系具有至少五个项，至少五个项包括：偏移项；测量的密度项，其具有测量的密度；高阶密度项，其具有测量的密度的高阶值；测量的粘度项和声速项中的至少一个，其对应地具有测量的粘度和测量的声速中的一个或更多个；以及高阶粘度项或高阶声
速项中的至少一个，其对应地具有测量的粘度和测量的声速中的一个或更多个的高阶值中的一个或更多个。
28.优选地，流动流体是天然气混合物。
29.优选地，能量含量是甲烷数、可燃性下限、沃泊指数、总热值和净热值之一。
30.优选地，该装置是振动传感器(102)，其中，计算机系统(200)是振动传感器(102)的计量仪电子器件(110)，振动传感器(102)测量至少一个测量值中的一个或更多个。
附图说明
31.在所有附图上，相同的附图标记表示相同的元件。应当理解，这些附图不一定按比例绘制。
32.图1示出了流动流体测量系统的实施方式的框图。
33.图2示出了计算机系统200的实施方式的框图。
34.图3示出了用于推断能量含量的方法300的实施方式的流程图。
35.图4示出了用于推断能量含量的方法400的实施方式的流程图。
36.图5示出了用于推断能量含量的方法500的实施方式的流程图。
37.图6示出了测量的沃泊指数值与根据推断关系的实施方式推断出的推断的沃泊指数值之间的拟合的图形600。
38.图7示出了测量的甲烷数与根据推断关系的实施方式推断出的推断的甲烷数之间的拟合的图形700。
39.图8示出了测量的可燃性下限与根据推断关系的实施方式推断出的推断的可燃性下限之间的拟合的图形800。
40.图9示出了测量的总热值与根据推断关系的实施方式推断出的推断的总热值之间的拟合的图形900。
41.图10示出了测量的净热值与根据推断关系的实施方式推断出的推断的净热值之间的拟合的图形1000。
具体实施方式
42.图1至图10和下面的描述描绘了具体示例以教导本领域技术人员如何进行和使用推断能量含量的实施方式的最佳模式。出于教导创造性原理的目的，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员将理解落入本说明书的范围内的这些示例的变型。本领域技术人员将理解，下面描述的特征可以以各种方式组合以形成能量含量推断的多个变型。因此，下面描述的实施方式不限于下面描述的具体示例，而仅受权利要求及其等同内容限制。
43.当将流体的类型分离成特定的类别例如天然气混合物时，可以看出，流体流装置中通常测量的量之间的简单关系可以用于推断流体的能量含量。如果基于液态中的量来确定测量值和推断关系以便推断气态中的能量含量，则尤其如此。当术语“推断(infer)”或“推断(inferring)”以动词形式使用时，应当理解，这意味着使用推断关联例如使用推断关系来确定。这种推断可以在无需热相关度量例如热导率、热容量和热扩散率的任何直接测量值的情况下完成。此外，该推断可以在没有用于确定能量含量的其他常规考虑例如介电常数、层流电阻、湍流电阻和折射率的情况下完成。此外，该推断可以在不人为地产生测量
装备两端的温降和/或压降超过与典型的流测量设备和流体的相互作用相关联的那些温降和压降的情况下完成。
44.因为这些关系对于特定类别的气体(例如天然气混合物)相对简单，所以推断关系可以表示为液态中的简单测量值与相关联系数的线性组合。例如，推断关系可以如此简单，使得它仅仅考虑可能在线条件下的液态流体的测量值。该关系可以包含用于液态流体的测量值的相应系数。在实施方式中，相应系数可以具有温度相关关系，使得相应系数随液态流体的测量的温度而变化。在实施方式中，在推断关系中使用的液态流体的每个测量值(可能除了温度之外)可以具有不同的相应温度相关系数。应当注意，尽管混合物被称为天然“气”，但当使用术语“天然气”时，考虑处于液态的天然气混合物(即lng)和处于气态的天然气混合物。应当注意，本说明书不限于天然气混合物，并且可以应用于可以处于液态和气态的具有能量含量的其他类别的流体。
45.推断关系还可以具有偏移项(a)，其用作能量含量的参考值关系。偏移项也可以是温度相关的(k1(t))。在实施方式中，液态流体的测量值之一是液态流体的测量的密度。测量的密度可以是推断关系的密度项(b)的元素。密度项(b)可以是测量的密度和用于测量的密度的相应系数的乘积。在实施方式中，该关系可以是偏移项和密度项之和。
46.在另一实施方式中，液态流体的测量值还可以包括液态流体的测量的声速。该关系还可以考虑测量的声速。例如，该关系还可以具有包含测量声速的声速项。在该实施方式中，声速项可以是测量的声速乘以对应于声速的相应系数。在实施方式中，该关系可以是偏移项、密度项和声速项之和。在其他实施方式中，声速可以用粘度测量值代替。例如，该关系可以具有包含测量的粘度的粘度项。在该实施方式中，粘度项可以是测量的粘度乘以对应于测量的粘度的相应系数。在实施方式中，该关系可以是偏移项、密度项和粘度项之和。
47.包含了液态流体的一个测量的量(不是测量的温度)的关系可以采用等式(2)的形式。
48.iec
气体
＝a+b
ꢀꢀꢀ
(2)
49.在等式(2)中，iec
气体
是气态流体的推断的能量含量值。a是偏移项。b是密度项，如在此所示，但是应当理解，可以在等式(2)中使用其他测量的项来代替。
50.在所有实施方式中，偏移项(a)可以表示为常数，或者可以表示为温度相关的量(k1(t))，其可能与温度有简单关系，如等式(3)所示：
51.a＝k1(t)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
52.密度项(b)可以表示为液态流体的测量的密度(ρ
液体
)与对应于测量的密度的系数(k2)的乘积，如等式(4)所示：
53.b＝k2×
ρ
液体
ꢀꢀꢀ
(4)
54.在实施方式中，对应于测量的密度的系数(k2)可以是温度相关的系数(k2(t))，使得等式(4)变为等式(5)。
55.b＝k2(t)
×
ρ
液体
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
56.在实施方式中，等式(2)可以采用等式(6)的形式。
57.iec
气体
＝k1(t)+k2(t)
×
ρ
液体
ꢀꢀꢀ
(6)
58.应当理解偏移项和系数中的一些或全部是常数并且不随温度变化的实施方式。
59.在推断关系中使用液态流体的多于一个的测量的量(多于一个的测量的量在各项
中不包括测量的温度，但具有可能取决于温度的系数)的实施方式中，推断关系可以采用等式(7)的形式：
60.iec
气体
＝a+b+c
ꢀꢀꢀ
(7)
61.偏移项(a)和密度项(b)可以如等式(3)至(6)中表示的那样。在液态流体的声速是在推断关系中使用的多于一个的测量的量之一的实施方式中，该关系可以具有声速项(c)，如等式(7)所示。
62.声速项(c)可以表示为液态流体的测量的声速(sos
液体
