ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОГО ГАЗА
WET GAS MEASUREMENT

Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США № 60/913148, WET GAS CALCULATIONS, поданной 20 апреля 2007 г., предварительной заявке на патент США № 60/977531, WET GAS MEASUREMENT, поданной 4 октября 2007 г., и заявке на патент США № 11/936470, WET GAS MEASUREMENT, поданной 7 ноября 2007 г., которые включены в настоящее описание посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к расходомерам.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Расходомеры обеспечивают информацию о материалах, транспортируемых по трубе. Например, массовые расходомеры обеспечивают измерение массы материала, транспортируемого по трубе. Аналогично, плотномеры обеспечивают измерение плотности материала, протекающего по трубе. Массовые расходомеры также могут обеспечивать измерение плотности материала.
Например, массовые расходомеры Кориолиса действуют на основе эффекта Кориолиса, согласно которому материал, протекающий по трубе, становится радиально движущейся массой, на которую действует сила Кориолиса, и поэтому испытывает ускорение. Многие массовые расходомеры Кориолиса создают силу Кориолиса возбуждением колебаний трубы относительно оси, ортогональной длине трубы. В упомянутых массовых расходомерах противодействующая сила Кориолиса, действующая на движущуюся массу текучей среды, передается на саму трубу и проявляет себя в виде отклонения или смещения трубы в направлении вектора силы Кориолиса в плоскости вращения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с одним общим аспектом многофазную технологическую текучую среду пропускают по колебательно подвижной расходомерной трубке и расходомеру переменного перепада давления. Вызывают движение колебательно подвижной расходомерной трубки. Первое кажущееся свойство многофазной технологической текучей среды определяют на основе движения колебательно подвижной расходомерной трубки. По меньшей мере, одно кажущееся промежуточное значение, соответствующее многофазной технологической текучей среде, определяют на основе первого кажущегося свойства. По меньшей мере, одно скорректированное промежуточное значение определяют на основе преобразования связи между промежуточными значениями и скорректированными промежуточными значениями. По меньшей мере, одно оцениваемое фазозависимое свойство многофазной технологической текучей среды определяют на основе скорректированных промежуточных значений. Степень влажности многофазной технологической текучей среды определяют на основе, по меньшей мере, одного оцениваемого фазозависимого свойства. Второе кажущееся свойство многофазной технологической текучей среды определяют с использованием расходомера переменного перепада давления. Скорректированное фазозависимое свойство фазы многофазной технологической текучей среды определяют на основе степени влажности и второго кажущегося свойства.
Варианты осуществления могут содержать, по меньшей мере, один из следующих признаков. Преобразование связи может быть нейронной сетью. Многофазная технологическая текучая среда может быть влажным газом. Определение первого кажущегося свойства многофазной технологической текучей среды может включать в себя определение третьего кажущегося свойства многофазной технологической текучей среды на основе движения колебательно подвижной расходомерной трубки. Определение, по меньшей мере, одного кажущегося промежуточного значения, соответствующего многофазной технологической текучей среде, основано на первом кажущемся свойстве, может включать в себя определение, по меньшей мере, одного кажущегося промежуточного значения, соответствующего многофазной технологической текучей среде на основе первого кажущегося свойства и третьего кажущегося свойства. Первое кажущееся свойство многофазной технологической текучей среды может быть кажущимся объемным массовым расходом многофазной технологической текучей среды, и третье кажущееся свойством может быть кажущейся объемной плотностью технологической текучей среды. Определение, по меньшей мере, одного кажущегося промежуточного значения, соответствующего многофазной технологической текучей среде, основано на первом кажущемся свойстве, может включать в себя определение объемной доли многофазной технологической текучей среды и объемного расхода многофазной технологической текучей среды.
Могут быть получены одно или более измерений, соответствующих дополнительному свойству технологической текучей среды. Дополнительное свойство многофазной технологической текучей среды может включать в себя, по меньшей мере, одну температуру многофазной технологической текучей среды, давление, соответствующее многофазной технологической текучей среде или влагосодержание многофазной технологической текучей среды.
Определение одного или более кажущихся промежуточных значений, соответствующих многофазной технологической текучей среде, основано на первом кажущемся свойстве, может включать в себя определение, по меньшей мере, одного кажущегося промежуточного значения на основе первого кажущегося свойства и дополнительного свойства.
Степень влажности может быть параметром Локхарта-Мартинелли. Вторым кажущимся свойством может быть массовый расход такой многофазной технологической текучей среды, как сухой газ. Расходомером переменного перепада давления может быть измерительная диафрагма расходомера. Определение фазозависимого свойства многофазной технологической текучей среды основано на степени влажности, и второе кажущееся свойство может включать в себя определение массового расхода газовой фазы многофазной технологической текучей среды.
Варианты осуществления любого из вышеописанных методов могут содержать способ или процесс, систему, расходомер или команды, хранящиеся в запоминающем устройстве измерительного преобразователя расходомера. Подробные сведения о конкретных вариантах осуществления представлены ниже на прилагаемых чертежах и в описании. Другие признаки станут очевидными из нижеследующего описания, включающего в себя чертежи, и формулы изобретения.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1A - изображение расходомера Кориолиса, использующего изогнутую расходомерную трубку.
Фиг.1B - изображение расходомера Кориолиса, использующего прямолинейную расходомерную трубку.
Фиг.2 - блок-схема расходомера Кориолиса.
Фиг.3 - блок-схема, представляющая систему, которая содержит расходомер переменного перепада давления и расходомер Кориолиса.
Фиг.4 - блок-схема цифрового контроллера, реализующего нейронный процессор, который можно применить с цифровым массовым расходомером для многофазных потоков текучих сред.
Фиг.5A и 5B - блок-схемы последовательностей операций, представляющие процесс, который использует расходомер Кориолиса и расходомер переменного перепада давления для многофазных технологических текучих сред.
Фиг.6 - иллюстрация ограничения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Типы расходомеров содержат цифровые расходомеры Кориолиса. Например, в патенте США №6311136, который включен в настоящую заявку посредством ссылки, предлагается применение цифрового расходомера Кориолиса и сопутствующей технологии, включающей в себя обработку сигнала и методы измерения. Упомянутые цифровые расходомеры могут производить очень точные измерения при слабых или несущественных шумах и могут обладать способностью обеспечения широкого диапазона положительных и отрицательных коэффициентов усиления в задающих схемах для приведения трубы в движение. Таким образом, упомянутые цифровые расходомеры Кориолиса обеспечивают преимущества во множестве разнообразных ситуаций. Например, в принадлежащем тому же владельцу патенте США 6505519, который включен в настоящую заявку посредством ссылки, предлагается использование широкого диапазона коэффициентов усиления и/или отрицательного коэффициента усиления для предотвращения останова и для более точного управления расходомерной трубкой, даже в сложных условиях, например, двухфазного потока (например, потока, содержащего смесь жидкости и газа).
Хотя ниже со ссылкой, например на фиг.1A, 1B и 2, конкретно описаны цифровые расходомеры Кориолиса, следует понимать, что существуют также аналоговые расходомеры Кориолиса. Несмотря на то, что таким аналоговым расходомерам Кориолиса могут быть свойственны типичные недостатки аналоговых схем, например невысокая точность измерений с сильными шумами, по сравнению с цифровыми расходомерами Кориолиса, аналоговые расходомеры Кориолиса также могут быть совместимы с различными методами и вариантами осуществления, описанными в настоящей заявке. Следовательно, в нижеследующем описании термин «расходомер Кориолиса» или «измерительный прибор Кориолиса» служит для обозначения устройства и/или системы любого типа, в которых используется эффект Кориолиса для измерения массового расхода, плотности и/или других параметров материала(ов), движущихся по расходомерной трубке или другой трубе.
