[发明专利]基于文丘里管双差压的气液两相流参数测量方法

说明书

本发明公开了一种基于文丘里管双差压的气液两相流参数测量方法。包括如下基本步骤：1)测量文丘里管朝上和朝下倾斜方向的差压波动信号；2)应用经验模态分解方法分解2个取压方向上的差压波动信号，得到固有模态函数和残差；3)计算每个固有模态函数的相对能量；4)剔除噪声成分；5)根据相对能量的阈值判断伪成分；6)根据固有模态函数、残差和伪成分计算特征量；7)将特征量输入神经网络，预测空隙率、干度和总质量流量；8)计算气相与液相质量流量。本发明的有益效果是无需采用气液分离器，仅基于一个文丘里管的2个差压信号即可预测两相流多个参数。本发明检测参数多，实时性好，装置简单，易于实现。适用于气液两相流多参数的测量。

技术领域

本发明属于流体测量技术领域，具体涉及到一种基于文丘里管双差压的气液两相流参数测量方法。

背景技术

气液两相流广泛存在于石油、化工、医药、动力等工业领域，其空隙率、干度、流量等参数的在线检测对气液两相流系统的控制、可靠运行和效率等均具有重要的意义，长期以来，一直是两相流领域的重要研究内容。例如，在石油工业中，油气计量时首先进行油气水分离，再通过多条管线分相输送并计量，这种计量方式采用的油气分离设备体积庞大，价格昂贵。若能采用一条管线进行多相混输，并配以具有在线、实时、不分离计量功能的多相流量计，将极大地节约基础设施的建设成本，对于简化地面生产设备、提升输油管线各站点的管理，优化油气井生产过程都具有重要意义。但是气液两相流动复杂，多相混输时参数检测难度很大。

在气液两相流参数中，空隙率的测量方法主要包括直接测量法和间接测量法。在直接测量法中最常用的是快关阀法。实验中，当测量管段的流体流动稳定时，同时迅速关闭安装在实验管路上的两个快关阀门，然后排出管道中的气体并测量剩余液体的体积，结合测量管段的总体积求出两阀门间的体积平均空隙率。该方法测量空隙率准确有效，但测量时需要人为切断管道中流体的正常流动，且无法实现实时在线测量，这限制了该方法在实际工业生产中的应用，目前主要用于实验室对空隙率的研究以及对空隙率测量装置的标定。间接测量法主要包括阻抗法、超声波透射法、过程/电阻层析成像法、射线法、核磁共振法等。文丘里管差压信号的均值和瞬时值、水平管道中差压波动信号的方差及均值都可用来间接测量空隙率。

气液两相流流量测量方法主要包括单相流量计法、相关测量法、节流式流量计法等。单相流量计法是将单相流流量测量仪表应用到气液两相流流量测量中的方法，由于这些单相流量计在理论研究和实际应用上都比较成熟，使得该方法在工业应用中更容易被接受。根据单相流量计组合的不同，该方法可以分为两个单相流量计组合法、单相流量计与密度计组合法和波动信号特征值法等。

相关测量法是以相关技术为基础构成的两相流流量测量方法。理论上该方法可用于测量任何流体系统的流量，而且测量流速的范围很宽，因此，相关流量计法为解决两相流量测量提供了一种强有力的技术手段。该技术的优点是可构成各种流体流量测量系统，实现非接触式测量。但相关流量测量技术目前仍存在一些问题需要进一步探讨，例如相关速度的物理意义仍不甚明确，互相关函数峰值较难确定，相关流量计标定仍有一定难度等。

应用节流法测量气液两相流流量时，需建立两相流测量模型，该模型是对单相流基本测量模型的校正，校正因子一般为两相流密度。根据不同的假设条件，国内外研究者建立了均相流模型、分相流模型、Murdock关系式、Chisholm关系式、林宗虎关系式等数理模型。这些数理模型结合两相流混合密度和节流式流量计测出的差压来计算气液两相流流量，有时需要由其他元件测出干度或空隙率等参数。均相流模型和分相流模型比较简单，但测量精度较低。Murdock关系式、Chisholm关系式、林宗虎关系式中的密度修正公式相对复杂，其中的系数主要通过实验数据确定。气液两相流经节流元件时差压波动很大，这导致以上数理模型的预测精度较低。