)与对应于测量的声速的系数(k3)的乘积，如等式(8)所示：
63.c＝k3×
sos
液体
ꢀꢀꢀꢀ
(8)
64.在实施方式中，对应于测量的声速的系数(k3)可以是温度相关的系数(k3(t))，使得等式(8)变为等式(9)。
65.c＝k3(t)
×
sos
液体
ꢀꢀꢀ
(9)
66.在实施方式中，等式(7)中表示的关系可以被表示为等式(10)。
67.iec
气体
＝k1(t)+k2(t)
×
ρ
液体
+k3(t)
×
sos
液体
ꢀꢀꢀꢀ
(10)
68.在液态流体的多于一个的测量的量(多于一个的测量的量在各项中不包括测量的温度，但具有可能取决于温度的系数)的各种实施方式中，代替声速或除声速之外可以使用液态流体的粘度测量值。在该实施方式中，除了声速项(c)之外或代替声速项(c)，可以使用粘度项(d)。
69.粘度项(d)可以表示为液态流体的测量的粘度(η
液体
)与对应于测量的粘度的系数(k4)的乘积，如等式(11)所示：
70.d＝k4×
η
液体
ꢀꢀꢀ
(11)
71.在实施方式中，对应于测量的粘度的系数(k4)可以是温度相关的系数(k4(t))，使得等式(11)变为等式(12)。
72.d＝k4(t)
×
η
液体
ꢀꢀꢀꢀ
(12)
73.在实施方式中，推断关系可以是将粘度项(d)与密度项(b)和偏移项(a)而不是声速项(c)包含的和，如等式(13)所示：
74.iec
气体
＝a+b+d
ꢀꢀꢀ
(13)
75.在实施方式中，等式(13)的关系可以被表示为等式(14)。
76.iec
气体
＝k1(t)+k2(t)
×
ρ
液体
+k4(t)
×
η
液体
ꢀꢀꢀꢀ
(14)
77.在又一实施方式中，可以在推断关系中考虑偏移项(a)、密度项(b)、声速项(c)和粘度项(d)中的全部。例如，推断关系可以是偏移项(a)、密度项(b)、声速项(c)和粘度项(d)的和，如等式(15)所示。
78.iec
气体
＝a+b+c+d
ꢀꢀꢀ
(15)
79.在实施方式中，等式(13)的关系可以被表示为等式(16)。
80.iec
气体
＝k1(t)+k2(t)
×
ρ
液体
+k3(t)
×
sos
液体
+k4(t)
×
η
液体
ꢀꢀꢀꢀ
(16)
81.推断关系还可以考虑具有所使用的测量参数的平方或高阶指数(在下文中，“高阶测量值”)的任意数目的项(在下文中，“高阶项”)，例如，液态流体的测量的密度、液态流体的测量的声速和液态流体的粘度中的一个或更多个的平方或高阶指数。对于每个高阶测量值，推断关系可以具有相应系数。高阶测量值的相应系数可以分别具有温度相关性。高阶测
量值可以在推断关系中被表示在高阶项中。在各种实施方式中，高阶项可以是每个高阶测量值和每个相应系数的乘积。一个或更多个高阶项可以作为另外的和被包含到推断关系中，例如，将被添加到等式(2)、(6)、(7)、(10)、(13)、(14)、(15)和(16)中的任一个的右侧的高阶项的另外的和。
82.在实施方式中，推断关系可以在某些项中是二次的，并且可以采用等式(17)的形式：
[0083][0084]
在等式(17)中，k5(t)和k6(t)分别是平方密度和平方粘度测量值的温度相关系数。设想系数是不随温度变化的常数(即，k1至k6是常数)的替选实施方式。这提供了密度和粘度中的每一个与气体的推断的能量含量之间的二次关系。
[0085]
在实施方式中，推断关系的每个项可以仅具有测量值和高阶测量值中的一个。
[0086]
温度相关系数(例如，k1(t)、k2(t)、k3(t)、k4(t)、k5(t)和/或k6(t))中的一个或更多个的温度相关性可以由任意数目的关系确定。例如，系数与温度之间的关系可以是线性的，其实施方式在等式(18)中示出：
[0087]kx
(t)＝g+h
×
t
ꢀꢀꢀ
(18)
[0088]
在等式(18)中，g和h是常数(在下文中，“系数常数”)，其可以通过分析手段(例如回归)在不同温度范围下的几种不同气体混合物上确定。每一项可以具有温度相关系数，并且系数的每个温度相关性可以具有至少一个特定于项的系数常数(例如，在等式(19)中，对于示例性“第x”项，g和/或h可以是特定于项的系数常数)。下标“x”仅表示等式(18)中描述的系数关系对于推断关系中的任何相应测量值(或高阶测量值，例如平方测量密度)是通用的。“关系元素”可以包括系数和系数常数中的一个或更多个。出于本说明书的目的，如果推断关系的结构被确定，例如一个或更多个等式(2)至(19)的形式的结构，则推断关系可以通过这种结构和关系元素来表征。
[0089]
在另一个实施方式中，温度相关系数(例如，k1(t)、k2(t)、k3(t)、k4(t)、k5(t)和/或k6(t))中的一个或更多个的温度相关性可以通过与温度的二次关系来确定，其实施方式在等式(19)中示出：
[0090]kx
(t)＝g+h
×
t+i
×
t2ꢀꢀꢀ
(19)
[0091]
在等式(19)中，g、h和i可以是常数，其可以通过分析手段(例如回归)在不同温度范围下的几种不同气体混合物上确定。同样，下标“x”仅表示等式(19)中描述的系数关系对于推断关系中的任何相应测量值(或高阶测量值)是通用的。每个温度相关系数(例如，k1(t)、k2(t)、k3(t)、k4(t)、k5(t)和/或k6(t))可以具有g、h和i中的一个或更多个的不同值，以及/或者可以对于每个系数具有温度的不同阶多项式，从而使用更多或更少的系数。等式(2)至(19)中表示的一个或更多个关系可以用于根据在线条件下获取的典型测量值来推断mn、lfl、wi、ghv和nhv中的一个或更多个的值。
[0092]
这些实现方式的示例在图6至图10及其相应描述中示出。
[0093]
应当理解偏移项和系数中的一些或全部是常数并且不随温度变化的实施方式。
[0094]
图1示出了流动流体测量系统的实施方式的框图。系统100具有振动传感器102、可
选的声速传感器106和可选的附加振动传感器199。应当理解，可以使用任何振动传感器102系统，例如科里奥利流量计、叉式密度计、叉式粘度计等。这同样适用于可选的振动传感器106。在各种实施方式中，可以串联使用相同或不同类型的多个振动传感器102以确定要在能量含量的推断性确定中使用的测量值。
[0095]
振动传感器102和/或199可以用于提供与振动传感器相互作用的流体的典型流动流体和/或流体流测量值。由振动传感器102和/或199提供的典型测量值可以包括例如液态流体的密度、粘度、声速、质量流率和体积流率中的一个或更多个。振动传感器102和可选的附加振动传感器199可以是不同类型的振动传感器，使得它们的结构不同以及/或者可以提供彼此不同的测量值。例如，振动传感器102可以是叉式粘度计，而可选的附加振动传感器199可以是科里奥利流量传感器。这仅仅是示例性的，并且可能的流量传感器102以及/或者流量传感器102和可选的附加流量传感器199的组合的所有变型被设想。