На фиг.1A изображен цифровой расходомер Кориолиса, использующий изогнутую расходомерную трубку 102. В частности, изогнутую расходомерную трубку 102 можно применять для измерения, по меньшей мере, одной физической характеристики, например (перемещающейся или неперемещающейся) текучей среды, упомянутой выше. На фиг.1A цифровой измерительный преобразователь 104 обменивается сигналами датчиков и сигналами возбуждения с изогнутой расходомерной трубкой 102, чтобы одновременно считывать колебания изогнутой расходомерной трубки 102 и возбуждать колебания изогнутой расходомерной трубки 102, соответственно. Благодаря быстрому и точному определению сигналов датчиков и сигналов возбуждения, цифровой измерительный преобразователь 104, как упоминалось выше, может обеспечивать быстродействие и точность работы изогнутой расходомерной трубки 102. Примеры цифрового измерительного преобразователя 104, используемого с изогнутой расходомерной трубкой, приведены, например, в принадлежащем тому же владельцу патенте США №6311136.
На фиг.1B изображен цифровой расходомер Кориолиса, использующий прямолинейную расходомерную трубку 106. В частности, как показано на фиг.1B, прямолинейная расходомерная трубка 106 взаимодействует с цифровым измерительным преобразователем 104. Такая прямолинейная расходомерная трубка действует, в принципе, аналогично изогнутой расходомерной трубке 102 и обладает различными преимуществами/недостатками по сравнению с изогнутой расходомерной трубкой 102. Например, прямолинейную расходомерную трубку 106 можно (полностью) наполнять и опорожнять легче, чем изогнутую расходомерную трубку 102, просто благодаря ее конструктивной геометрии. Во время работы изогнутая расходомерная трубка 102 может действовать на частоте, например, 50-110 Гц, тогда как прямолинейная расходомерная трубка 106 может действовать на частоте, например, 300-1000 Гц. Изогнутая расходомерная трубка 102 представляет расходомерные трубки, имеющие множество различных диаметров, и применима с несколькими ориентациями, например, с вертикальной или горизонтальной ориентацией. Прямолинейная расходомерная трубка 106 также может иметь множество различных диаметров и применяться с несколькими ориентациями.
Как показано на фиг.2, цифровой массовый расходомер 200 содержит цифровой измерительный преобразователь 104, по меньшей мере, один датчик 205 движения, по меньшей мере, один возбудитель 210, расходомерную трубку 215 (которая может также именоваться трубой и которая может представлять собой либо изогнутую расходомерную трубку 102, либо прямолинейную расходомерную трубку 106, либо расходомерную трубку некоторого другого типа), температурный датчик 220 и датчик 225 давления. Цифровой измерительный преобразователь 104 может быть осуществлен с использованием, по меньшей мере, чего-то одного из, например, цифрового процессора сигналов (DSP), программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA), ASIC (специализированной интегральной схемы), других программируемых логических или вентильных матриц или программируемой логики с процессорным ядром. Следует понимать, что, как изложено в патенте США № 6311136, в состав можно включать соответствующие цифроаналоговые преобразователи для управления возбудителями 210, а аналого-цифровые преобразователи можно использовать для преобразования сигналов датчиков из датчиков 205 для их использования цифровым измерительным преобразователем 104.
Цифровой измерительный преобразователь 104 может содержать систему 240 измерения объемной плотности и систему 250 измерения объемного массового расхода. Объемные свойства обычно относятся к свойствам текучей среды в целом, в противоположность к свойствам составляющей компоненты текучей среды, когда присутствует многофазный поток (как поясняется ниже). Система 240 измерения объемной плотности и система 250 измерения массового расхода могут формировать результаты измерений, соответственно, плотности и/или массового расхода материала, протекающего по расходомерной трубке 215, на основе, по меньшей мере, сигналов, получаемых из датчиков 205 движения. Цифровой измерительный преобразователь 104 управляет также возбудителями 210, чтобы вызывать движение в расходомерной трубке 215. Упомянутое движение определяется датчиками 205 движения.
Результаты измерений плотности материала, протекающего по расходомерной трубке, зависят, например, от частоты движения расходомерной трубки 215, которое вызывается в расходомерной трубке 215 (обычно резонансной частоты) движущей силой, прилагаемой возбудителями 210, и/или от температуры расходомерной трубки 215. Аналогично, массовый поток через расходомерную трубку 215 зависит от фазы и частоты движения расходомерной трубки 215, а также от температуры расходомерной трубки 215.
Температура в расходомерной трубке 215, которая измеряется с использованием температурного датчика 220, влияет на некоторые свойства расходомерной трубки, например ее жесткость и размеры. Цифровой измерительный преобразователь 104 может компенсировать упомянутые температурные эффекты. Как также показано на фиг.2, датчик 225 давления связан с измерительным преобразователем 104 и подсоединен к расходомерной трубке 215, чтобы выполнять функцию определения давления материала, протекающего по расходомерной трубке 215.
Следует понимать, что как давление текучей среды, поступающей в расходомерную трубку 215, так и перепад давлений между соответствующими точками в расходомерной трубке могут быть показателями некоторого режима потока. Кроме того, хотя для измерения температуры текучей среды можно применять внешние температурные датчики, такие датчики можно применять в дополнение к внутреннему датчику расходомера, выполненному с возможностью измерения характерной температуры для калибровок расходомерной трубки. Кроме того, в некоторых расходомерных трубках применяют несколько температурных датчиков с целью коррекции результатов измерений с учетом эффекта влияния разности температур между технологической текучей средой и окружающей средой (например, температурой кожуха корпуса расходомерной трубки).
Следует понимать, что различные компоненты цифрового измерительного преобразователя 104, показанного на фиг.2, связаны между собой, хотя, для ясности, линии связи не показаны в явном виде. Кроме того, следует понимать, что обычные компоненты цифрового измерительного преобразователя 104 не показаны на фиг.2, но считаются находящимися в составе цифрового измерительного преобразователя 104 или доступными ему. Например, цифровой измерительный преобразователь 104 будет обычно содержать задающие схемы для управления возбудителем 210 и измерительные схемы для измерения частоты колебаний расходомерной трубки 215 на основе сигналов датчиков из датчиков 205 и для измерения фаз между сигналами датчиков из датчиков 205.
В некоторых условиях расходомер Кориолиса может точно определять объемную плотность и объемный массовый расход технологической текучей среды в расходомерной трубке 215. То есть в некоторых условиях возможно определение точной объемной плотности и/или объемного массового расхода технологической текучей среды.
Кроме того, в некоторых ситуациях технологическая текучая среда может содержать, по меньшей мере, две фазы вследствие того, что представляет собой смесь, по меньшей мере, двух материалов (например, масла и воды или текучей среды с увлеченным газом) или один и тот же материал в разных фазах (например, воду в жидкой фазе и водяной пар), или разные материалы в разных фазах (например, водяной пар и масло). В некоторых режимах многофазного потока расходомер Кориолиса может точно определять объемную плотность и объемный массовый расход текучей среды, которые затем можно использовать для точного определения плотности и/или массового расхода составляющих фаз.
