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特别流体的流量丈量技能

流量测量涉及广泛的应用领域。过程测量、能源计量、环境保护、交通运输等高耗能领域对流量测量的需求急速增长,为流量测量技术提出了新的要求。不仅要

流量丈量触及广泛的运用范畴。进程丈量、动力计量、环境保护、交通运输等高耗能范畴对流量丈量的需求急速增加,为流量丈量技能提出了新的要求。不只要求流量丈量外表耐高温高压,而且能主动补偿参数改动对丈量精度的影响,从节约动力、成本核算、贸易往来及医药卫生等方面的特别要求考虑,要求流量丈量精度高、压损小、牢靠性高。

新技能、新器材、新资料和新工艺及新软件的开发运用,使得流量计的丈量准确度越来越高,流量的丈量规模越来越广。一起流量计对丈量介质的要求在下降,适用规模也越来越宽,智能化程度及牢靠性得到了很大的进步。

在上一篇的文章中,咱们介绍了细小流量和大流量流体的丈量技能,今日咱们接着介绍腐蚀性介质和多相流体的流量丈量技能。

腐蚀性介质的流量丈量

腐蚀是金属在其环境中因为化学效果而遭受损坏的现象。全部金属与合金关于某些特定环境可所以耐腐蚀的,可是在另一些环境中却对腐蚀又很灵敏。一般来说,关于一切环境都耐腐蚀的工业用金属资料是不存在的。

腐蚀能够分为均匀腐蚀(uniformcorrosion)或全面腐蚀(general corrosion)与部分腐蚀(localized corrosion)。全面腐蚀的腐蚀速度可用mm/a(每年腐蚀的毫米数)等单位来表明。通常将腐蚀速度在0.1mm/a以下的资料作为耐腐蚀资料。关于腐蚀速度较此再大一个数量级,也即腐蚀速度为1mm/a资料,关于一般设备有时可酌情定为能够运用的资料。关于流量外表的丈量元件,则是不容许的。依据腐蚀速度的巨细,能够猜测金属的运用寿数。

1、腐蚀性介质对流量丈量外表的危害

介质的腐蚀性对流量丈量外表是个严峻威胁,只要像夹装式超声波流量计等个别品种的流量计受腐蚀影响较小。

a.腐蚀性介质将流量丈量外表与介质直触摸摸的要害零部件腐蚀,使之损坏,损失功用。例如,腐蚀形成差压变送器膜片损坏,硅油外漏而彻底失效。电磁流量计电极因腐蚀引起介质外泄,导致励磁线外圈焚毁等。

b.缩短外表寿数。例如金属管转子流量计中的锥形管等零部件,运用几年后,其焊接处被穿烂。

c. 流量丈量外表的要害零部件长时间受腐蚀性介质的腐蚀而改动几许尺度,导致外表准确度下降。

例如,转子流量计中的转子被流体腐蚀后,外形尺度减小,导致流量示值偏低。又如涡街流量计中的旋涡发生体被流体腐蚀而宽度尺度减小,迎流面外表变得粗糙,然后引起流量系数改动。就连受腐蚀介质影响较小的夹装式超声波流量计,也常因金属管内壁被介质腐蚀的坑坑洼洼,使发射和接纳信号变弱,严峻时损失灵敏度。

d. 腐蚀性介质渗漏,如不及时发现、及时处理,还简略变成安全和人身事故。

2、对流量丈量中流体腐蚀的办法

1)定时替换外表

2)避实就虚

避实就虚是在对工艺流程和有关介质特性深化了了解的基础上,合理挑选丈量计划,相同到达计量或对生产进程进行操控的意图,避开腐蚀性强的部位,而选在腐蚀性较轻的部位,乃至更改被调参数品种。例如(假如可行的话)将流量定值调理体系用液位均匀调理或其他适宜的变量调理代替,然后避开流量丈量外表耐腐蚀的难题。

3)挑选具有耐腐蚀特性的外表

①一般酸性介质的外表选型。涡街和涡轮流量,与流体触摸的部分为耐酸钢,一般酸性液体和气体都能运用。用耐酸纲制成的椭圆齿轮流量计,能够满意一般酸性液体准确计量的需求。至于某一公司的详细的某个产品是否适用于某用户的特定介质,除了查阅有关样本和资料外,还需向制造商详细咨询,能做出许诺更好。