[0096]
振动传感器102和/或199可以安装在管道或导管、罐、容器或其他流体容器中。振动传感器102和/或199也可以安装在用于引导流体流的歧管或类似结构中。然而，其他安装布置被设想并且在本说明书和权利要求书的范围内。
[0097]
在实施方式中，振动传感器102和/或199可以是叉式计量仪，例如叉式粘度计或叉式密度计。振动传感器102和/或199可以具有计量仪电子器件110、驱动器103、第一齿104a、第二齿104b、响应传感器105、温度传感器108和通信链路26。振动传感器102操作以提供流体测量值。振动传感器102可以提供包括例如流体的流体密度(ρ)、流体温度(t)、流体粘度(η)、质量流率、体积流率和压力(p)中的一个或更多个的流体测量值，所述流体包括流动或不流动的流体。该列表不是详尽的，并且振动传感器102和/或199可以测量或确定其他流体特性。
[0098]
计量仪电子器件110是处理原始信号数据以获取测量值和/或处理编程模块的处理电路。计量仪电子器件110可以是图2所示的计算机200的实施方式。计量仪电子器件110控制振动传感器102的驱动器103和响应传感器105的操作，并且可以向驱动器103和响应传感器105提供电能。例如，计量仪电子器件110可以生成驱动信号并将所生成的驱动信号提供给驱动器103以在第一齿104a中生成振动。第一齿104a是振动传感器102的浸没元件。所生成的驱动信号可以控制第一齿104a的振动幅度和频率。所生成的驱动信号还可以控制振动持续时间和/或振动定时。应当注意，计量仪电子器件110可以表示多个部件和产品，这些部件和产品被同时使用，但是可能分开出售。例如，计量仪电子器件110可以包括计量仪的电子器件和其他可通信地耦合的元件的电子器件，例如，发射器或其他设备，其使用需要计量仪及其电子器件。
[0099]
驱动器103是驱动运动的元件。第一齿104a是被振动并与流体相互作用的元件。驱动器103可以从计量仪电子器件110接收驱动信号以振动第一齿104a。第二齿104b是另一浸没元件，其具有可能由第一齿104a的振动驱动的产生的振动。第二齿104b耦合至对第二齿104b的振动响应进行测量的响应传感器，使得第二齿104b的振动响应与施加至对第一齿104a进行驱动的驱动器103的驱动器信号之间的关系表示流体的性质。这些振动可以被驱动以允许流动流体和/或流体流测量值由计量仪电子器件110确定。温度传感器108是测量温度的设备。流动流体和/或流体流测量值可以具有温度相关性，因此温度传感器108可以向计量仪电子器件110提供温度数据以供在测量值中使用。
[0100]
计量仪电子器件110可以从检测第二齿104b的运动和/或振动的响应传感器105接收一个或多个振动信号。在实施方式中，计量仪电子器件110可以在相位锁定状态下驱动振动元件，使得提供给驱动器103的命令信号和从响应传感器105接收到的响应信号被相位锁定。计量仪电子器件110可以处理一个或多个振动信号以生成例如密度(ρ)测量值。计量仪电子器件110处理从响应传感器105接收到的一个或多个振动信号，以确定一个或多个信号的频率。此外或另外，计量仪电子器件110处理一个或多个振动信号以确定流体的其他特性，例如粘度(η)。在替选实施方式中，计量仪电子器件110还可以确定例如上游信号与下游信号之间的相位差，其可以被处理以确定流体流率。如可以理解的，尽管可以采用任何合适的单位例如基于时间的单位，但是相位差通常以诸如度或弧度的空间单位来测量或表达。如果采用基于时间的单位，则本领域技术人员可以将相位差称为振动信号与驱动信号之间的时间延迟。其他振动响应特性和/或流体测量值被设想并且在说明书和权利要求书的范围内。
[0101]
计量仪电子器件110还可以耦合至通信链路26。计量仪电子器件110可以通过通信链路26传送振动信号。计量仪电子器件110还可以处理所接收的振动信号以生成一个或多个测量值，并且可以通过通信链路26传送该一个或多个测量值。另外，计量仪电子器件110可以通过通信链路26接收信息。例如，计量仪电子器件110可以通过通信链路26接收命令、更新、操作值或操作值改变、和/或编程更新或改变。在各种实施方式中，通信链路26可以是通信耦合器240的实施方式或可通信地耦合至通信耦合器240。
[0102]
振动传感器102和/或199可以使用闭环电路为驱动器103提供驱动信号。驱动信号通常基于所接收的振动信号。闭环电路可以将振动信号或振动信号的参数修改或包含到驱动信号中。例如，驱动信号可以是所接收的振动信号的放大版本、调制版本或其他修改版本。因此，所接收的振动信号可以包括使闭环电路能够实现目标频率或相位差的反馈。使用反馈，闭环电路递增地改变驱动频率并监测振动信号，直到达到目标相位，使得驱动频率和振动信号在目标相位处或目标相位附近被相位锁定。
[0103]
流体性质例如流体的粘度(η)和密度(ρ)可以根据驱动信号与振动信号之间的相位差为135
°
和45
°
时的频率确定。这些期望的相位差——表示为第一偏共振相位差φ1和第二偏共振相位差φ2——可以对应于半功率或3db频率。第一偏共振频率ω1被定义为第一偏共振相位差φ1为135
°
时的频率。第二偏共振频率ω2被定义为第二偏共振相位差φ2为45
°
时的频率。在第二偏共振频率ω2下获得的密度(ρ)测量值可以与流体粘度(η)无关。因此，在第二偏共振相位差φ2为45
°
的情况下获得的密度(ρ)测量值可以比在其他相位差下获得的密度(ρ)测量值更准确。
[0104]
在一些实施方式中，振动传感器102可以仅确定密度(ρ)和粘度(η)中的一个，而另一工具确定密度(ρ)和粘度(η)中的另一个，另一工具可能是不同的振动计。
[0105]
振动传感器102的各种实施方式被设想，并且图1所示的实施方式仅出于示例性目的。可以使用任何振动传感器102，例如所描述的叉式计量仪或科里奥利流量传感器。
[0106]
可选的声速传感器106是检测流体的声速的传感器。可选的声速传感器106可以确定液态流体的声速，以确定气态流体的能量含量。可选的声速传感器106可以使用声音发射器将声音发射通过待测量的液体流体，并且用声波传感器接收响应。然后可以基于传输时间和声音发射器与声波传感器之间的距离来确定声速。这仅仅是示例性的，并且通过可选
的声速传感器106测量声速的其他方法被设想。
[0107]
尽管未描述，但振动传感器102和/或199中的一个或更多个可以是科里奥利流量传感器。科里奥利流量传感器可以确定由于科里奥利力引起的测量的振荡中的相位差，以确定流体(可能是液态流体和/或气态流体)的质量流率和/或密度。在实施方式中，振动传感器102和可选的附加振动传感器199都不是叉式计量仪(因此图1所示的振动传感器102不同于该实施方式的振动传感器102)。在另一实施方式中，振动传感器102可以是依赖于振动的气体密度计。振动传感器102和/或199以及可选的声速传感器106测量和确定测量的量的方式在本领域中是公知的，并且为简洁起见省略进一步的公开内容。