Однако в других режимах многофазного потока расходомер Кориолиса не может удовлетворительно функционировать. Хотя расходомер Кориолиса продолжает работать в присутствии многофазной технологической текучей среды, но присутствие многофазной текучей среды влияет на движение расходомерной трубки (или трубы), которая является частью расходомера Кориолиса. Следовательно, выходные данные, определяемые измерительным прибором, могут быть неточными, так как измерительный прибор функционирует в предположении, что либо технологическая текучая среда является однофазной, либо технологическая текучая среда является многофазной с такими свойствами, как высокая вязкость жидкости и/или отсутствие смещения между фазами. Упомянутые выходные данные можно называть кажущимися свойствами, так как они не скорректированы с учетом эффектов многофазного потока. Хотя кажущиеся свойства обычно представляют собой свойства, которые не скорректированы с учетом эффектов многофазного потока, первоначальные оценки упомянутых свойств могут быть скорректированы с учетом других эффектов для формирования кажущихся свойств. Например, первоначальные оценки таких свойств можно скорректировать с учетом эффектов влияния температуры и/или давления на свойства, чтобы сформировать кажущиеся свойства.
Например, в некоторых режимах многофазного потока расходомер Кориолиса может быть лишен способности измерять объемную плотность, объемный массовый расход, плотность составляющих компонентов многофазного потока или массовые расходы составляющих компонентов многофазного потока в требуемых допустимых отклонениях, необходимых для конкретного применения, так как упомянутые свойства определяют на основе предположения, что поток является однофазным, и результирующие погрешности, вызываемые многофазным потоком, больше, чем требуемые допустимые отклонения.
Примеры упомянутых условий включают в себя ситуации, в которых технологическая текучая среда является влажным газом (то есть, упомянутая среда содержит, главным образом, газообразную составляющую компоненту, но в какой-то мере содержит жидкую составляющую компоненту). Влажный газ обычно встречается при применениях, связанных с природным газом, когда газообразная составляющая компонента представляет собой природный газ, и жидкая составляющая компонента может быть водой, углеводородами или компрессорным маслом (или какой-нибудь их комбинацией). Другие применения, при которых встречается влажный газ, могут включать в себя применения, связанные с паром в качестве технологической текучей среды.
Влажный газ обычно содержит технологическую текучую среду, которая содержит максимум 5% об. жидкости или, иначе говоря, технологическую текучую среду, которая характеризуется долей пустот, по меньшей мере, 0,95 (95%). Однако методы, описанные ниже со ссылкой на влажные газы, не ограничены технологическими текучими средами, которые содержат максимум 5% об. жидкости. Наоборот, методы ограничены требуемой точностью заданного применения, при этом точность зависит от точности расходомера Кориолиса и других измерительных приборов, описанных ниже, для упомянутой доли пустот.
Как показано на фиг.3, расходомер 304 переменного перепада давления можно применять в комбинации с расходомером 306 Кориолиса, чтобы точнее измерять свойства влажного газа или другой многофазной технологической текучей среды. Как показано, система 300 содержит трубу 302, которая транспортирует технологическую текучую среду (например, влажный газ), расходомер 304 переменного перепада давления, расходомер 306 Кориолиса, который измеряет кажущийся объемный массовый расход и кажущуюся объемную плотность технологической текучей среды, и компьютер 308 потока. В некоторых вариантах осуществления компьютер 308 потока может выполнять функцию вышеописанного измерительного преобразователя 104. В некоторых вариантах осуществления компьютер 308 потока может быть отдельным от расходомера 304 переменного перепада давления и расходомера 306 Кориолиса. В общем расходомеры переменного перепада давления, например расходомер 304 переменного перепада давления, направляют поток технологической текучей среды в секцию расходомера 304 переменного перепада давления, которая имеет площадь поперечного сечения, отличающуюся от площади поперечного сечения трубы, которая транспортирует технологическую текучую среду. В результате имеют место изменения скорости и давления потока. При измерении изменений давления можно вычислить скорость потока. Объемный массовый расход можно вычислить по скорости потока и плотности массы жидкости. Плотность массы жидкости может быть измерена, вычислена из значений давления и температуры либо может быть определена любым другим образом. Однако, как в случае с расходомером Кориолиса, вычисления объемного массового расхода могут выполняться в предположении однофазного потока, и поэтому измерение может быть неточным, когда присутствует многофазная текучая среда. Следовательно, объемный массовый расход может быть кажущимся объемным массовым расходом, так как он не скорректирован с учетом многофазного потока.
В некоторых вариантах осуществления расходомер 304 переменного перепада давления может быть измерительной диафрагмой расходомера. Измерительная диафрагма расходомера обычно является плоской пластиной, которая содержит диафрагму. Измерительную диафрагму расходомера обычно закрепляют между парой фланцев и устанавливают в прямолинейный участок гидравлически гладкой трубы во избежание возмущения режимов потоков, обусловленного соединительной и вентильной арматурами.
Поток через измерительную диафрагму расходомера характеризуется изменением скорости и давления. Давление текучей среды падает при прохождении через диафрагму расходомера. Когда текучая среда протекает через диафрагму, текучая среда сужается и скорость текучей среды возрастает до максимального значения. В этот момент давление имеет минимальное значение. Когда текучая среда расходится для заполнения всей площади сечения трубы, скорость снова снижается до исходного значения. Вниз по потоку от диафрагмы расходомера давление увеличивается относительно снижения давления, которое имеет место вследствие прохождения текучей среды через диафрагму расходомера. Давление повышается до исходного входного значения, обычно с восстановлением 60-80% от максимального перепада давлений. Давление с обеих сторон диафрагмы измеряют и, тем самым, разность давлений, которая пропорциональна скорости потока. На основе скорости можно вычислить кажущийся объемный массовый расход при известной плотности текучей среды.
Таким образом, расходомер 304 переменного перепада давления может быть измерительной диафрагмой расходомера. Измерительная диафрагма расходомера может содержать трубу 302 для транспортировки технологической текучей среды и измерительную диафрагму расходомера, расположенную в трубе 302. Стрелка 310 указывает направление потока. Впереди по потоку от измерительной диафрагмы расходомера находится первый датчик давления, и позади по потоку от измерительной диафрагмы расходомера находится второй датчик давления. Разность между замерами первого датчика и второго датчика обеспечивает разность давлений, которую можно использовать для вычисления скорости потока и кажущегося объемного массового расхода.
Кажущиеся объемные свойства, измеренные расходомером 306 Кориолиса и расходомером 304 переменного перепада давления, можно использовать для определения скорректированных значений, например, массовых расходов составляющих компонентов текучей среды, как дополнительно поясняется ниже.