② 导电液体的外表选型。电磁流量计的丈量管内衬资料有多种,其间耐腐蚀功用最好的是聚四氟乙烯。电极资料也有好几种,能满意绝大多数腐蚀性介质的需求。

③不导电液体的外表选型。夹装式超声流量计作业时流体不与外表直触摸摸,所以适用于各种腐蚀性流体。

4)腐蚀性气体外表选型

a. 超声流量计。

只要对丈量管内壁作防腐蚀处理即可。但详细运用实例现在还未见报导。

近年开发的配有夹装式换能器(将非电能量转换成电能量,不需求外电源,称换能器,也称有源换能器,是超声波设备的中心器材)的超声流量计,若管道自身耐腐蚀,就不必考虑外表的耐腐蚀问题。例如,管道运用耐腐蚀内衬,但此内衬与金属管之间假如存在气隙,也会为夹装式超声流量计带来费事。关于无耐腐蚀内衬的金属管道,其内壁经长时间腐蚀往往变的凹凸不平,常会形成“V”形和“W”形装置的换能器声波发射不一致,所以信号强度变弱,严峻时乃至无法正常丈量。这些都是运用超声流量计时应当留意的。

b. 节省式差压流量计。

现在还未见报导适用于腐蚀性介质的定型商品化节省式差压流量计,可是用户自行开发的此类外表,在几十年前就有报导,其间有很成功的氯气流量丈量。

工艺设备专业抵挡腐蚀性气体的技能几十年前就已很老练。

总归,流量丈量外表耐腐蚀是个长时间的论题,新资料、新办法、新经验年年都有报导。关于一些冷门的介质,可查阅有关文献,如《腐蚀数据与选材手册》

多相流体的流量丈量

第一个商用多相流量计呈现在大约十年前,是80年代初期多相计量研讨项目呈现的成果。从前致力于和正在研讨多相流计量的开发的研讨中心和石油公司有:Tulsa、SINTEF、Imperial大学、国家工程试验室、CMR、英国石油公司、德士古公司、埃尔夫石油公司、壳牌石油公司、阿吉普石油公司和巴西石油公司。

1、根本原理

多相流量计计量的首要数据是流体中水、气两相的质量流量。现在的技能还不能直接测验流体中两相的质量流量。当时选用间接丈量的办法即计量每种成分的瞬时速率和各自截面含率

经过相别离,就没有丈量截面持率的需求了,而三个体积流量能够经过传统单相计量技能来测定。可是,相别离是很贵重的,而且在许多情况下很难完成。假如经过使混合物均相化来均衡速度也能够把丈量要求削减到三个。这是更经济的挑选而且是一些商用流量计的中心。可是,能够到达均相化的规模总是有限的。

因而,两种计量办法都有实质的缺点,正是因为这个原因迄今为止还没有获得彻底令人满意的计量办法。

2、多相流体的丈量办法

紧凑式别离办法——运用最广泛、牢靠、体积大

相分率和速度计量——运用条件受到限制

经过丈量总流量和相分率完成多相计量——各种商业化流量计的做法,价格贵重

运用示踪物——用于校准以及湿气丈量

流型辨认——硬件结合软件,价格便宜?6、各相

别离丈量——杂乱而且难以校准

3、多相流量计的分类

(1)别离式多相流量计——别离总流和取样别离

(2)均相化处理多相流量计

均相化多相流量计由静态混合器、文丘里流量计(丈量总流量)、γ射线剖析仪(丈量含水率)组成。

这种多相流量计的首要困难是难于得到均质混合物,特别是含气率大于30%以上时,气液的散布将是不均匀的,关于混合器的混合功率以及由此或许引起的堵塞效果

(3)非均相化处理多相流量计

均相化多相流丈量体系和非均相化多相流丈量体系在计量前都不需对流体进行别离,直接在线丈量。

(4)选用神经网络技能

由很多的简略根本元件—神经元彼此联接而成的自适应非线性动态体系。每个神经元的结构和功用比较简略,但很多神经元组合发生的体系行为却非常杂乱。

监测多相流的得到包含丰厚信息的杂乱信号,为了提取单相流速的信息,需求选用较高档的数学处理办法。

CALtec和EDS—Scicon在石油财团及英国健康安全部的支持下,选用人工神经网络技能猜测多相流量,不需求杂乱的传统的数据处理体系。

人工神经网络体系经过剖析实例来开发自己解决问题的办法,因而人工神经网络体系是比照而不是核算。

多相流量计的困难在于需求丈量油气水三相的相分率及流速。CALTec在规划其人工神经网络体系时,选用电容测验箱、g-射线密度计、声学及压对多相流体丈量进行了大规模的试验。