[0108]
计算机系统，例如振动传感器102的计量仪电子器件110，可以被配置成使用一个或更多个典型的流动流体和/或流体流测量值来推断气态流体的能量含量度量的值，例如，使用等式(2)至(19)以及本说明书所教导的其他示例中表示的任何关系。
[0109]
典型的能量含量度量包括甲烷数(在下文中，“mn”)、可燃性下限(在下文中，“lfl”)、沃泊指数(在下文中，“wi”)、总热值(在下文中，“ghv”)和净热值(在下文中，“nhv”)。在本说明书中公开的实施方式中，推断的能量含量可以是mn、lfl、wi、ghv和nhv中的一个或更多个。
[0110]
mn是可以表示流体燃烧时的爆震潜能的能量含量测量值。它描述了燃料将不可控地燃烧的可能性。查找mn的关系的实施方式在等式(20)中示出：
[0111][0112]
在等式(19)中，mn是甲烷数，是原子氢碳比(例如，对于具有四个氢和一个碳的甲烷，甲烷的为四)。要直接确定这一点，必须知道流体混合物的成分，这在线条件下难以确定。
[0113]
lfl是表示将发生燃烧时与空气的混合物中的气体的最小成分的能量含量测量值。查找lfl的关系的实施方式在等式(21)中示出：
[0114][0115]
在等式(21)中，lfl是可燃性下限，i是参考混合物的各成分的指数，xi是成分i的相对比例，并且lfli是成分i的可燃性下限。使用这种关系的方法因需要知道成分而受到限制。成分在线条件下可能难以确定。
[0116]
wi是表示燃料气体的互换性的能量度量。wi是相对于比重的根的热值。等式(22)示出了用于确定wi的关系的实施方式：
[0117]
[0118]
在等式(22)中，wi是沃泊指数，cv是热值，并且sg是流体的比重。同样，用于确定热值的传统测量值需要知道混合物的相对成分并需要成分确定。在线条件下确定或推断实时测量值时，成分确定可能不切实际。
[0119]
ghv和nhv都是发热值，通常称为热值。ghv与nhv之间的区别在于：nhv减少了冷凝混合物中的任何水蒸气所产生的热量。用于确定ghv的方法的实施方式在等式(23)中示出：
[0120]
ghvv＝[(1571.5
×
sg)+144]-(25.318
×
％co2+16.639
×
％n2)
ꢀꢀꢀ
(23)
[0121]
在等式(23)中，ghvv是总热值(以体积为单位)，％co2是按体积计的混合物的二氧化碳成分，并且％n2是按体积计的混合物的氮气成分。等式(23)是以体积为单位表示的aga 5等式关系。应当注意，仅示出了二氧化碳和氮气的项，但是在用于其他物质的等式中存在更多元素，为简洁起见省略了这些元素。在一些系统中，等式(23)在14.73磅/平方英寸压力和60
°
f下产生以btu/立方英尺为单位的热值。
[0122]
也可以使用aga 5等式的质量单位当量。质量单位当量的实施方式在等式(23a)中示出：
[0123][0124]
在等式(23a)中，ghvm是总热值(以质量为单位)，mc是按质量计的二氧化碳成分，mn是按质量计的氮气成分，并且sg是比重。
[0125]
要获得nhv，可以使用等式(23)或(23a)中的任一个的所得ghv，并从中减去混合物的任何水蒸气的冷凝的热。同样，这将需要成分确定。在线条件下确定或推断实时测量值时，成分确定可能不切实际。
[0126]
在推断关系不取决于液态流体的声速的实施方式中，可以使用单个振动计102，可能是叉式粘度计(在下文中，“fvm”)，基于液态流体的获取的测量值来确定气态流体的推断的能量含量。由fvm获取的测量值可以包括测量的密度和测量的粘度。液态流体的获取的这些测量的量可以用于推断气态流体的能量含量。在使用fvm(例如，振动传感器102)的实施方式中，仍然可以使用单独的科里奥利流量传感器(例如，可选的附加振动传感器199)来确定液态流体的质量流率。当由本说明书中公开的任何系统确定质量流率和能量含量二者时，该系统还可以根据液态流体的质量流率和能量含量得出流体的能量流率，使得液态流体的流量以每单位时间内流动的流体以气态能够提供的能量来测量。
[0127]
在另一实施方式中，推断关系确实取决于液态流体的测量的声速。在该实施方式中，可选的声速传感器106可以用于确定液态流体的声速。在使用液态流体的声速并使用液态流体的密度的实施方式中，由可选的声速传感器106确定的液态流体的声速测量值可以被传送至另一计算机，可能是振动传感器102和/或199的计量仪电子器件，以便在另一计算机中推断气态流体的能量含量。在该实施方式中，液态流体的密度和粘度中的一个或更多个可以由振动传感器102和/或199确定，并与所传送的液态流体的声速测量值一起用于推断气态流体的能量含量。
[0128]
设想了另外的实施方式，其中多个振动传感器102和/或199各自用于测量液态流体的质量流率、密度和粘度中的一个或更多个，以及/或者可选的声速传感器106用于测量液态流体的声速。本说明书设想了基于所公开的传感器类型和在能量含量的推断中可能使用的测量值的可能硬件和软件布置的所有组合。
[0129]
图2示出了计算机系统200的实施方式的框图。在实施方式中，计算机系统200可以是计量仪电子器件，例如计量仪电子器件110。在各种实施方式中，计算机系统200可以包括专用集成电路或者可以具有离散的处理器元件和存储器元件，处理器元件用于处理来自存储器元件的命令并将数据存储在存储器元件上。计算机系统200可以是隔离的物理系统、虚拟机，以及/或者可以建立在云计算环境中。计算机系统200可以被配置成完成本说明书中提出的任何方法步骤，并且可以执行与所公开的模块相关联的所有功能。
[0130]
计算机系统可以具有处理器210、存储器220、接口230和通信耦合器240。存储器220可以存储和/或可以具有表示例如分析模块202、推断模块204和测量模块206的集成电路。在各种实施方式中，计算机系统200可以具有集成至所述的元件中的其他计算机元件，或者除了所述的计算机元件以外的其他计算机元件，或者与所述的计算机元件进行通信的其他计算机元件，例如总线、其他通信协议等。
[0131]
处理器210是数据处理元件。处理器210可以是用于处理的任何元件，例如中央处理单元、专用集成电路、其他集成电路、模拟控制器、图形处理单元、现场可编程门阵列、这些或其他公共处理元件的任意组合、等。处理器210可以具有用于存储处理数据的高速缓存。处理器210可以受益于本说明书中的方法，因为这些方法可以使用所提出的创造性结构来增强计算的分辨率并减少那些计算的误差。
[0132]