С этой целью и как показано на фиг.4, расходомер 306 Кориолиса может использовать цифровой контроллер 400 вместо цифрового измерительного преобразователя 104, описанного выше со ссылкой на фиг.1A, 1B и 2. Цифровой контроллер 400 также можно назвать цифровым измерительным преобразователем. В упомянутом варианте осуществления цифрового измерительного преобразователя 104 датчики 404 для сбора данных о технологическом процессе (далее по тексту, технологические датчики), подсоединенные к расходомерной трубке, формируют сигналы данных о технологическом процессе (далее по тексту, технологические сигналы), содержащие, по меньшей мере, один сигнал датчика, по меньшей мере, один температурный сигнал и, по меньшей мере, один сигнал давления. Например, технологические датчики 404 могут содержать температурный датчик 220, датчик 225 давления и/или датчики 205 движения, описанные со ссылкой на фиг.2. Аналоговые технологические сигналы преобразуются в цифровые данные из сигналов аналого-цифровыми преобразователями (A/D-преобразователями) 406 и сохраняются в буферных запоминающих устройствах 408 для данных сигналов датчиков и возбудителей с целью использования цифровым контроллером 400. Возбудители 445, соединенные с расходомерной трубкой, формируют сигнал тока возбуждения и могут передавать упомянутый сигнал в A/D-преобразователи 406. Затем сигнал тока возбуждения преобразуется в цифровые данные и сохраняется в буферных запоминающих устройствах 408 для данных сигналов датчиков и возбудителей. Обычно принято считать, что цифровой сигнал возбуждения, сформированный A/D-преобразователями 406, образует цифровой сигнал возбуждения, соответствующий аналоговому сигналу возбуждения. В некоторых вариантах осуществления цифровой сигнал возбуждения можно контролировать, чтобы обеспечивать подходящую амплитуду, фазу и частотные характеристики цифрового сигнала возбуждения (например, чтобы цифровой сигнал возбуждения был точным представлением аналогового сигнала возбуждения). Напряжение возбуждения также можно контролировать. Контроль можно обеспечивать при посредстве дополнительного аналого-цифрового канала (A/D-канала). Данные, отбираемые дополнительным A/D-каналом, можно анализировать таким же образом, как данные датчиков. Упомянутые выборочные данные можно использовать в целях диагностики, а также для обслуживания. В альтернативном варианте цифровой сигнал усиления возбуждения и цифровой сигнал тока возбуждения могут формироваться в модуле 435 регулировки амплитуды и передаваться в буферные запоминающие устройства 408 для данных сигналов датчиков и возбудителей с целью хранения и использования цифровым контроллером 400.
Цифровые данные сигналов технологических датчиков и возбудителей дополнительно анализируются и обрабатываются модулем 410 обработки параметров датчиков и возбудителей, который формирует физические параметры, включая частоту, фазу, ток, затухание и амплитуду колебаний. Упомянутая информация представляется в модуль 412 исходных результатов измерений объемного массового потока и модуль 414 исходных результатов измерений объемной плотности. Модуль 412 исходных результатов измерений объемного массового потока формирует исходный измерительный сигнал объемного массового расхода, который показывает кажущийся объемный массовый расход текучей среды. Модуль 414 исходных результатов измерений объемной плотности формирует исходный измерительный сигнал объемной плотности, который показывает кажущуюся объемную плотность текучей среды.
Модуль 420 коррекции погрешностей многофазного потока принимает в качестве входных данных физические параметры из модуля 410 обработки параметров датчиков и возбудителей, исходный измерительный сигнал объемного массового расхода и исходный измерительный сигнал объемной плотности. Когда технологическая текучая среда может иметь режим однофазного или многофазного потока, может определяться состояние режима потока, что предписывает обработку в модуле 420 коррекции погрешностей многофазного потока, когда имеет место многофазный поток, или пропуск обработки модулем 420 коррекции погрешностей многофазного потока, когда имеет место однофазный поток. Однако, если технологическая текучая среда подразумевает известный двухфазный поток (например, газообразной и жидкой составляющих), трехфазный поток (например, газообразной и двух жидких составляющих) или другой многофазный поток (например, по меньшей мере, одной газообразной и, по меньшей мере, одной жидкой составляющих), то определение состояния режима потока может быть необязательно. В приведенном примере технологическая текучая среда может быть влажным газом, который, как уже известно, содержит объемную долю газа (gvf) и объемную долю жидкости (lvf).
Модуль 420 коррекции погрешностей многофазного потока содержит функцию преобразования, например нейронную сеть, которая применяется для поддержки компенсации с учетом многофазных режимов потока. Функция преобразования может быть осуществлена в системной подпрограмме или, в альтернативном варианте, может быть осуществлена в виде программируемого аппаратного процессора.
Входными величинами функции преобразования могут быть кажущиеся промежуточные значения, вычисленные по измерительному сигналу кажущегося объемного массового расхода и измерительному сигналу кажущейся объемной плотности. В упомянутом варианте осуществления модуль 420 коррекции погрешностей многофазного потока определяет кажущиеся промежуточные значения по исходному объемному массовому расходу и кажущейся объемной плотности многофазной технологической текучей среды. Кажущиеся промежуточные значения подаются на вход функции преобразования и корректируются на эффект влияния многофазного потока. Скорректированные кажущиеся промежуточные значения выдаются на выход блока 430 вывода результатов измерения массового потока. В других вариантах осуществления (кажущееся или исходное) измерение объемного массового расхода и кажущаяся объемная плотность могут подаваться на вход функции преобразования.
Когда используют нейронную сеть, модуль 425 коэффициентов нейронной сети и обучения хранит предварительно заданный(е) набор или наборы коэффициентов нейронной сети, которые применяются нейронным процессором для вышеописанной коррекции. Модуль 425 коэффициентов нейронной сети и обучения может также выполнять интерактивную обучающую функцию с использованием обучающих данных, чтобы можно было вычислять обновленный набор коэффициентов для использования нейронной сетью. Хотя предварительно заданный набор коэффициентов нейронной сети создается посредством обширных лабораторных испытаний и экспериментов на основании известных двухфазных, трехфазных или более многофазных массовых расходов, интерактивная обучающая функция, выполняемая модулем 425, может включаться на стадии первоначального ввода в действие расходомера или может включаться каждый раз, когда выполняется инициализация расходомера.
Скорректированные промежуточные значения из функции преобразования вводятся в блок 430 вывода результатов измерения массового потока. С использованием скорректированных промежуточных значений блок 430 вывода результатов измерения массового потока определяет оценки фазозависимых свойств текучей среды, например массовых расходов составляющих фаз многофазной текучей среды. Оценки затем используются с измерениями, выполненными расходомером 304 переменного перепада давления для определения точных или скорректированных измерений фазозависимых свойств текучей среды, таких как массовый расход составляющей фаз, как будет описано далее. В некоторых вариантах осуществления блок 430 вывода результатов измерения массового потока проверяет измерения массового расхода для фаз и может выполнять анализ неопределенности для формирования параметра неопределенности, соответствующего проверке.
Модуль 410 обработки параметров датчиков вводит также параметр затухания и параметр амплитуды колебаний в модуль 435 регулировки амплитуды. Модуль 435 регулировки амплитуды дополнительно обрабатывает параметр затухания и параметр амплитуды колебаний и формирует цифровые сигналы возбуждения. Цифровые сигналы возбуждения преобразуются в аналоговые сигналы возбуждения цифроаналоговыми преобразователями (D/A-преобразователями) 440 для приведения в действие возбудителей 445, присоединенных к расходомерной трубке цифрового расходомера. В некоторых вариантах осуществления модуль 435 регулировки амплитуды может обрабатывать параметр затухания и параметр амплитуды колебаний и непосредственно формировать аналоговые сигналы возбуждения для приведения в действие возбудителей 445.
Как показано на фиг.5A и 5B, примерные процессы 500A и 500B для определения скорректированного фазозависимого свойства фазы, содержащейся в многофазной технологической текучей среде, могут исполняться системой 300 и контроллером 400. Например, процессы 500A и 500B можно использовать для определения массового расхода каждой фазы многофазной технологической текучей среды. Многофазная технологическая текучая среда может быть, например, трехфазной текучей средой, например влажным газом, который содержит газообразную фазу и две жидкие фазы (например, метан, воду и масло).
