RU2782508C1 - Using steam pressure to determine the concentration of components in a multicomponent fluid - Google Patents
Using steam pressure to determine the concentration of components in a multicomponent fluid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782508C1 RU2782508C1 RU2021131976A RU2021131976A RU2782508C1 RU 2782508 C1 RU2782508 C1 RU 2782508C1 RU 2021131976 A RU2021131976 A RU 2021131976A RU 2021131976 A RU2021131976 A RU 2021131976A RU 2782508 C1 RU2782508 C1 RU 2782508C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- component
- vapor pressure
- fluid
- pressure
- multicomponent
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention relates
Описанные ниже варианты осуществления относятся к определению концентрации компонента в потоке многокомпонентной текучей среды и, более конкретно, к использованию давления пара для определения концентраций компонентов в потоке многокомпонентной текучей среды.The embodiments described below relate to determining the concentration of a component in a multi-component fluid stream and, more specifically, to using vapor pressure to determine component concentrations in a multi-component fluid stream.
Уровень техникиState of the art
Вибрационные датчики, такие как, например, вибрационные плотномеры и расходомеры Кориолиса, в целом, известны и используются, чтобы измерять массовый расход и другую информацию для веществ, протекающих через трубу в расходомере. Примерные расходомеры Кориолиса раскрываются в патенте США 4,109,524, патенте США 4,491,025 и деле 31,450, все для Дж. Е. Смита и др. Эти расходомеры имеют одну или более труб прямой или изогнутой конфигурации. Конфигурация каждой трубы в кориолисовом массовом расходомере, например, имеет множество режимов свободных колебаний, которые могут иметь тип простого изгиба, торсионный или соединенный тип. Каждая трубка может приводиться в колебание в предпочтительном режиме.Vibration sensors such as, for example, vibratory density meters and Coriolis flow meters are generally known and used to measure mass flow and other information for substances flowing through a tube in a flow meter. Exemplary Coriolis flowmeters are disclosed in US Pat. No. 4,109,524, US Pat. No. 4,491,025, and File 31,450, all to J. E. Smith et al. These flow meters have one or more tubes in a straight or curved configuration. The configuration of each tube in a Coriolis mass flowmeter, for example, has a plurality of free oscillation modes, which may be of a simple bend type, a torsion type, or a coupled type. Each tube can be oscillated in the preferred mode.
Материал протекает в расходомере из подсоединенного трубопровода на впускной стороне расходомера, направляется через трубу(ы) и выходит из расходомера через выпускную сторону расходомера. Режимы свободного колебания вибрационной системы определяются частично посредством объединенной массы трубок и материала, протекающего в трубках.Material flows into the flowmeter from a connected pipeline on the inlet side of the flowmeter, is directed through the pipe(s), and exits the flowmeter through the outlet side of the flowmeter. The modes of free oscillation of a vibrating system are determined in part by the combined mass of the tubes and the material flowing in the tubes.
Когда нет потока через расходомер, возбуждающая сила, прикладываемая к трубе(ам), вынуждает все точки вдоль трубы(труб) колебаться с идентичной фазой или небольшим "корректированием нуля", которое является временной задержкой, измеренной при нулевом расходе. Когда вещество начинает протекать через расходомер, кориолисовы силы вынуждают каждую точку вдоль трубы(труб) иметь различную фазу. Например, фаза на впускном конце расходомера отстает от фазы в централизованной позиции возбуждающего устройства, в то время как фаза на выпуске опережает фазу в централизованной позиции возбуждающего устройства. Тензодатчики на трубе(ах) формируют синусоидальные сигналы, характерные для перемещения трубы(труб). Сигналы, выводимые из тензодатчиков, обрабатываются, чтобы определять временную задержку между тензодатчиками. Временная задержка между двумя или более тензодатчиками пропорциональна массовому расходу вещества, протекающего через трубу(ы).When there is no flow through the flowmeter, a driving force applied to the pipe(s) causes all points along the pipe(s) to oscillate with identical phase or a small "zero correction" which is the time delay measured at zero flow. When material begins to flow through the flowmeter, Coriolis forces force each point along the pipe(s) to have a different phase. For example, the phase at the inlet end of the flow meter lags the phase at the driver center position, while the phase at the outlet leads the phase at the driver center position. Load cells on the pipe(s) generate sinusoidal signals characteristic of the movement of the pipe(s). The signals output from the strain gauges are processed to determine the time delay between the strain gauges. The time delay between two or more strain gauges is proportional to the mass flow rate of the material flowing through the pipe(s).