存储器220是用于电子存储的设备。存储器220可以是任何非暂态存储介质，并且可以包括硬盘驱动器、固态驱动器、易失性存储器、集成电路、现场可编程门阵列、随机存取存储器、只读存储器、动态随机存取存储器、可擦除可编程只读存储器、电可擦除可编程只读存储器、高速缓存等中的一个、一些或全部。处理器210可以执行来自存储器220的命令并利用存储在存储器220中的数据。
[0133]
计算机系统200可以被配置成存储将由分析模块202、推断模块204和测量模块206使用的任何数据，并且可以在存储器220中存储表示由分析模块202、推断模块204和测量模块206接收或使用的任何参数的任何时间量的历史数据，可能带有表示何时获取或确定数据的时间戳。计算机系统200还可以将表示任何中间产物的确定的任何数据存储在存储器220中。虽然分析模块202、推断模块204和测量模块206被显示为三个单独且分离的模块，但是本说明书设想了协同工作的任意数目(甚至一个或如所指定的三个)的各种模块，以完成本说明书中表示的方法。
[0134]
分析模块202是编程模块，其确定气态流体的能量含量与当流体处于液态时所测量的流体的参数之间的推断关系。分析模块202可以使用本说明书中公开的任何方法和等式来确定推断关系，例如，图1的描述中公开的方法和等式(2)至(19)。分析模块可以使用评估过程例如回归或机器学习算法、使用现有数据来确定推断关系。例如，可以对各种关系执行分析，这些关系包含液态流体的各种测量参数并将所得到的推断的能量含量收敛至气态流体的已知的、测量的能量含量。例如，分析模块202可以接收表示液态流体的测量的密度、液态流体的测量的声速、和/或液态流体的测量的粘度中的一个或更多个以及处于气态的相同流体的能量含量的相应测量值的数据，并且确定推断关系中的推断关系元素的值，所述推断关系元素将液态流体的测量参数与处于气态的相同流体的测量的能量含量值相关。在各种实施方式中，推断关系将具有温度相关的元素，使得分析模块202对推断关系的确定还需要接收液态流体的测量的温度的值，测量的温度可能与其他测量值同时或基本上同时
获取。推断关系元素可以包括测量参数、测量参数的更高幂、系数(可能是对应于测量参数或测量参数的更高幂中的一个或更多个的相应系数)、各种系数的温度相关性等。推断关系可以由等式(2)至(19)中的一个或更多个描述，并且分析模块可以使用等式(2)至(19)中表示的关系中的一个或更多个来确定推断关系。如本说明书中所教导的，分析模块202还可以使用具有测量值的高阶项(例如，二次项)的等式来确定推断关系。
[0135]
分析模块202可以仅使用一些测量值来确定推断关系。例如，在实施方式中，分析模块202可以接收液态流体的测量的量值以确定与该测量的量相对应的项(例如，a、b、c和/或d)。分析模块202可以包含液态流体的温度测量值以建立系数的温度相关性，可能是偏移项(a)。在该实施方式中，分析模块202可以确定与测量的量值对应的相应系数，并将测量的量值乘以与该测量的量值对应的相应系数以生成与该测量的量值对应的项。分析模块202可以使用液态流体的测量的量值和气态流体的测量的能量含量执行评估过程，以确定与测量值相对应的系数。在实施方式中，相应的系数和/或偏移项是温度相关的，使得相应的系数和/或偏移项不是常数。在该实施方式中，分析模块202可以通过评估过程确定液态流体的测量温度与相应系数和/或偏移项之间的关系。
[0136]
分析模块202可以针对每种类型的推断的能量含量使用不同的推断关系，这取决于哪些测量值和项适用于每种类型的推断的能量含量。例如，可以在推断关系中使用测量的密度、测量的温度、测量的粘度、测量的声速、测量值的高阶值等中的一个或更多个。可以由系统100使用计算机系统200来完成在确定推断关系的元素(例如，系数常数)中使用的一个或更多个测量的量的测量，以及/或者计算机系统200可以从已经确定了测量值和相应的测量的能量含量值的源接收测量数据。
[0137]
分析模块202可以确定或从用户接收具有元素的推断关系，例如，推断关系的结构(例如，由等式(2)至(19)表示的关系)和关系元素(例如，系数、系数常数、以及用于确定系数——可能是反映在等式(2)至(19)中表示的关系中的那些系数——的温度和/或压力相关关系)。等式的系数和/或系数常数和/或用于确定系数的元素可以由分析模块202例如使用回归或其他统计或概率技术来确定。推断关系的结构可以由分析模块202确定(例如，可以针对每个能量含量度量确定最佳关系)，或者可以由用户或计量仪电子器件110提供。分析模块202可以将得到的推断关系元素与被确定的能量度量、流动流体以及流动流体所属的流动流体类别中的一个或更多个相关联。关于能量度量、流体类型和流体类别中的一个或更多个的数据可以由用户提供，或者可以由分析模块202确定和/或识别。所得到的推断关系、关系元素以及与之相关联的数据可以存储在用分析模块202确定推断关系的计算机系统200中，或者可以被发送至不同的计算机系统200，可能是振动传感器102的计量仪电子器件110(或直接耦合的硬件)。
[0138]
推断模块204使用具有预定元素(例如，各项之间的预定关系和/或预定系数常数)的推断关系对推断的能量含量值进行推断。所存储的推断关系可以具有预定的和/或预先存储的元素，例如推断关系的结构(例如，由等式(2)至(19)表示的关系)和关系元素(例如，系数、系数常数、以及用于确定系数——可能是反映在等式(2)至(19)中表示的关系中的那些系数——的温度和/或压力相关关系)。等式的系数和/或用于确定系数的元素可以被预先确定并预先存储在计算机系统200(或直接耦合的硬件)中。可以通过数据使推断关系元素与被确定的能量度量、流动流体以及流动流体所属的流动流体类别中的一个或更多个相
关联。关于能量度量、流体类型和流体类别中的一个或更多个的数据可以由用户提供，或者可以由推断模块204确定和/或识别。数据关联可以确保推断模块204针对特定应用使用最佳推断关系元素和能量含量度量。推断模块204可以针对特定流动流体和应用从存储器220中检索适当的关系元素。由此，推断模块204可以评估推断关系，以根据液态流体的获取的测量值来确定气态流体的能量含量。
[0139]
在实施方式中，应当理解，推断关系的元素(例如，各项之间的预定关系和/或预定系数常数)的确定可以由第一系统进行，并且可以在第二系统中的能量含量的实时推断中使用在该第一系统中确定的预定元素。在该实施方式中，用于第一系统的计算机系统200可以具有分析模块202和测量模块206中的一个或更多个，但不具有推断模块204。在该实施方式中，用于第二系统的计算机系统200可以具有推断模块204和测量模块206中的一个或更多个，但不具有分析模块202。
[0140]
在另一实施方式中，计算机系统200可以用于确定推断关系的元素(例如，各项之间的预定关系和/或预定系数常数)并部署推断关系以根据实时线条件测量值来推断能量含量值。在该实施方式中，计算机系统200可以具有分析模块202、推断模块204和测量模块206中的一个或更多个。