Как поясняется ниже, в одном варианте осуществления, по меньшей мере, одно кажущееся промежуточное значение определяется на основании кажущихся или исходных свойств многофазной текучей среды. Например, кажущееся промежуточное значение может определяться на основании кажущегося объемного массового расхода и/или кажущейся объемной плотности многофазной технологической текучей среды, установленной, например, расходомером 306 Кориолиса. Кажущееся промежуточное значение вводится, например, в нейронную сеть для получения скорректированного промежуточного значения, с учетом влияния наличия многофазной технологической текучей среды. Скорректированное промежуточное значение используется для определения оценки фазозависимых свойств текучей среды, таких как массовый расход каждой из фаз многофазной текучей среды. Использование промежуточного значения вместо кажущегося объемного массового расхода и кажущейся объемной плотности многофазной текучей среды может помочь улучшению точности определения оцененного массового расхода каждой из фаз многофазной текучей среды. Оцененные фазозависимые свойства затем используются для определения степени влажности многофазной текучей среды. Степень влажности затем используется вместе с результатами измерений, полученных расходомером переменного перепада давления (например, измерительной диафрагмой), для определения скорректированных результатов измерений фазозависимых свойств текучей среды, таких как массового расхода фаз многофазной текучей среды.
Со ссылкой на фиг.5А, многофазная технологическая текучая среда пропускается (505) по колебательно подвижной расходомерной трубке расходомера Кориолиса 306. Движение (510) возбуждается в колебательно подвижной расходомерной трубке. Многофазная технологическая текучая среда может быть двухфазной текучей средой, трехфазной текучей средой или текучей средой, которая содержит более трех фаз. В общем, каждая фаза многофазной текучей среды может считаться составной или компонентной многофазной текучей средой. Например, двухфазная текучая среда может содержать негазообразную фазу и газообразную фазу. Негазообразная фаза может быть жидкостью, например маслом, и газообразная фаза может быть газом, например воздухом. Трехфазная текучая среда может содержать две негазообразные фазы и одну газообразную фазу. Например, трехфазная текучая среда может включать в себя газообразную и две жидкие фазы, такие как вода и масло. В другом примере трехфазная текучая среда может включать в себя газ, жидкость и твердую фазу (такую, как песок). Кроме того, текучая среда может быть влажным газом. Хотя влажный газ может быть любой из многофазных текучих сред, описанных выше, в общем, влажный газ состоит более чем на 95% об. из газовой фазы. В общем, каждую фазу многофазной текучей среды можно именовать составляющими или компонентами многофазной текучей среды. Процессы 500A и 500B можно применять к любой многофазной текучей среде.
Первое кажущееся свойство многофазной текучей среды определяется на основе движения колебательно подвижной расходомерной трубки (515). Первое кажущееся свойство многофазной текучей среды может быть кажущимся объемным массовым расходом и/или кажущейся объемной плотностью текучей среды, протекающей по колебательно подвижной расходомерной трубке. Как пояснялось выше, кажущееся свойство является свойством, которое не скорректировано на эффекты влияния, которое многофазная текучая среда оказывает на движение расходомерной трубки. Однако упомянутые свойства могут быть скорректированы с учетом других эффектов, чтобы формировать кажущиеся свойства. Например, исходные оценки упомянутых свойств можно корректировать на эффекты влияния температуры и/или давления на свойства, чтобы формировать кажущиеся свойства.
В общем, иногда можно использовать дополнительную информацию (например, известные плотности материалов в отдельных фазах) и/или дополнительные измерения (например, давление многофазной текучей среды или влагосодержание многофазной текучей среды). Таким образом, в некоторых вариантах осуществления, в дополнение к свойствам, полученным на основе движения трубы, например первому кажущемуся свойству, описанному выше, могут измеряться дополнительные или «внешние» свойства многофазной текучей среды, например температура, давление и влагосодержание, и служить, например, дополнительными входными величинами для нижеописанного преобразования, чтобы определять, по меньшей мере, одно кажущееся промежуточное значение, как поясняется ниже, или поддерживать определение расходов отдельных компонентов многофазной текучей среды. Дополнительные свойства могут измеряться другим устройством, а не расходомером. Например, влагосодержание многофазной текучей среды, которое отражает долю многофазной текучей среды, которая приходится на воду, может определяться измерителем влагосодержания. Дополнительное свойство может также содержать давление, соответствующее расходомерной трубке. Давление, соответствующее расходомерной трубке, может быть, например, давлением многофазной технологической текучей среды на впуске расходомерной трубки и/или разностью давлений на расходомерной трубке. Дополнительное свойство может быть температурой многофазной технологической текучей среды.
В некоторых вариантах осуществления более чем одно кажущееся свойство можно определять на основе движения трубы. Например, в таком варианте осуществления на основе движения трубы можно определять кажущийся объемный массовый расход многофазной текучей среды и кажущуюся объемную плотность многофазной текучей среды, и оба упомянутых кажущихся свойства можно использовать для определения, по меньшей мере, одного кажущегося промежуточного значения (например, объемную долю жидкости и объемный расход, как указано ниже). Ниже описаны примеры того, каким образом можно определять кажущийся объемный массовый расход и кажущуюся объемную плотность.
Кажущийся объемный массовый расход можно определять по среднему значению кажущегося объемного массового расхода по расходомеру Кориолиса, где период усреднения выбран так, чтобы отражать баланс между подавлением шумов, обусловленных эффектом двух фаз, с одной стороны, и обеспечением динамической характеристики, связанной с истинными изменениями расхода, с другой стороны. Период усреднения может составлять, например, 1 секунду. Нижеприведенное уравнение выражает связь между средним кажущимся массовым расходом и кажущимся объемным массовым расходом:
2
ƒ
Кажущийся массовый расход по расходомеру Кориолиса можно определять из следующего уравнения, в котором φ означает наблюдаемую разность углов сдвига по фазе для расходомерной трубки 215 в градусах, измеренную датчиками 205 (например, разность фаз между сигналами, измеренными датчиками 205), ƒ означает наблюдаемую частоту расходомерной трубки 215 в герцах, T означает температуру расходомерной трубки 215 в градусах Цельсия, A и B являются температурными коэффициентами, характерными для расходомерной трубки, F означает коэффициент калибровки потока и F означает коэффициент потока, настраиваемый в эксплуатационных условиях (который имеет номинальное значение 1,000):
Кажущаяся объемная плотность многофазной технологической текучей среды может определяться по среднему значению кажущейся плотности, определенной по расходомеру Кориолиса:
0
p
i
абс
0
абс
pd
dbias
0
абс
i
абс
2
4
pd2
pd4
3
3
3
3
В вышеприведенном уравнении ρ означает исходную плотность в кг/м, ρ означает плотность, скорректированную на давление в кг/м, P бар означает давление на входе расходомерной трубки 215, P бар означает настроенное эталонное давление, k кг/м/бар и k кг/м означают калибровочные постоянные, характеризующие расходомерную трубку, действующие для конкретных диапазонов изменения рабочего давления расходомерной трубки и плотности газа, ƒ означает собственную частоту расходомерной трубки 215 в герцах, P означает эталонное давление в бар, P означает давление на входе в бар и T означает температуру расходомерной трубки в градусах Цельсия, D и D являются калибровочными постоянными, характеризующими расходомерную трубку. C и D являются параметрами температурной компенсации, характеризующими расходомерную трубку. Более общее уравнение для коррекции кажущейся объемной плотности с учетом давления имеет следующий вид, где k и k означают калибровочные постоянные, характеризующие расходомерную трубку:
По меньшей мере, одно кажущееся промежуточное значение, соответствующее многофазной технологической текучей среде, определяется на основе первого кажущегося свойства (520). В целом, кажущееся промежуточное значение (или значения) является значением, соответствующим многофазной текучей среде, которое включает в себя неточности, вызванные включением по меньшей мере одной фазы в многофазной текучей среде. Кажущееся промежуточное значение может быть, например, объемной долей многофазной технологической текучей среды. Объемная доля может быть объемной долей жидкости, которая характеризует часть многофазной текучей среды, которая не является газом. Объемная доля может быть также объемной долей газа, которая характеризует часть многофазной текучей среды, которая является газом. В общем, объемная доля является безразмерным количественным параметром, который можно выражать как процентное содержание. Объемная доля газа может также называться долей пустот. Если многофазная текучая среда содержит жидкости и газы, то объемные доли жидкостей и газов составляют в сумме 100%. В других вариантах осуществления кажущиеся промежуточные значения могут быть объемным расходом многофазной текучей среды.
