[发明专利]流量计量器测量置信度确定装置和方法

说明书

提供了一种用于操作振动式流量计量器（5）的方法。所述方法包括：将过程流体放置在所述振动式计量器（5）中并且测量所述过程流体中的夹带气体。针对至少一个操作变量，确定测量置信度水平。

技术领域

本发明涉及流量计量装置和方法，并且更具体地，涉及流量计量装置和用于确定测量的置信度或所预测的精度的方法。

背景技术

振动导管传感器（例如科里奥利质量流量计量器和振动密度计量器）典型地通过检测容纳流动材料的振动导管的运动而操作。与导管中的材料关联的属性（例如质量流量、密度等）可以通过处理测量信号来确定，该测量信号从与导管关联的运动换能器接收。该振动材料填充系统的振动模式通常受到容纳导管和容纳于所述容纳导管内的材料的组合的质量、刚度、以及阻尼特性的影响。

典型的科里奥利质量流量计量器包括一条或多条导管（也被称为流量管），一条或多条导管在管线或其它运输系统中并置（inline）地连接并且在该系统中输送材料（例如流体、浆体、乳液等）。每个导管可被视为具有一组固有振动模式，包括例如简单的弯曲、扭转、径向、和耦合模式。在典型的科里奥利质量流量测量应用中，当材料流动经过导管时，导管以一种或多种振动模式被激励，并且在沿着导管间隔的地点处测量导管的运动。激励典型地由驱动器（例如诸如音圈型致动器的机电装置）来提供，该驱动器以周期方式扰动导管。可通过测量换能器位置处的运动之间的时间延迟或相位差来确定质量流率。典型地采用两个或更多个这种换能器（或检出（pickoff）传感器）以便测量流量导管的振动响应，并且两个或更多个这种换能器典型地定位在驱动器的上游和下游的位置处。仪器接收来自检出传感器的信号并且对该信号进行处理以便获得质量流率测量结果。

流量计量器可用于执行对于种类广泛的流体流的质量流率测量。科里奥利流量计量器会有可能被使用的一个领域是油和气井的计量。这种井的产物可以包括多相流，该多相流包括油或气，但还包括其它组分，该其他组分包括例如水和空气、和/或固体。当然，非常期望的是，所产生的计量是尽可能地精确的，甚至是对于这种多相流而言。

对于单相流而言，科里奥利计量器提供高精度。然而，当科里奥利流量计量器被用于测量混气流体或者包括夹带气体的流体时，该计量器的精度会显著地劣化。对于具有夹带固体的流和混合相流体流（例如当烃流体包含水时）也同样是如此。

夹带的气体在流动材料中通常以气泡形式而存在。气泡的尺寸可以取决于所存在空气的量、流动材料的流率、以及其它因素而变化。相关和重要的误差来源产生于流体分离（fluid decoupling）。流体分离是由气体气泡相对于液体的运动所造成的，其由管的振动所导致。气体气泡相对于液体的相对运动由浮力所驱动，该浮力类似于在重力作用下导致气泡上升到表面的力。然而，在振动管中，正是振动管的加速度导致了气泡比重力加速度的情况下移动得更多。因为稠密流体具有比轻的气泡更多的质量，所以气泡在管加速度的方向上具有比流体更大的加速度。由于气泡具有更大的加速度，所以当流量导管每次发生振荡时，气泡比流量导管移动地更多。这是分离问题的基础。因此，具有较低振动振幅的流体经受较小的科里奥利加速度，并且具有较低振动振幅的流体在流量导管上施加比在没有气泡的情况下将会施加的科里奥利力更小的科里奥利力。这导致当存在夹带气体时流率和密度特性未被如实报告（负流量和密度误差）。对于流体分离的补偿是困难的，因为存在有决定有多少气泡相对于流体移动的若干因素。流体粘度是一个明显的因素。在非常粘稠的流体中，气泡（或颗粒）被有效地就地固定在流体中并且导致小的流量误差。对气泡移动性的另一个影响因素是气泡尺寸。作用于气泡上的阻力与表面积成比例，而浮力与体积成比例。因此，非常小的气泡具有高的阻力与浮力的比并且趋向于与流体一起移动。小的气泡接着导致小的误差。相反地，大的气泡不趋向于与流体一起运动并且导致大的误差。对于颗粒也是如此。小的颗粒趋向于与流体一起移动并且导致小的误差。

流体与气体之间的密度差是可有助于流量计量器不精确的另一因素。浮力与流体和气体之间的密度差成比例。高压气体可以具有足够高的密度以影响浮力并且降低分离作用。