[0141]
测量模块206是编程模块，其从传感器获取原始数据并处理该原始数据以确定流动流体和/或流体流测量值。流动流体和/或流体流测量值可以包括测量的密度、压力、粘度、声速、温度、质量流率等中的一个或更多个。在各种实施方式中，各种硬件元件可以并入系统中。系统100中的不同硬件元件中的每一个可以具有测量模块206的不同实施方式。例如，振动传感器102可以使用测量模块206的实施方式来测量密度和粘度中的一个或更多个。可选的声速传感器106可以使用其自己的测量模块206的实施方式来测量流动流体的声速。可选的附加振动传感器199可以使用其自己的测量模块206的实施方式来确定流动流体的质量流率和/或体积流率。
[0142]
分析模块202、推断模块204和测量模块206的能力被设想，并反映在所呈现的流程图中执行的方法。本说明书中的所有方法针对每个流程图和指定的顺序被设想，或者当指定顺序无关紧要时，通知流程图，但是分析模块202、推断模块204和测量模块206的所有方法和能力出于遵循本说明书的任何方法权利要求的目的被设想。
[0143]
此外，在计算机系统200是计量仪电子器件110的实施方式中，计量仪电子器件110可以包括多个可通信地耦合的元件。相互作用以形成作为计量仪电子器件110的内聚计算机系统200的硬件可以具有不同的部件，例如，可通信地耦合至相应的和/或兼容的发射器的传统计量仪电子器件阵列。在实施方式中，计量仪电子器件110可以在振动传感器102的集成计量仪电子器件元件中具有其处理器210的至少一些元件以及在耦合至振动传感器102的发射器中具有存储器220的至少一些元件。
[0144]
接口230是用于将数据计算机系统200可通信地耦合至外部计算元件的输入/输出设备。接口230能够使用已知技术将计算机系统200连接至外部元件，外部元件包括例如通用串行总线、prolink、串行通信、串行高级技术附件、hpc类型连接、千兆以太网、infiniband等。接口230可以具有通信耦合器240。通信耦合器240用于将计算机系统200与计算机系统200外部的部件耦合，例如，与外部计算设备耦合，或促进振动传感器102、可选的声速传感器106和可选的附加振动传感器199中的一个或更多个之间的数据传输。在计算
机系统200是由多个兼容且可能可分离的耦合元件(例如，振动传感器102的传统计量仪电子元件和发射器)组成的计量仪电子器件110的实施方式中，通信耦合器240可以通信地耦合这些元件。在实施方式中，通信耦合器240可以是通信链路26的实施方式。
[0145]
流程图
[0146]
图3至图5示出了用于推断和使用能量含量的方法的实施方式的流程图。流程图中公开的方法并非详尽的，而仅展示了步骤和顺序的可能实施方式。必须在整个说明书的上下文中解释这些方法，包括在图1和图2的描述中公开的元件、在图1和图2中公开的系统100和计算机系统200、分析模块202、推断模块204和/或测量模块206。
[0147]
图3示出了用于推断能量含量的方法300的实施方式的流程图。在方法300中提及或隐含使用的系统100、振动传感器102、可选的声速传感器106、可选的附加振动传感器199、计算机系统200、分析模块202、推断模块204和测量模块206可以是如图1和图2中公开的方法300中提及的系统100、振动传感器102、可选的声速传感器106、可选的附加振动传感器199、计算机系统200、分析模块202、推断模块204和测量模块206，尽管可以在替选实施方式中采用方法300中提及或隐含使用的任何合适的系统100、振动传感器102、可选的声速传感器106、可选的附加振动传感器199、计算机系统200、分析模块202、推断模块204和测量模块206。设想用于完成本说明书中公开的这些步骤的所有方法，包括系统100的所有能力。
[0148]
步骤302是由推断模块204根据气态流体的推断的能量含量与液态流体的获取的至少一个测量值之间的推断关系来推断气态流体的推断的能量含量。步骤302可以由振动传感器102和/或可选的附加振动传感器199的推断模块204执行。推断可以基于等式(2)至(19)中的一个或更多个中表示的关系。可以由振动传感器102、可选的声速传感器106和可选的附加振动传感器199中的一个或更多个提供用于推断的输入参数的值。
[0149]
在其他实施方式中，图3中所示的方法可以具有除以上所列步骤之外的其他步骤或替代以上所列步骤的其他步骤。以上所列步骤的子集作为图3所示的方法的一部分可以用来形成它们自己的方法。方法300的步骤可以以任意组合和顺序重复任意次数，例如连续循环，以便提供实时或连续的线条件推断的能量含量值。
[0150]
图4示出了用于推断能量含量的方法400的实施方式的流程图。在方法400中提及或隐含使用的系统100、振动传感器102、可选的声速传感器106、可选的附加振动传感器199、计算机系统200、分析模块202、推断模块204和测量模块206可以是如图1和图2中公开的方法400中提及的系统100、振动传感器102、可选的声速传感器106、可选的附加振动传感器199、计算机系统200、分析模块202、推断模块204和测量模块206，尽管可以在替选实施方式中采用方法400中提及或隐含使用的任何合适的系统100、振动传感器102、可选的声速传感器106、可选的附加振动传感器199、计算机系统200、分析模块202、推断模块204和测量模块206。设想用于完成本说明书中公开的这些步骤的所有方法，包括系统100的所有能力。方法400可以是步骤302的实施方式，并且步骤302可以是方法400的实施方式。
[0151]
步骤402是由推断模块204接收液态流体的相关输入参数的测量值。在实施方式中，相关输入参数可以是密度、粘度、温度、压力和声速中的一个或更多个。在实施方式中，推断模块204可以被存储在振动传感器102中。振动传感器102可以使用其自己的测量模块206来测量这些量，例如流动流体的密度、粘度和温度中的一个或更多个。如果推断关系的实施方式要求使用声速量，则振动传感器102可以从可选的声速传感器106接收测量的声
速。在实施方式中，振动传感器102可以可选地从可选的附加振动传感器199接收质量流率。
[0152]