3
В одном варианте осуществления кажущиеся промежуточные значения являются кажущимся объемным расходом и кажущейся объемной долей жидкости и определяются на основе кажущегося объемного массового расхода и кажущейся объемной плотности. Кажущийся объемный расход в м/с можно определять из следующего уравнения:
l
g
Кажущуюся объемную долю жидкости, которая выражается как процентное содержание, можно определять из следующего уравнения, в котором ρ является оценкой плотности жидкой фазы многофазной технологической текучей среды и ρ является оценкой плотности газообразной фазы многофазной технологической текучей среды:
l0
l0
l
l0
l1
l2
3
3
T
Оценки плотностей жидкой и газообразной фаз многофазной текучей среды можно определить, как описано ниже. В настоящем примере многофазная текучая среда содержит две жидкие фазы (например, первую жидкость, которой является вода, и вторую жидкость, которой является конденсат) и одну газообразную фазу. Однако аналогичные вычисления можно выполнять для других многофазных текучих сред. В нижеприведенном уравнении ρ кг/м означает базовую плотность жидкости при известной температуре  °C и k/°C является коэффициентом, который обеспечивает линейную коррекцию упомянутой плотности в зависимости от отклонения температуры от базовой температуры T, и соответствующие значения известны из знания конкретных веществ, которые содержатся в многофазной текучей среде. Плотности составляющих жидкостей, ρ, ρ кг/м, при текущей температуре текучей среды можно определять следующим образом:
x
В некоторых вариантах осуществления пользователь может вводить объемную долю () потока первой жидкости. В других вариантах осуществления объемную долю потока можно принимать известной. В еще одних вариантах осуществления объемную долю потока можно оценивать. В других вариантах осуществления объемная доля потока может быть представлена пользователем или объемную долю потока можно получать из устройства, измеряющего влагосодержание, например измерителя влагосодержания.
x
1
В предположении отсутствия сдвига между жидкими фазами объемная доля потока первой жидкости  % может определяться выражением:
x
1
С использованием  %, и в предположении отсутствия сдвига между жидкими фазами комбинированную плотность жидкости (т.е. плотность жидкости жидкой смеси) можно вычислить из выражений:
или
g
l
абс
l
g0
g0
абс
g0
3
3
Кроме того, оценку плотности ρ кг/м газа в условиях магистрали с давлением P бар и T °C на входе в расходомерную трубку Кориолиса можно определять, если дана эталонная плотность газа, ρ кг/м, при эталонном давлении P бар и эталонной температуре T °C. Хотя существует несколько уравнений состояния, которые учитывают сжимаемость и другие отклонения от идеального состояния, оценка фактической плотности газа с использованием уравнений состояния идеального газа предполагается достаточной, и плотность газовой фазы можно оценить на основе выражения:
ƒ
В вышеописанном уравнении Z означает сжимаемость газа в газообразной фазе и для некоторых газов (например, природного газа) сжимаемость изменяется с изменением давления в соответствии со следующим уравнением:
Модели свойств газа могут быть сформированы в режиме реального времени или в автономном режиме, например, используя уравнения Американской газовой ассоциации (AGA).
c
3
<mrow><msubsup><mi>ν</mi><mi>m</mi><mi>c</mi></msubsup></mrow>
По меньшей мере, одно скорректированное промежуточное значение определяется на основе преобразования связи (525) между, по меньшей мере, кажущимся промежуточным значением и скорректированными промежуточными значениями. Например, скорректированные промежуточные значения могут быть скорректированной объемной долей жидкости, LFV (%), и/или скорректированным объемным расходом,
, м/с. В одном конкретном варианте осуществления скорректированные промежуточные значения являются скорректированной объемной долей жидкости и скорректированным объемным расходом, которые скорректированы, исходя из кажущейся объемной доли жидкости и кажущегося объемного расхода.
Преобразование может представлять собой нейронную сеть, статистическую модель, полином, функцию или преобразование любого другого типа. Нейронную сеть или другое преобразование можно обучать с использованием данных, полученных от многофазной текучей среды, для которой известны значения составляющих фаз. В одном варианте осуществления преобразование является нейронной сетью, которая получает в качестве входных величин кажущуюся объемную долю жидкости, кажущийся объемный расход, давление на входе колебательно подвижной расходомерной трубки и разность давлений на колебательно подвижной расходомерной трубке. Нейронная сеть формирует скорректированную объемную долю жидкости и скорректированный объемный расход смеси.
В одном варианте осуществления перед вводом кажущегося промежуточного значения в преобразование кажущееся промежуточное значение можно фильтровать или предварительно обрабатывать для подавления шумов измерения и процесса. Например, к кажущемуся промежуточному значению можно применять линейные фильтры для подавления шумов измерения. Постоянная времени линейного фильтра может быть настроена на значение, которое отражает время реакции измерительной аппаратуры (например, 1 секунда), чтобы фильтр оставался чувствительным к фактическим изменениям текучей среды, протекающей по расходомерной трубке (например, сжиженным массам негазообразной текучей среды), и был способен также подавлять шумы измерения.
Разработка преобразования для коррекции или совершенствования многофазного измерения может включать в себя сбор данных в экспериментальных условиях, при которых истинные или эталонные измерения обеспечивают дополнительной калиброванной контрольно-измерительной аппаратурой. Обычно нецелесообразно выполнять эксперименты, охватывающие все мыслимые многофазные условия из-за ограничений испытательного оборудования и/или стоимости и времени, связанных с выполнением, возможно, тысяч экспериментов. Кроме того, редко удается поддерживать в точности постоянный режим многофазного потока в течение сколько-нибудь длительного периода времени из-за по существу нестабильного режима потока, который возникает в условиях с несколькими фазами. Соответственно, обычно необходимо вычислять средние значения всех соответствующих параметров, включая кажущиеся и истинные или эталонные значения параметров в течение каждого эксперимента, который обычно может продолжаться от 30 до 120 с. Таким образом, преобразование можно составить по экспериментальным данным, в которых каждое частное значение выводится из среднего по, например, данным за период от 30 до 120 с.
