[发明专利]基于加速度检测的涡街湿气分相流量测量方法

说明书

本发明涉及一种基于加速度检测的涡街湿气分相流量测量方法，基于三轴加速度探头测量涡致加速度波动信号，利用涡街频率和加速度幅值信息进行建模，利用牛顿迭代算法进行湿气分相流量预测，包括下列步骤：采集压力p、温度T和三轴加速度探头输出的加速度时序信号；提取加速度幅值和涡街脱落频率；计算未进行过读修正的涡街流量计示值，将其作为气相体积流量Q_g的迭代初值，代入牛顿迭代格式进行求解；设定收敛阈值，比较前后两次迭代得到的气相体积流量，判断是否满足收敛条件；若满足收敛条件，则迭代结束。

技术领域

本发明属于气液两相流测量领域，涉及一种基于加速度检测的涡街湿气分相流量测量方法。

背景技术

湿气两相流动广泛存在于工业生产和日常生活中，如天然气、石油、化工、供热等，其中环雾状流是最重要的湿气流型。对湿气两相流的准确剂量对于安全生产和能源保护至关重要，直接关系到国民经济的发展。以天然气行业为例，无论是凝析天然气的开采、集输和贸易，都需要对湿气流量进行精确计量，以优化配井和生产、减少运营成本、有效增加经济效益。

针对湿气两相流测量，目前主要有两类测量方法。传统方法是分离之后再分相计量，设备昂贵、体积庞大、无法实现在线测量，而且应用场合受限[1]。另一种方法是利用传统单相流量仪表进行非分离的在线测量方法，由于其具有体积小、安装方便、可实现在线测量等优点，越来越多地受到国内外厂家和学者的重视。其中，涡街流量计因其运行稳健、压损小、量程比高、无可动部件等优势，被广泛用于湿气两相的在线测量。然而，受气相中少量液相加载的影响，涡街流量计的仪表特性发生改变，导致测得的气相流量偏高，引起过读问题[2]。如不进行必要修正，将严重影响涡街湿气两相计量精度的提高。

针对两相涡街过读问题，研究者提出了不同的过读关联式。文献[3]建立了涡街过读OR与洛马参数的关联式，文献[4]用五阶多项式对OR-体积含液率进行拟合，文献[5]结合两相涡量输运机制，提出了基于液滴参数的涡街过读物理模型。由上述研究可知，涡街过读与液相含量有关。因此要对涡街过读进行补偿，必须首先已知液相流量或液滴参数。对于液相流量参数，传统方法是利用微波法、射线法或等速采样法测量[6]。对于液滴参数测量，主要有光学法、超声法、电导法等。这些液相/液滴测量方法，往往受限于成本、测量环境和复杂度等，如微波法和射线法具有安全隐患，等速采样法无法实现在线测量，超声法信号处理过程复杂等，光学法一般要求管路透明且为低压，且光学元件造价高、成本高，因此难以推广使用。此外，湿气中液相含量较小，液相测量精度难以保证，有可能造成校正过度，引起更大的测量误差。目前仅通过一台涡街流量计还难以实现湿气流量的准确计量。

对于涡街流量传感器，除了传统的压电探头之外，基于加速度测量和MEMS技术的涡街探头也越来越多地应用到涡街流量测量中。专利201310694919.0和202010232329.6设计了一种基于三轴加速度测量的柔性涡街探头，专利202010235303.7提供了一种基于加速度测量的涡街信号检测方法，专利202010837885.6提供了一种基于涡街加速度探头的质量流量测量方法。专利201610829695.3设计了一种音速喷嘴气体实验装置，可用于涡街流量计单相测量特性标定，专利201810644726.7设计了一种多参数可调的环雾状流实验系统，可用于湿气两相测量特性标定。

参考文献

[1].林宗虎.气液两相流与沸腾传热[M].西安：西安交通大学出版社，2004.

[2].J.X.Li,C.Wang,H.B.Ding,Z.X,Zhang and H.J.Sun,“EMD and spectrum-centrobaric-correction-based analysis of vortex street characteristics inannular mist flow of wet gas”,IEEE Trans.Instrum.Meas.,vol.37,no.5,pp.1150–1160,May 2018.