步骤404是由推断模块204加载处于液态的流动流体的获取的测量值与处于气态的流动流体的推断的能量含量之间的推断关系。存储在计量仪电子器件110中的推断关系可以具有预定和/或预先存储的元素，例如推断关系的结构(例如，由等式(2)至(19)表示的关系)和关系元素(例如，系数、系数常数、以及用于确定系数——可能是反映在等式(2)至(19)中表示的关系中的那些系数——的温度和/或压力相关关系)。等式的系数和/或用于确定系数的元素可以被预先确定并预先存储在振动传感器102的计量仪电子器件110中(或直接耦合的硬件)。这些推断元素中的一个或更多个可能已经在先前执行的方法例如如图5所示的方法500的实施方式中确定。这些元素可能已经建立在具有分析模块202的不同计算机系统中。这些系数、结构和/或元素可以特定于流动流体或流动流体所属的流体类别中的一个或更多个，例如，通过计算机系统200存储了表示系数、系数常数、结构和/或元素中的至少一个与流动流体和流动流体所属的类别中的一个或更多个之间的关联的数据。加载可能需要用户指定流动流体或流动流体所属的流体类别以及加载表示推断关系的关联数据。例如，推断关系可以与天然气混合物相关联，以用于推断天然气混合物能量含量。在替选实施方式中，振动传感器102可以是用于特定流体或流体类别的固定用途计量仪，具有针对特定流体加载的推断关系。在又一实施方式中，计量仪电子器件110可以动态地识别流动流体，并且应用与所识别的流动流体、流动流体所属的流体类别、以及针对特定应用要使用的能量含量度量中的一个或更多个相关联的适当的推断关系。
[0153]
步骤406是由推断模块204基于处于液态的流动流体的测量值来推断处于气态的流动流体的推断的能量含量。推断可以使用推断关系，例如预先存储的和/或预定的关系。推断关系可以基于等式(2)至(19)中示出的关系中的一个或更多个。推断模块204可以使用本说明书中教导的推断模块204的任何能力来完成步骤406的推断。步骤406可以是步骤302和/或方法300的实施方式。
[0154]
步骤408是由推断模块204可选地对推断的能量含量流率进行推断。与质量流率或体积流率非常相似，能量含量流率可以通过确定具有基准的能量含量(基准通常是质量或体积中的一个或更多个)并将其应用于基准中的流率来确定。例如，如果基准是质量，则可以推断基于质量单位的能量含量，并且每单位质量的推断的能量含量可以应用于测量的质量流率，以产生推断的能量含量流率。
[0155]
在实施方式中，图4所示的方法的每个步骤都是不同的步骤。在另一个实施方式中，尽管在图4中被描绘为不同的步骤，但是步骤402至408可以不是不同的步骤。在其他实施方式中，图4所示的方法可以不具有所有上述步骤和/或可以具有除了以上所列步骤之外或替代以上所列步骤的其他步骤。图4所示的方法的步骤可以以另一顺序执行。以上所列步骤的子集作为图4所示的方法的一部分可以用来形成它们自己的方法。方法400的步骤可以以任意组合和顺序重复任意次数，例如连续循环，以便提供实时或连续的线条件推断的能量含量值。
[0156]
图5示出了用于推断能量含量的方法500的实施方式的流程图。在方法500中提及或隐含使用的系统100、振动传感器102、可选的声速传感器106、可选的附加振动传感器199、计算机系统200、分析模块202、推断模块204和测量模块206可以是如图1和图2中公开的方法500中提及的系统100、振动传感器102、可选的声速传感器106、可选的附加振动传感
器199、计算机系统200、分析模块202、推断模块204和测量模块206，尽管可以在替选实施方式中采用方法500中提及或隐含使用的任何合适的系统100、振动传感器102、可选的声速传感器106、可选的附加振动传感器199、计算机系统200、分析模块202、推断模块204和测量模块206。设想用于完成本说明书中公开的这些步骤的所有方法，包括系统100的所有能力。
[0157]
步骤502是由分析模块202接收相关输入参数的测量值。在实施方式中，相关输入参数可以是密度、粘度、温度、压力、能量含量(可能是气态流体的能量含量)和声速中的一个或更多个。在实施方式中，推断模块204可以被存储在振动传感器102中。振动传感器102可以使用其自己的测量模块206来测量例如流动流体的密度、粘度和温度中的一个或更多个的量。如果推断关系的实施方式要求使用声速量，则振动传感器102可以从可选的声速传感器106接收测量的声速。
[0158]
步骤504是由分析模块202接收或确定处于气态的流动流体的推断的能量含量与处于液态的流动流体的接收的测量值之间的推断关系的结构。分析模块202可能已经存储了推断关系的用户提供的优选结构，或者分析模块202可以通过尝试推断关系的各种不同结构并基于结果的比较来确定哪个是最佳的，来优化和确定推断关系的最佳结构(可能通过用不同的流动流体多次执行该方法，以确定特定于流动流体或流动流体所属的流体类别的关系的最优结构)。推断关系的示例性结构在等式(2)至(19)中示出。
[0159]
步骤506是由分析模块202根据所接收的测量值和所接收或确定的结构来确定关系元素。这些关系元素可以包括由等式(2)至(19)中的一个或更多个表示的关系所表示的关系的系数和系数常数。这些关系元素可以特定于流动流体或者特定于流动流体所属的流体类别或流动流体以其他方式相关的流体类别。步骤506可以是确定推断关系的核心。可能对于给定的流体，所确定的推断关系可以通过结构和关系元素来表征。步骤506可以使用在测量值被输入到其中的结构上执行的回归或其他分析技术。该分析可以用于确定关系元素，所述关系元素使用输入的测量值，最佳地允许具有所选结构的推断关系将由推断关系输出的推断的能量含量收敛至与输入的实际测量值对应的气态流体的测量的能量含量。通过将气态流体的测量的能量含量收敛至推断关系基于液态流体的获取的测量值产生的推断的能量含量，可以确定可以在以后的能量含量推断中使用的关系元素。
[0160]
步骤508是由分析模块202可选地将所确定的关系元素和/或结构与流动流体相关联。可以包括其他的关联，例如，与被使用的能量含量度量的关系的关联。关联可以以如下方式被存储在计算机系统200中：关系元素和/或结构与流动流体、流动流体所属的或流动流体相关的流体类别、和/或所使用的特定能量含量度量中的一个或更多个相关联。表示关系元件和结构中的一个或更多个的数据可以被存储和/或与标识流动流体、流体的相关联类别或所使用的能量度量中的一个或更多个的数据相关联。关联可以被存储在存储器220中。
[0161]
步骤510是由分析模块202可选地将表示结构、关系元素和关联中的一个或更多个的数据发送至不同的计算机系统200。不同的计算机系统200可以是不具有分析模块202的计算机系统。不同的计算机系统200可以是振动传感器102的计量仪电子器件110。不同的计算机系统200可以使用该数据作为预定和/或预先存储的数据来对流动流体的能量含量进行推断，甚至可能对其进行实时推断。
[0162]
在实施方式中，图5所示的方法的每个步骤都是不同的步骤。在另一个实施方式
中，尽管在图5中被描绘为不同的步骤，但是步骤502至510可以不是不同的步骤。在其他实施方式中，图5所示的方法可以不具有所有上述步骤和/或可以具有除了以上所列步骤之外或替代以上所列步骤的其他步骤。图5所示的方法的步骤可以以另一顺序执行。以上所列步骤的子集作为图5所示的方法的一部分可以用来形成它们自己的方法。方法500的步骤可以以任意组合和顺序重复任意次数，例如连续循环，以便提供实时或连续的线条件推断的能量含量值。