Осложнения могут возникать при применении полученного преобразования в измерительном приборе при многофазном потоке в реальном времени, когда конкретные значения параметров, наблюдаемые в измерительном приборе, не включаются в преобразование, обеспеченное на основе ранее собранных экспериментальных данных. Существует два основных пути возникновения упомянутых осложнений. В первом случае, хотя условия, влияющие на измерительный прибор и усредненные по временной последовательности за приблизительно 15-120 с, соответствуют условиям, охваченным преобразованием, мгновенные значения параметров могут выпадать за пределы области вследствие шумов измерения и/или мгновенных изменений фактических условий, обусловленных нестабильностями, свойственными многофазному потоку. Как пояснялось выше, данный эффект можно в какой-то степени ослабить усреднением по времени или фильтрацией параметров, используемых в качестве входных величин функции преобразования, хотя существует оптимальное соотношение между эффектами подавления шумов упомянутой фильтрацией и способностью измерительного прибора реагировать на фактические изменения условий в многофазном потоке. В альтернативном варианте усредненные значения параметров могут выходить за пределы преобразования, так как, например, на экспериментальной стадии экономически не целесообразно охватывать все возможные многофазные условия.
Возможно, было бы бесполезно применять функцию преобразования (либо нейронную сеть, либо полином, либо другую функцию) к данным, которые выходят за пределы области, для которой предназначено преобразование. Применение преобразования к таким данным может приводить к формированию низкокачественных результатов измерений. Соответственно, можно применить процедуры ограничения, обеспечивающие, чтобы ход процедуры преобразования подходил для значений параметров, выходящих за пределы области преобразования, независимо от причин, по которым параметры выходят за пределы области преобразования. Данные, которые заключены в этой области, можно именовать подходящими данными.
Следовательно, кажущееся промежуточное значение можно «ограничивать» прежде, чем вводить кажущиеся промежуточные значения в преобразование. Что касается вариантов осуществления, которые содержат одну величину для ввода в преобразование, область подходящих данных можно задавать, по меньшей мере, одним пределом, диапазоном или порогом. В других вариантах осуществления могут существовать, по меньшей мере, две величины для ввода в преобразование. В таких вариантах осуществления область подходящих данных можно задавать группой линий или плоскостей. Соответственно, когда число величин для ввода в преобразование увеличивается, определение области подходящих данных усложняется. Таким образом, возможно, было бы целесообразно использовать меньше величин для ввода в преобразование. Более того, использование меньшего числа величин для ввода в преобразование способствует уменьшению сложности процесса ограничения и упрощению преобразования, что может способствовать повышению скорости определения скорректированных промежуточных значений, основанных на преобразовании.
Возвращаясь к фиг.6, на которой показано ограничение. В настоящем примере кажущееся промежуточное значение 610 является значением, которое выходит за пределы заданной области 615 и может определяться как непригодное для ввода в преобразование. В общем, для коррекции кажущегося промежуточного значения, которое, как установлено, выходит за пределы заданной области 615, обычно задают правила. В примере, показанном на фиг.6, промежуточное значение 615 задано с помощью значений из двух переменных: переменная 1 и переменная 2 (которые могут быть, например, объемной долей жидкости и объемным потоком). Таким образом, промежуточное значение является двухмерными данными. Заданная область 615 задана с помощью линий 620 и 625. Тем не менее, в других примерах заданная область 615 может быть задана с помощью одной или более кривых, или более чем двух линий. В других примерах промежуточное значение может быть данными более высокого порядка, и в этих примерах заданная область может быть задана с помощью последовательностей поверхностей.
Например, кажущееся промежуточное значение, которое выходит за пределы заданной области 615 (например, кажущееся промежуточное значение 610), может отклоняться преобразованием (например, кажущееся промежуточное значение не корректируется преобразованием), кажущееся промежуточное значение может вообще не вводиться в преобразование, к кажущемуся промежуточному значению можно применить постоянную коррекцию, вместо коррекции, задаваемой преобразованием, или можно применить коррекцию, соответствующую коррекции, которая применялась бы к значению, ближайшему к кажущемуся промежуточному значению. Можно реализовать другие правила коррекции кажущегося промежуточного значения, которое выходит за пределы заданной области. В общем, ограничение является особым для конкретного преобразования и задается для каждого преобразования.
Аналогично с ограничением, описанным выше, скорректированное кажущееся значение может быть ограничено, либо проверено, до использования в дальнейшей обработке.
Возвращаясь к фиг.5A, по меньшей мере, одно оцененное фазозависимое свойство многофазной технологической текучей среды может быть определено (530) на основе скорректированного промежуточного значения или значений. Использование, по меньшей мере, одного кажущегося промежуточного значения, описываемого выше, вместо непосредственного значения, полученного из расходомерной трубки (например кажущегося массового расхода многофазной жидкости), может улучшить точность процесса 500А по сравнению, например, с непосредственным использованием кажущегося свойства. Фазозависимое свойство может быть, например, массовым расходом и/или плотностью негазообразной и газообразной фаз многофазной текучей среды. Нижеприведенные уравнения поясняют определение оценок фазозависимых массовых расходов составляющих фаз многофазной технологической текучей среды на основе скорректированного объемного расхода смеси и скорректированной объемной доли жидкости.
c
Скорректированную объемную долю газообразной фазы, GVF, выражаемую как процентное содержание, можно определить из
3
<mrow><msubsup><mi>ν</mi><mi>m</mi><mi>c</mi></msubsup></mrow>
Фазозависимый объемный расход газообразной фазы в м/с можно определить из нижеприведенного выражения, в котором
является скорректированным объемным расходом смеси, как описано выше в отношении этапа (525):
Фазозависимый массовый расход газообразной фазы многофазной технологической текучей среды можно определять из следующего уравнения:
<mrow><mi>s</mi><msubsup><mi>ν</mi><mi>g</mi><mi>c</mi></msubsup></mrow>
g0
где скорректированный стандартный объемный расход
газа при заданных стандартных условиях температуры и давления, когда газ имеет плотность ρ, задается уравнением
3
<mrow><msubsup><mi>ν</mi><mi>m</mi><mi>c</mi></msubsup></mrow>
Фазозависимый массовый расход можно определять также для негазообразных фаз многофазной технологической текучей среды (как для жидкой смеси, так и для конкретных жидких компонент). В продолжение вышеприведенного примера, многофазная технологическая текучая среда содержит газообразную фазу и две жидкие фазы. Скорректированные объемные расходы (м/с) жидкой смеси и конкретных жидких фаз можно определять из нижеприведенного уравнения, в котором
является скорректированным объемным расходом, описанным выше:
Затем фазозависимый массовый расход первой и второй жидких фаз (и массовый расход жидкости) можно определить из следующих уравнений:
Таким образом, процесс 500А может получать оценки массового расхода составляющих фаз, включенных в многофазную технологическую среду, вместе с оценками, основанными на кажущихся свойствах многофазной технологической среды, полученными из движения расходомерной трубки 215.
Ссылаясь на фиг.5B, оцененные фазозависимые свойства, описанные выше, используются в примере процесса 500B для определения скорректированных фазозависимых свойств многофазной технологической текучей среды на основе степени влажности и второго кажущегося свойства многофазной текучей среды. Степень влажности, в общем, указывает на количество влаги в многофазной технологической текучей жидкости, и степень влажности может быть параметром Локхарта-Мартинелли. Второе кажущееся свойство является кажущимся свойством многофазной технологической среды, которое определено из прохождения текучей среды через расходомер 304 переменного перепада давления, такой как измерительная диафрагма расходомера. Второе кажущееся свойство может быть кажущимся объемным массовым расходом многофазной технологической текучей среды. Например, когда измерительная диафрагма расходомера используется в среде влажного газа, второе кажущееся свойство может быть массовым расходом жидкости, так как если бы это был сухой газ (например, газ, который не содержит жидкости).
