CN110186522A - 结合涡街幅值特性的湿气过读补偿与流量测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种结合涡街幅值特性的湿气过读补偿与流量测量方法，步骤如下：采集压力p、温度T和压电传感器输出的涡街时序信号s(t)；计算气体密度ρg和液体密度ρp；提取涡街信号的频率fVS和幅值AVS；计算未进行过读修正的表观气相体积流量Qg,apparent作为气相体积流量Qg迭代初值；迭代计算直至收敛：计算气相体积流量Qg对应的表观气相速度Usg、计算单相气时的信号幅值、计算液滴加载量φp、计算过读因子OR、计算过读补偿后的湿气气相体积流量。得到最终的湿气中气相体积流量Qg和液滴加载量φp。
Description
技术领域
本发明属于气液两相流量测量领域，涉及一种结合涡街幅值特性的湿气过读补偿与流量测量方法。
背景技术
湿气流动广泛存在于天然气行业，对其进行准确计量对于管道输运、贸易结算有重要影响，直接关系到环境保护、能源管理及其充分利用[1]。当气速较高时，环雾状流是最主要的湿气流型，其中液相以夹带液滴和壁面液膜的形式存在[2]。涡街流量计因其稳健、经济、量程比高、压损小而被广泛应用于湿气的在线测量。然而，当传统的单相涡街流量计应用到湿气测量时，湿气中的少量液相会影响涡街仪表系数，使测得的气相流量偏高(过读，overreading，OR)，最大可引起20％的测量误差[3]。为提高涡街流量计在湿气中的测量精度，需对过读现象进行精确建模与合理修正。
文献[4]针对不同压力和介质工况下过读关联式不统一的问题，通过理论计算，指出液相中的液滴质量加载量是影响涡街过读的主要因素。然而，过读的修正需要已知湿气中的液滴质量流量或液滴质量分数，一般通过微波法、射线法和等速采样法测得[5]。这些方法操作复杂、成本高且难以实现连续的准确测量。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。
专利201810644726.7设计了一种多参数可调的雾状流实验系统，专利201810226454.9给出了一种环状流液膜收集与计量装置，专利201810232606.6提供了一种环状流液膜分离与质量计量方法。
参考文献
[1]Mehdizadeh P,Marrelli J,Ting V C,“Wet gas metering:trends inapplications and technical developments,”in Proc.SPE Annu.Tech.Conf,SanAntordo,TX,USA,2002,pp.1–14.
[2]T.Oshinowo and M.E.Charles,“Vertical two-phase flow part I.Flowpattern correlations,”Can.J.Chem.Eng.,vol.52,no.1,pp.25–35,1974.
[3]R.Steven,“Wet gas metering,”Ph.D.dissertation,Dept.Mech.Eng.Univ.Strathclyde,Scotland U.K.,2001.
[4]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.
[5]ASME,ASME MFC-19G-2008,Wet gas flowmetering guideline.AmericanSociety of Mechanical Engineers,USA,2008.