这些试验发生包含丰厚信息的很多杂乱数据,数据内部包含了天然流体的特征。神经网络体系便是从这些数据中提取有用的信息并与待测流体的数据进行比较。

经过实例剖析的才能。虽然关于理论研讨多相流体是有限的,但存在含有丰厚信息的数据能够选用网络技能开发。

能处理非线形问题的才能。多相流特别是处于流型改变的多相流,表现出高度的非线形,神经网络体系能较好地处理。

从骨干相信号中提取信息的才能。非介入式传感器的特点是信号搅扰。神经网络体系不只能从信号搅扰中提取信息而且能够了解传感器的特征。

从实例中总结的才能。神经网络能够从有限的比如中内插以及进行某种程度的外插。

归纳来源于三信信号源的数据的才能。这就突破了单一传感器的缺点。

敏捷树立有用解决办法的才能。数据比照而不是程序核算。

网络体系是由许多比照构成。比照组又由已知输入和希望响应值组成。输入输进入到网络的中子输入层,激活的中子信号在网络中反应,关于多相流计量输入信号(间短调查)是传感器输入值,而输出值包含已知气、液相流速。依据现在输出和一切比如希望输出值的差异在网络体系内经过批改、比照,终究获得满意的输出。

经试验验证神经网络技能所猜测的气、液相流量与实践丈量值较符合,气、液相流量平均误差小于±10%。

4、国外首要多相流量计

Daniel公司的MEGRA多相流量计

选用由SHELL石油公司开发的能够丈量均相流中油气水含率的Dual Gama Ray技能与内置文丘里头锥体流速丈量技能,丈量精度为±7%,在线丈量参数包含:混合物总流量、各相流量、累计流量、含水率、含气率、混合物粘度、工艺压力、温度。

Agar在线多相流量计

包含一个涡轮流量计和两个文丘里管,二次外表(用以指示、记载或积算来自一次外表的丈量成果)依据三个传感器的输出核算得到气体和液体的体积流量;含水率微波监测仪来丈量。不能用于高含气井流的丈量。

Roxor RFM与Fluenta 1900 VI流量计

运用几种不同传感器的组合丈量流速,运用Cs-137伽马密度计丈量总密度,结合电容和电感传感器确认相分率。还增加了一个文丘利管来丈量单相液体或许气体,以此扩展流量计的适用规模。首要在海上油田装置。

Framo在线多相流量计

该流量计使气液混合均匀。混合器由一个大的增压室和一个笛装管组成。在混合器下流装置了一个文丘里管和一个Ba-133双能伽马,别离丈量总流量和相分率。该流量计适合于海上油田的三相计量。

ESMER多相流量计

ESMER技能的中心是根据运用简略传感器的智能化软件体系,其根本原理为:恣意的多相活动存在仅有的流态;仅有的流态能够用一组湍流随机特征进行量化和表征;随机特征能够从对流态灵敏的传感器信号中提取;随机特征与多相流存在一一对应的联系。

Solartron公司的DualStream凝析天然气流量计

凝析天然气一般指在作业条件下气相体积含率大于90%,液相与其它组分体积含率小于10%的气井产出物。

该流量计选用混合器和双文丘里管的办法丈量凝析天然气总流量,并对气液流量进行温度、压力补偿。相信概率为90%时,丈量精度为±5%。

McCrometer的V-CONE流量计

该流量计节省件的结构特别,现在报导的丈量目标中该流量计是最高的,对气液相的丈量精度均可到达4%以下,单相计量精度更高,能够到达0.2%,适用于单相、两相、三相流计量。未查到有关该产品运用的报导。

5、国外多相流量计普遍存在以下问题

计量规模窄,计量精度受水气比的影响较大;

有些选用了微波、伽马射线等测验手法,其价格贵重,难以大规模推行运用;

有些要求特别装置,现场运用不方便或流程杂乱。

现场运用牢靠功用差

6、面对的应战

选用核子技能来测定气体含量,或测定含气率和液中含水率的多相流量计,怎么进一步改进这种技能的作业特性显然是往后的技能难点之一。

双能体系以非刺进方法,能够在全量程规模内丈量气体和水的百分含量,但有以下几个问题需求引起特别留意。首要,管壁是最大衰减器,特别是低光子能,因而需求高动力。其次,质量吸收系数实践上很难确认,这会对不确认度发生一系列影响。因而,任何质量吸收体系的不确认性都会对含水丈量值发生影响。

7、多相流量计的未来趋势

较好的准确度、再现性和牢靠性

体系有三个传感器,每个传感器丈量一相流量(固、气、水) ,每个传感器的丈量不受其他两相存在的影响。

多用途多相流量计

湿气计量

运用神经网络等软丈量技能(首要由辅佐变量的挑选、数据收集与处理、软丈量模型几部分组成。根本思想是把主动操控理论与生产进程常识有机的结合起来,运用核算机技能对难以丈量或许暂时不能丈量的重要变量,挑选别的一些简略丈量的变量,经过构成某种数学联系来揣度或许估量,以软件来代替硬件的功用。)

虽然流量丈量技能发展日趋老练,可是在丈量和运用方面仍旧不尽人意,外表品种繁复,不同场合要选不同类型的外表,至今尚无一种外表的牢靠性和准确度能满意多类要求。因而在选用流量丈量外表时,在满意实践运转丈量要求的基础上,还要外表的经济型。

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