[0163]
图形
[0164]
图6至图10示出了说明本说明书中描述的能量含量推断的推断关系的实施方式的图形。这些图形展示了基于处于液态的流动流体的测量值推断处于气态的流动流体的能量含量的效果。
[0165]
天然气混合物通常主要由甲烷和较少相关量的乙烷和丙烷中的一种或更多种组成。其他石油物质，例如高阶烃和其他物质可能以较低程度存在。天然气通常由80％至99％的甲烷和范围从1％至14％变化的乙烷含量组成。因为这些成分具有这些相对一致的关系，因此推断关系可以基于在液相中获得的测量值。
[0166]
液态碱性烷烃的温度和密度可能在很大程度上线性相关。粘度和温度与碱性烷烃之间的关系可能具有更多的二次特征。推断关系可以使用这些相关性来使用流动流体的测量值来推断流动流体的能量含量，这些测量值与流动流体的相对成分比直接导出的每种成分的热性质更好地相关联。对于所有图形，推断关系的系数被假定为具有二阶温度相关性，如等式(19)所示。应当理解，尽管实施方式使用二阶温度相关性，但是设想了系数为恒定值或具有不同阶的温度相关性的实施方式。考虑系数也是压力相关的实施方式，然而，由于在可能略微可压缩的液体上进行测量，压力效应可能较小。
[0167]
图6示出了测量的沃泊指数值与根据推断关系的实施方式推断出的推断的沃泊指数值之间的拟合的图形600。图形600具有表示推断的沃泊指数和测量的沃泊指数的相对值的多个数据点602、趋势线604、表示流动流体的测量的沃泊指数的横坐标610、以及表示使用推断关系推断出的流动流体的推断的沃泊指数的纵坐标620。
[0168]
推断关系的实施方式是等式(17)的变型，推断关系由等式(24)表示：
[0169][0170]
在等式(24)中，wi
气体
是处于气态的流动流体的沃泊指数，k值(即k1(t)、k2(t)、k5(t)、k4(t)、k6(t))是系数(在本实施方式中是温度相关的)，ρ
液体
是处于液态的流动流体的密度，并且η
液体
是处于液态的流动流体的粘度。在此可以看出，拟合是优异的，具有.996的决定系数(r2值)。
[0171]
图7示出了测量的甲烷数与根据推断关系的实施方式推断出的推断的甲烷数之间的拟合的图形700。图形700具有表示推断的甲烷数和测量的甲烷数的相对值的多个数据点702、趋势线704、表示流动流体的测量的甲烷数的横坐标710、以及表示使用推断关系推断出的流动流体的推断的甲烷数的纵坐标720。
[0172]
推断关系的实施方式是等式(17)的变型，推断关系由等式(25)表示：
[0173][0174]
在等式(25)中，mn
气体
是处于气态的流动流体的甲烷数，k值(即k1(t)、k2(t)、k5(t)、k4(t)、k6(t))是系数(在本实施方式中是温度相关的)，ρ
液体
是处于液态的流动流体的密度，并且η
液体
是处于液态的流动流体的粘度。在此可以看出，拟合是优异的，具有.994的决定系数(r2值)。
[0175]
图8示出了测量的可燃性下限和根据推断关系的实施方式推断出的推断的可燃性下限之间的拟合的图形800。图形800具有表示推断的可燃性下限和测量的可燃性下限的相对值的多个数据点802、趋势线804、表示流动流体的测量的可燃性下限的横坐标810、以及表示使用推断关系推断出的流动流体的推断的可燃性下限的纵坐标820。
[0176]
推断关系的实施方式是等式(17)的变型，推断关系由等式(26)表示：
[0177][0178]
在等式(26)中，lfl
气体
是处于气态的流动流体的可燃性下限，k值(即k1(t)、k2(t)、k5(t)、k4(t)、k6(t))是系数(在本实施方式中是温度相关的)，ρ
液体
是处于液态的流动流体的密度，并且η
液体
是处于液态的流动流体的粘度。在此可以看出，拟合是优异的，具有.978的决定系数(r2值)。
[0179]
图9示出了测量的总热值与根据推断关系的实施方式推断出的推断的总热值之间的拟合的图形900。图形900具有表示推断的总热值和测量的总热值的相对值的多个数据点902、趋势线904、表示流动流体的测量的总热值的横坐标910、以及表示使用推断关系推断出的流动流体的推断的总热值的纵坐标920。
[0180]
推断关系的实施方式是等式(17)的变型，推断关系由等式(27)表示：
[0181][0182]
在等式(27)中，ghv
气体
是处于气态的流动流体的总热值，k值(即k1(t)、k2(t)、k5(t)、k4(t)、k6(t))是系数(在本实施方式中是温度相关的)，ρ
液体
是处于液态的流动流体的密度，并且η
液体
是处于液态的流动流体的粘度。在此可以看出，拟合是优异的，具有.997的决定系数(r2值)。
[0183]
图10示出了测量的净热值与根据推断关系的实施方式推断出的推断的净热值之间的拟合的图形1000。图形1000具有表示推断的净热值和测量的净热值的相对值的多个数据点1002、趋势线1004、表示流动流体的测量的净热值的横坐标1010、以及表示使用推断关系推断出的流动流体的推断的净热值的纵坐标1020。
[0184]
推断关系的实施方式是等式(17)的变型，推断关系由等式(28)表示：
[0185]
nhv
气体
＝k1(t)+m2(t)
×
ρ
液体
+k5(t)
×
ρ
2液体
+k4(t)
×
η
液体
+k6(t)
×
η
2液体
ꢀꢀꢀ
(28)
[0186]
在等式(28)中，nhv
气体
是处于气态的流动流体的净热值，k值(即k1(t)、k2(t)、k5(t)、k4(t)、k6(t))是系数(在本实施方式中是温度相关的)，ρ
液体
是处于液态的流动流体的密
度，并且η
液体
是处于液态的流动流体的粘度。在此可以看出，拟合是优异的，具有.997的决定系数(r2值)。
[0187]
上述实施方式的详细描述并不是对发明人所设想的落入本说明书的范围内的所有实施方式的详尽描述。实际上，本领域技术人员将认识到，上述实施方式的某些元素可以被不同地组合或消除以创建另外的实施方式，并且此类另外的实施方式落入本说明书的范围和教导内。对于本领域的普通技术人员还将明显的是，上述实施方式可以全部或部分地组合以在本说明书的范围和教导内创建另外的实施方式。当指定表示参数值的特定数字时，设想和公开了所有这些数字之间的范围以及高于这些数字的范围和低于这些数字的范围。
[0188]
因此，尽管本文为了说明的目的描述了特定实施方式，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本说明书的范围内各种等效修改是可能的。本文提供的教导可以应用于用于根据液态流体的获取的测量值推断气态流体的热值的其他方法和装置，而不仅仅应用于上面所描述的和附图中所示的实施方式。因此，上面所描述的实施方式的范围应由所附权利要求书确定。