Измерительный электронный прибор, присоединенный к возбуждающему устройству, формирует возбуждающий сигнал, чтобы приводить в действие возбуждающее устройство и определять массовый расход и другие свойства вещества из сигналов, принимаемых от тензодатчиков. Возбуждающее устройство может содержать одну из многих хорошо известных конфигураций; однако, магнит и встречно-включенная катушка возбуждения успешно применяются в отрасли расходомеров. Переменный ток передается катушке возбуждения для вибрации трубы(труб) с желаемой амплитудой и частотой расходомерной трубы. Также в области техники известно предоставление тензодатчиков в качестве конфигурации магнита и катушки, очень похожей на конфигурацию возбуждающего устройства. Однако, в то время как возбуждающее устройство получает ток, который индуцирует перемещение, тензодатчики могут использовать перемещение, обеспечиваемое возбуждающим устройством, чтобы индуцировать напряжение.The meter electronics coupled to the driver generates a drive signal to drive the driver and determine mass flow and other material properties from the signals received from the strain gauges. The driving device may comprise one of many well known configurations; however, the magnet and the back-to-back field coil have been successfully used in the flow meter industry. An alternating current is applied to an excitation coil to vibrate the pipe(s) at the desired amplitude and frequency of the flow pipe. It is also known in the art to provide strain gauges as a magnet and coil configuration very similar to the driver configuration. However, while the driver is receiving a current that induces movement, the strain gauges can use the motion provided by the driver to induce a voltage.
Давление пара является важным свойством в прикладных задачах, которые имеют дело с протеканием и хранением летучих жидкостей, таких как бензин, газоконденсатные жидкости и сжиженный нефтяной газ. Давление пара предоставляет указание того, как летучие жидкости могут выполнять действие во время обработки, и дополнительно указывает условия, в которых пузырьки вероятно будут формироваться, и давление вероятно будет создаваться. По существу, показатель измерения давления пара летучих жидкостей увеличивает безопасность и предотвращает повреждение транспортных резервуаров и инфраструктуры. Например, если давление пара текучей среды является слишком высоким, может возникать образование пустот во время операций перекачки и транспортировки. Кроме того, давление пара резервуара или технологической линии может потенциально расти сверх безопасных уровней вследствие температурных изменений. Следовательно, часто требуется, чтобы давление пара было известным перед сохранением и транспортировкой.Vapor pressure is an important property in applications that deal with the flow and storage of volatile liquids such as gasoline, NGLs, and LPG. The vapor pressure provides an indication of how the volatile liquids may act during processing and further indicates the conditions under which bubbles are likely to form and pressure is likely to be generated. As such, the vapor pressure measurement of volatile liquids increases safety and prevents damage to transport tanks and infrastructure. For example, if the vapor pressure of the fluid is too high, voids may occur during pumping and transport operations. In addition, the vapor pressure of a tank or process line can potentially rise above safe levels due to temperature changes. Therefore, it is often required that the vapor pressure be known before storage and transport.
Во многих применениях желательно также знать концентрации компонентов в многокомпонентной текучей среде. Для этого может потребоваться дополнительное оборудование и/или лабораторные пробы. Измерение на месте является более достоверным, так как оно устраняет необходимость в периодической дискретизации и полностью устраняет риск изменений свойств текучей среды между временем сбора пробы и лабораторным испытанием. Кроме того, безопасность улучшается посредством наличия измерений в реальном времени, так как небезопасные условия могут быть исправлены незамедлительно. Дополнительно, деньги экономятся, так как регулятивное правоприменение может быть проведено посредством проверок проб на месте, при этом инспекция и правоприменительные решения могут быть выполнены с небольшой задержкой или перерывом процесса. Соответственно, желательно определять концентрации компонентов в многокомпонентной текучей среде, используя давление пара текучей среды.In many applications, it is also desirable to know the concentrations of the components in the multicomponent fluid. This may require additional equipment and/or laboratory samples. On-site measurement is more reliable as it eliminates the need for periodic sampling and completely eliminates the risk of changes in fluid properties between the time of sample collection and laboratory testing. In addition, safety is improved through the availability of real-time measurements, since unsafe conditions can be corrected immediately. Additionally, money is saved as regulatory enforcement can be carried out through on-site sample checks, and inspection and enforcement decisions can be made with little delay or interruption in the process. Accordingly, it is desirable to determine the concentrations of components in a multicomponent fluid using the vapor pressure of the fluid.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Предоставляется система для использования давления пара для определения концентрации компонента в многокомпонентной текучей среде. Согласно варианту осуществления, система содержит электронный прибор, соединенный с возможностью связи с измерительным преобразователем, сконфигурированным, чтобы обнаруживать многокомпонентную текучую среду. Электронный прибор конфигурируется, чтобы определять первое давление пара, первое давление пара является давлением пара первого компонента многокомпонентной текучей среды, определять второе давление пара, второе давление пара является давлением пара второго компонента многокомпонентной текучей среды, определять многокомпонентное давление пара, многокомпонентное давление пара является давлением пара многокомпонентной текучей среды, и определять концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара.A system is provided for using vapor pressure to determine the concentration of a component in a multicomponent fluid. According to an embodiment, the system comprises an electronic device communicatively coupled to a transducer configured to detect a multicomponent fluid. The electronic instrument is configured to determine the first vapor pressure, the first vapor pressure is the vapor pressure of the first component of the multi-component fluid, determine the second vapor pressure, the second vapor pressure is the vapor pressure of the second component of the multi-component fluid, determine the multi-component vapor pressure, the multi-component vapor pressure is vapor pressure multi-component fluid, and determine the concentration of at least one of the first component and the second component based on the multi-component vapor pressure, the first vapor pressure and the second vapor pressure.
