[发明专利]电子计量器和快速从科里奥利流量计信号中确定多相流体的质量分数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子计量器和确定流经流量计的流体材料中流体分量质量分数的方法。

背景技术

利用科里奥利质量流量计来测量流经管线的材料的质量流量和其它信息在1985年1月1日授权给J.E.Smith等人的美国专利4,491,025中以及1982年2月11日授权给J.E.Smith的Re.31，450中是已知的。该流量计具有一个或多个不同结构的流管。每一个管道结构可被视为具有一组自然振动模式，该自然振动模式例如包括简单弯曲、扭转、径向和耦合模式。在一般的科里奥利流量计质量流量测量应用中，当材料流经该管道时，以一个或多个振动模式激励管道结构，并且沿着该管道在间隔点处测量该管道的运动。

材料填充系统的振动模式部分地由流管和该流管中材料的组合质量限定。材料从流量计入口侧上连接的管线流到流量计。然后，将该材料引入流管或多个流管，并从流量计流出而进入连接到出口侧上的管线中。

驱动器施加力给流管。该力引起该流管振荡。当没有材料流经该流量计时，沿着流管的所有点以相同的相位振荡。当材料开始流经该流管时，科里奥利加速度引起沿着该流管的每一点相对于沿着该流管的其它点来讲具有不同的相位。该流管入口侧上的相位滞后该驱动器，而出口侧上的相位领先该驱动器。该流管上不同点处放置了传感器，以产生表示不同点处流管运动的正弦信号。这两个传感器信号之间的相差与流经该流管或多个流管的材料质量流量成比例。

如上所述的振动流管装置的一个应用是测量流体材料的质量流量。然而，在一些流体测量环境中，流体材料包括多相流，即包括两个或多个流体相、气相和固相。一般的多相流材料包括流体流材料，该流体流材料例如包括夹带的气体，诸如空气。

现有技术流量计不能在流体材料的两相流期间精确地、快速地或令人满意地跟踪或确定拾取(pickoff)传感器频率。现有技术的振动流量计被设计成测量相对稳定和均匀的流体材料的质量流量。然而，由于该流体测量反映了流体材料的质量，所以质量的突然变化可引起错误的测量或者该质量流量变化甚至不能通过该流量计来跟踪。例如，当该流体材料包括夹带的空气时，通过该流量计的空气气泡可引起流量计的频率响应中的尖峰信号。这些频率误差可引起确定精确质量流量的困难，并且该频率误差可通过任何随后的其它流动特性计算来传播。结果，由于现有技术利用确定的拾取频率来获得相差，所以该相位的确定同样缓慢且倾向于错误。因此，频率确定中的任何误差都被组合到相位确定中。结果是在频率确定和相位确定中增加误差，导致确定质量流量中增加误差。此外，因为确定的频率值用于确定质量流量和密度值(密度近似等于一比频率的平方)，所以频率确定中的误差在质量流量和密度确定中被重复或者组合。

现有技术计量流体材料的方法不能令人满意地测量多相流的单个分量。现有技术频率确定相对缓慢。现有技术的频率确定通常表征了至少1-2秒时间周期上的流体，并因此产生平均频率测量值。现有技术的方法对于单相流和变化缓慢且适度的流体来说是令人满意的。现有技术中不能测量急速的变化。单个流体分量的精确测量不能通过现有技术实现。现有技术不能在时间点上精确确定多相流的质量。现有技术不能确定多相流的单个流体分量的质量分数。

发明内容

通过提供电子计量器和确定流经流量计的流体材料中流体分量质量分数的方法，解决了上述和其它问题并实现了技术的进步。

根据本发明实施例提供了确定流经流量计的流体材料中流体分量质量分数的电子计量器。该电子计量器包括：接口，用于接收流体材料的频率响应；和处理系统，所述处理系统与接口通信。该处理系统被配置成接收来自该接口的频率响应，将该频率响应至少分解成气体频率分量和流体频率分量。该处理系统还被配置成从该频率响应确定整个密度，并从气体频率分量确定气体密度。该处理系统还被配置成从该频率响应与一个或多个气体频率分量和流体频率分量中确定气体的空隙度。该处理系统还被配置成将气体空隙度乘以气体密度与整个密度之比来确定该质量分数。

根据本发明实施例提供了一种确定流经流量计的流体材料中流体分量质量分数的方法。该方法包括：接收该流体材料的频率响应；将该频率响应至少分解成气体频率分量和流体频率分量；从该频率响应确定整个密度；和从该气体频率分量确定气体密度。该方法还包括从该频率响应与一个或多个气体频率分量和流体频率分量中确定气体的空隙度。该方法还包括将气体的空隙度乘以气体密度与整个密度之比以确定该质量分数。