发明内容
本发明的目的是基于涡街压电传感器在湿气中的频率和幅值特性，提供一种只使用一台涡街流量计就可消除液相引起的测量过读问题的湿气流量测量方法。本发明的技术方案如下：
一种结合涡街幅值特性的湿气过读补偿与流量测量方法，该方法利用涡街压电传感器在湿气中的频率和幅值特性进行湿气过读补偿与流量测量，方法如下：
1)采集压力p、温度T和压电传感器输出的涡街时序信号s(t)。
2)通过p和T分别计算气体密度ρg和液体密度ρp；提取涡街信号的频率fVS和幅值AVS。
3)根据式(1)计算未进行过读修正的表观气相体积流量Qg,apparent作为气相体积流量Qg迭代初值
Qg,apparent＝3600fVS/Kv (1)
其中，Kv为涡街流量计在单相气中的仪表系数(m-3)。
4)根据式(2)计算气相体积流量Qg对应的表观气相速度Usg
Usg＝4Qg/πD2 (2)
其中，D为管道公称直径。
5)根据式(3)计算单相气时的信号幅值A0(单位：mV)
6)根据式(4)中的涡街信号特征幅值AVS与液滴加载量φp的关系，计算液滴加载量φp
7)根据式(5)计算过读因子OR
OR＝1+271.08φpρg/ρp (5)
8)根据式(6)计算过读补偿后的湿气气相体积流量
Qg＝Qg,apparent/OR (6)
9)如果|Qg-Qg,last|≤δ，δ是足够小的正实数，则迭代结束，否则，将计算出的气相体积流量Qg作为下一次迭代的初值重新执行4～8步的计算，直至收敛为止。
10)得到最终的湿气中气相体积流量Qg和液滴加载量φp。
附图说明
图1：信号采集流程图
图2：环雾状流型示意图
图3：过读-液滴加载量关系图
图4：单相中涡街信号幅值与表观气速和气相密度的关系图
图5：湿气中无量纲涡街信号幅值-液滴加载量关系图
图6：迭代算法流程图
图7：湿气中气相体积流量预测值与真实值对比图
图8：湿气中气相体积流量预测误差分布图
具体实施方式
现结合附图和实施对本发明做进一步说明。
本实例是结合涡街幅值特性的湿气过读补偿与流量测量方法的具体实施。湿气工况压力p＝270～440kPa，气相体积流量Qg＝9～17m3/h，液相质量流量ml＝1.7～17kg/h。
信号采集流程图如附图1所示：采集工况压力p、工况温度T以及涡街时序序号s(t)，其中s(t)由压电传感器采集得到：压电探头将流动信号转化为电信号，由硬件电路将原始信号进行电荷放大和电压放大，并进行带通滤波(f＝200～2500 Hz)后，由NI-USB采集卡进行数据采集，采样频率为20kHz，采样点数为131072，并由Labview软件进行显示和存储，从而得到涡街时序信号s(t)。
涡街流量计是一种速度式流量计，通过测量旋涡脱落频率fVS即可得到流体体积流量
其中，Kv(＝4St0/πD2d)为涡街流量计在单相气中的仪表系数(m-3)。D为管道公称直径，d为发生体的迎流面宽度，St0为单相气工况下的斯特劳哈尔数，在一定雷诺数范围内为常数。本例中，St0＝0.251,d＝4.2mm，D＝15mm,Kv＝338182.4m-3。
在湿气流动中，少量液相的存在使得在应用涡街流量计测量湿气的过程中，测得的气相体积流量Qg,apparent高于实际气体的流量Qg，称为“过读”现象。为对涡街过读进行修正，引入量纲为1的修正系数OR，表示为
其中，St为湿气中的涡街斯特劳哈儿数，St＝fVS·d/Usg，Usg为气相表观流速，Usg＝4Qg/πD2。
根据文献[4]的研究结论，液滴加载量φp是影响过读OR的主要因素。湿气环雾状流型如附图2所示：液相一部分以液膜形式在管壁低速流动，一部分以离散液滴形式被气流夹带。
定义液滴质量加载量参数φp
其中，mp和mLF分别代表液滴和液膜的质量流量，ml和mg分别代表液相和气相的质量流量。
为准确测量湿气两相流中的气相流量，必须对过读OR进行准确建模并进行合理修正。本专利提出一种结合涡街幅值特性的湿气过读补偿与流量测量方法。
首先对涡街传感器在湿气中的过读和幅值特性进行建模。利用专利201810644726.7中的多参数可调的雾状流实验系统，以及专利201810226454.9和201810232606.6提供的环状流液膜收集装置与质量计量方法，测得不同液相质量加载量φ和不同压力p下的液滴加载量φp。
然后进行模型关联式中相关系数的标定。过读OR随φp的变化如附图3所示，可得到过读关联式
在单相气工况下，信号幅值A0(单位：mV)与表观气速Usg和气相密度ρg的变化如附图4所示，有
无量纲涡街信号幅值A*＝AVS/A0的变化如附图5所示，有
基于上述关于涡街频率和幅值特性在湿气中的建模与标定结果，可得到湿气测量模型，总结如下：
下面基于上述建模和标定结果，进行结合涡街幅值特性的湿气过读补偿与流量测量，如附图6所示，方法如下：
1)采集压力p、温度T和压电传感器输出的涡街时序信号s(t)。
2)通过p和T分别计算气体密度ρg和液体密度ρp；提取涡街信号的频率fVS和幅值AVS。
3)根据式(1)计算未进行过读修正的表观气相体积流量Qg,apparent作为气相体积流量Qg迭代初值
Qg,apparent＝3600fVS/Kv (7)
其中，Kv为涡街流量计在单相气中的仪表系数(m-3)。
4)根据式(2)计算气相体积流量Qg对应的表观气相速度Usg