Многофазную технологическую текучую среду пропускают через расходомер 304 переменного перепада давления (560), и второе кажущееся свойство определяется с использованием расходомера 304 переменного перепада давления (565). Расходомер переменного перепада давления может быть измерительной диафрагмой расходомера, как изложено выше со ссылкой на фиг.3. В других вариантах осуществления расходомер переменного перепада давления может быть расходомером Вентури или V-образным расходомером. В еще одних вариантах осуществления можно использовать любое препятствие потоку, характеристики которого можно определять. Дополнительно или в качестве альтернативы, можно применять расходомеры других типов. Например, возможно применение расходомеров на основе вихревых, турбинных, электромагнитных или ультразвуковых явлений. Более того, могут использоваться другие устройства переменного перепада давления.
Второе кажущееся свойство является кажущимся свойством многофазной технологической текучей среды, определяемым расходомером переменного перепада давления. В одном варианте осуществления второе кажущееся свойство является массовым расходом многофазной текучей среды, определяемым измерительной диафрагмой расходомера, как если бы текучая среда представляла собой сухой газ. Подобно расходомеру Кориолиса, расходомер переменного перепада давления также будет давать неточные результаты, когда присутствует многофазная технологическая текучая среда. В частности, измерительная диафрагма расходомера может выполнять определения в предположении, что многофазная текучая среда является сухим газом. Таким образом, показания, полученные измерительной диафрагмой расходомера, для многофазной текучей среды являются неточными и, в основном, отражают массовый расход многофазной текучей среды, как если бы такая среда являлась сухим газом.
g
l
l
g
Степень влажности многофазной технологической текучей среды определяют на основе, по меньшей мере, одного оцененного фазозависимого свойства, которое было определено на основе, по меньшей мере, одного скорректированного значения (570). Несмотря на то, что ниже по описанию используются такие же символы для плотности, следует понимать то, что плотности в расходомере переменного перепада давления и расходомере Кориолиса могут различаться. Степень влажности многофазной технологической текучей среды может быть параметром Локхарта-Мартинелли, который определяют из следующего уравнения, где ρ является оцененной плотностью давления газа, включенного в газовую фазу многофазной технологической текучей среды на расходомере 304 переменного перепада давления, p означает оцененную плотность жидкой фазы включенного в жидкую фазу многофазной технологической текучей среды на расходомере 304 переменного перепада давления, m является оцениваемым массовым расходом жидкой фазы, определяемой из процесса 500А, и m является оцениваемым массовым расходом газовой фазы, определяемой из процесса 500А:
Оценки плотностей газообразной и жидкой фаз можно определять методом, аналогичным методу, описанному со ссылкой на операцию 520 процесса 500A, за исключением использования температурных условий и условий давления в расходомере 304 переменного перепада давления вместо условий в расходомере 306 Кориолиса.
m
gTP
По меньшей мере, одно скорректированное фазозависимое свойство составляющей фаз многофазной технологической текучей среды определяют на основе второго кажущегося свойства и степени влажности (575). В продолжение вышеуказанного примера, в частности, когда текучая среда является влажным газом, второе кажущееся свойство может быть объемным массовым расходом многофазной технологической текучей среды, такой как сухой газ, и степень влажности может быть параметром Локхарта-Мартинелли. Скорректированные фазозависимые свойства могут представлять собой массовые расходы газовой и негазовой фаз многофазной технологической текучей среды. Скорректированный массовый расход газообразной фазы и скорректированный массовый расход жидкой фазы могут быть соответственно определены из поправочных уравнений Мердока, указанных ниже, где  означает кажущийся объемный массовый расход многофазной технологической текучей среды, измеренный расходомером переменного перепада давления:
Когда в жидкой фазе содержатся, по меньшей мере, две жидкости, массовые расходы конкретных жидких компонентов можно определить с использованием следующих выражений:
<mrow><msubsup><mi>ν</mi><mrow><mi>l</mi><mn>1</mn></mrow><mi>c</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ν</mi><mrow><mi>l</mi><mn>2</mn></mrow><mi>c</mi></msubsup></mrow>
где
является скорректированным объемным расходом первой жидкости и
является скорректированным объемным расходом второй жидкости, которые можно вычислить следующим образом:
x
1
где  означает измеренную или принятую объемную долю потока компоненты 1 текучей среды, как упоминалось выше.
Способ коррекции по Мердоку дополнительно описан в работе Murdock, J.W., «Two-phase flow with orifices», Journal of Basic Engineering, ASME Transactions 84(4), pp.419-433, December 1962.
В качестве альтернативы, в частности, когда текучая среда является влажным газом, скорректированный массовый расход газообразной фазы можно определять из нижеприведенных уравнений коррекции Чизхолма:
где
X
L-M
(для <1).
Кроме того, скорректированный массовый расход жидких фаз можно определять на основе следующих уравнений, которые описаны выше:
Коррекция по Чизхолму дополнительно описана в работах Chisholm, D., «Flow of incompressible two-phase mixtures through sharp-edged orifices», IMechE Journal of Mechanical Engineering Science, Volume 9, No. 1, pp.72-78, February 1967 и Chisholm, D., «Research Note: Two-phase flow through sharp-edged orifices», IMechE Journal of Mechanical Engineering Science, Volume 19, No. 3, pp.128-130, June 1977.
В других вариантах осуществления можно применять другие методы коррекции, при необходимости, в зависимости от типа применяемого расходомера переменного перепада давления. Например, если применяется расходомер Вентури, то можно воспользоваться методом коррекции по Де Лю. Такая коррекция аналогична по форме коррекции по Чизхолму с модифицированными коэффициентами (см., например, работы De Leeuw, H., «Wet Gas Flow Measurement using a combination of Venturi meter and a tracer technique», North Sea Flow Measurement Workshop, Peebles, Scotland, Oct. 1994 и De Leeuw, H., «Liquid Correction of Venturi Meter Readings in Wet Gas Flow», North Sea Flow Measurement Workshop, Norway, Oct. 1997).
Скорректированные фазозависимые свойства, определенные на этапе (575), сравнивают с оцененными фазозависимыми свойствами, определенными на этапе (530) (580). Сравнивание фазозависимых свойств, определенных на этапе (530), которые определены на основе данных из расходомера Кориолиса, с данными, определенными на этапе (575), которые определены на основе данных из расходомера Кориолиса и расходомера переменного перепада давления, позволит оценить, надлежащим ли образом работают приборы. Например, если фазозависимые свойства сравнивают и определяют аналогичными, то такой результат обычно показывает, что расходомер Кориолиса и расходомер переменного перепада давления работают надлежащим образом.
Вычисления, описанные для различных вариантов осуществления, могут выполняться измерительным преобразователем расходомера Кориолиса, вычислительным устройством, связанным с расходомером Кориолиса и/или расходомером переменного перепада давления, или потоковым компьютером, или вычислительным устройством, связанным с расходомером Кориолиса и/или расходомером переменного перепада давления.
Выше приведено описание нескольких вариантов осуществления. Тем не менее, следует понимать, что возможно исполнение различных модификаций. Соответственно, другие варианты осуществления находятся в пределах объема притязаний нижеприведенной формулы изобретения.