Usg＝4Qg/πD2 (8)
其中，D为管道公称直径。
5)根据式(3)计算单相气时的信号幅值A0(单位：mV)
6)根据式(4)中的涡街信号特征幅值AVS与液滴加载量φp的关系，计算液滴加载量φp
7)根据式(5)计算过读因子OR
OR＝1+271.08φpρg/ρp (11)
8)根据式(6)计算过读补偿后的湿气气相体积流量
Qg＝Qg,apparent/OR (12)
9)如果|Qg-Qg,last|≤δ，δ是足够小的正实数，则迭代结束，否则，将计算出的气相体积流量Qg作为下一次迭代的初值重新执行4～8步的计算，直至收敛为止。
10)得到最终的湿气中气相体积流量Qg和液滴加载量φp。
为验证上述提出的结合涡街幅值特性的湿气过读补偿与流量测量方法，不同条件下的气相体积流量的真实值和预测值对比如附图7所示。预测值与真实值的误差分布如附图8所示，其中误差PE(％)＝(预测值-真实值)/真实值×100。在湿气测量中，气相体积流量的预测误差均在±1.5％以内，平均绝对误差为0.37％，表明模型预测精度较高。
本发明通过对涡街流量计在湿气中的频率特性和幅值特性进行建模，提出了一种结合涡街幅值特性的湿气过读补偿与流量测量方法。本发明无需其他复杂、昂贵的液相流量测量装置和测量方法，提供了一种仅通过一台涡街流量计即可实现湿气流量准确计量的测量方法，简单、经济且预测精度高。
Claims (1)
1.一种结合涡街幅值特性的湿气过读补偿与流量测量方法，该方法利用涡街传感器在湿气中的频率和幅值特性进行湿气过读补偿与流量测量。方法如下：
1)采集压力p、温度T和压电传感器输出的涡街时序信号s(t)；
2)通过p和T分别计算气体密度ρg和液体密度ρp；提取涡街信号的频率fVS和幅值AVS；
3)根据式(1)计算未进行过读修正的表观气相体积流量Qg,apparent作为气相体积流量Qg迭代初值
Qg,apparent＝3600fVS/Kv (1)
其中，Kv为涡街流量计在单相气中的仪表系数(m-3)；
4)根据式(2)计算气相体积流量Qg对应的表观气相速度Usg
Usg＝4Qg/πD2 (2)
其中，D为管道公称直径；
5)根据式(3)计算单相气时的信号幅值A0
6)根据式(4)中的涡街信号特征幅值与液滴加载量的关系，计算液滴加载量φp
7)根据式(5)计算过读因子OR
OR＝1+271.08φpρg/ρp (5)
8)根据式(6)计算过读补偿后的湿气气相体积流量
Qg＝Qg,apparent/OR (6)
9)如果|Qg-Qg,last|≤δ，δ是足够小的正实数，则迭代结束，否则，将计算出的气相体积流量Qg作为下一次迭代的初值重新执行4～8步的计算，直至收敛为止；
10)得到最终的湿气中气相体积流量Qg和液滴加载量φp。
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|---|---|
| CN (1) | CN110186522B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111649789A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-09-11 | 天津大学 | 一种融合涡街频率和对流特性的湿气流量测量方法 |
| CN112857481A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-05-28 | 中国民航大学 | 基于液膜厚度建模的涡街湿气分相流量测量方法 |
| CN112926767A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-06-08 | 天津大学 | 基于粒子群bp神经网络的环雾状流气相表观流速预测方法 |
| CN112945318A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-06-11 | 天津大学 | 基于液膜厚度测量和涡街流量计的湿气分相流量测量方法 |
| CN113049047A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-06-29 | 天津大学 | 基于牛顿迭代的涡街湿气分相流量测量方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1967159A (zh) * | 2006-11-13 | 2007-05-23 | 浙江大学 | 气液两相泡状流流量与体积含气率测量方法及装置 |
| CN101578503A (zh) * | 2006-08-28 | 2009-11-11 | 因万西斯系统股份有限公司 | 湿气测量 |
| US9188471B2 (en) * | 2014-04-22 | 2015-11-17 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Two-phase flow sensor using cross-flow-induced vibrations |
| US9424674B2 (en) * | 2014-04-01 | 2016-08-23 | Saudi Arabian Oil Company | Tomographic imaging of multiphase flows |
| CN106768117A (zh) * | 2017-02-20 | 2017-05-31 | 天津大学 | 一种湿蒸汽干度流量双参数测量方法 |
| CN108469281A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-08-31 | 天津大学 | 基于emd和频谱校正的两相涡街信号处理方法 |
-
2019
- 2019-05-31 CN CN201910474178.2A patent/CN110186522B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101578503A (zh) * | 2006-08-28 | 2009-11-11 | 因万西斯系统股份有限公司 | 湿气测量 |
| CN1967159A (zh) * | 2006-11-13 | 2007-05-23 | 浙江大学 | 气液两相泡状流流量与体积含气率测量方法及装置 |
| US9424674B2 (en) * | 2014-04-01 | 2016-08-23 | Saudi Arabian Oil Company | Tomographic imaging of multiphase flows |
| US9188471B2 (en) * | 2014-04-22 | 2015-11-17 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Two-phase flow sensor using cross-flow-induced vibrations |
| CN106768117A (zh) * | 2017-02-20 | 2017-05-31 | 天津大学 | 一种湿蒸汽干度流量双参数测量方法 |
| CN108469281A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-08-31 | 天津大学 | 基于emd和频谱校正的两相涡街信号处理方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| MAXIMILIAN FRIEDLE,ET AL: "Operational range of a Gas-Solid Vortex Unit", 《POWDER TECHNOLOGY》 * |
| XUEBO ZHENG,ET AL.: "Flow rate measurement of low GVF gas-liquid two-phase flow with a V-Cone meter", 《EXPERIMENTAL THERMAL AND FLUID SCIENCE》 * |
| 张磊: "基于涡街流量传感器的湿气测量方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111649789A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-09-11 | 天津大学 | 一种融合涡街频率和对流特性的湿气流量测量方法 |
| CN112926767A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-06-08 | 天津大学 | 基于粒子群bp神经网络的环雾状流气相表观流速预测方法 |
| CN112857481A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-05-28 | 中国民航大学 | 基于液膜厚度建模的涡街湿气分相流量测量方法 |
| CN112945318A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-06-11 | 天津大学 | 基于液膜厚度测量和涡街流量计的湿气分相流量测量方法 |
| CN113049047A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-06-29 | 天津大学 | 基于牛顿迭代的涡街湿气分相流量测量方法 |
| CN112945318B (zh) * | 2021-01-29 | 2022-12-06 | 天津大学 | 基于液膜厚度测量和涡街流量计的湿气分相流量测量方法 |
| CN112857481B (zh) * | 2021-01-29 | 2024-04-05 | 中国民航大学 | 基于液膜厚度建模的涡街湿气分相流量测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110186522B (zh) | 2020-12-11 |
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