Предоставляется способ использования давления пара для определения концентрации компонента в многокомпонентной текучей среде. Согласно варианту осуществления, способ содержит определение первого давления пара, первое давление пара является давлением пара первого компонента многокомпонентной текучей среды, определение второго давления пара, второе давление пара является давлением пара второго компонента многокомпонентной текучей среды, использование измерительного преобразователя, имеющего многокомпонентную текучую среду, чтобы определять многокомпонентное давление пара, многокомпонентное давление пара является давлением пара многокомпонентной текучей среды, и определение концентрации, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара.A method is provided for using vapor pressure to determine the concentration of a component in a multi-component fluid. According to an embodiment, the method comprises determining a first vapor pressure, the first vapor pressure is the vapor pressure of the first component of the multicomponent fluid, determining the second vapor pressure, the second vapor pressure is the vapor pressure of the second component of the multicomponent fluid, using a transducer having the multicomponent fluid to determine the multi-component vapor pressure, the multi-component vapor pressure is the vapor pressure of the multi-component fluid, and determining the concentration of at least one of the first component and the second component based on the multi-component vapor pressure, the first vapor pressure, and the second vapor pressure.
АспектыAspects
Согласно аспекту, система (700) для использования давления пара для определения концентрации компонента в многокомпонентной текучей среде содержит электронный прибор (710), соединенный с возможностью связи с измерительным преобразователем (720), сконфигурированным, чтобы обнаруживать многокомпонентную текучую среду. Электронный прибор (710) конфигурируется, чтобы определять первое давление пара, первое давление пара является давлением пара первого компонента многокомпонентной текучей среды, определять второе давление пара, второе давление пара является давлением пара второго компонента многокомпонентной текучей среды, определять многокомпонентное давление пара, многокомпонентное давление пара является давлением пара многокомпонентной текучей среды, и определять концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара.According to an aspect, the system (700) for using vapor pressure to determine the concentration of a component in a multicomponent fluid comprises an electronic instrument (710) communicatively coupled to a transducer (720) configured to detect the multicomponent fluid. The electronic instrument (710) is configured to determine the first vapor pressure, the first vapor pressure is the vapor pressure of the first component of the multi-component fluid, determine the second vapor pressure, the second vapor pressure is the vapor pressure of the second component of the multi-component fluid, determine the multi-component vapor pressure, the multi-component vapor pressure is the vapor pressure of the multi-component fluid, and determine the concentration of at least one of the first component and the second component based on the multi-component vapor pressure, the first vapor pressure, and the second vapor pressure.
Предпочтительно, электронный прибор (710), конфигурируемый, чтобы определять концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара, содержит электронный прибор (710), конфигурируемый, чтобы использовать уравнения:Preferably, the electronic instrument (710) configurable to determine the concentration of at least one of the first component and the second component based on the multicomponent vapor pressure, the first vapor pressure, and the second vapor pressure comprises an electronic instrument (710) configurable to use equations:
; и ; and
; ;
где:where:
Pm является многокомпонентным давлением пара и является суммой давлений, оказываемых каждым компонентом многокомпонентной текучей среды, являющейся двухкомпонентной текучей средой;P m is the multi-component vapor pressure and is the sum of the pressures exerted by each component of the multi-component fluid, which is a two-component fluid;
, являются, соответственно, первым давлением пара и вторым давлением пара, когда первый компонент и второй компонент являются беспримесными текучими средами; и , are respectively the first vapor pressure and the second vapor pressure when the first component and the second component are pure fluids; and
, являются, соответственно, молярными долями первого и второго компонента в двухкомпонентной текучей среде. , are, respectively, the mole fractions of the first and second components in the two-component fluid.
Предпочтительно, электронный прибор (710), конфигурируемый, чтобы определять концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара, содержит электронный прибор (710), конфигурируемый, чтобы определять концентрации первого компонента, второго компонента и третьего компонента с помощью уравнений:Preferably, the electronic instrument (710) configurable to determine the concentration of at least one of the first component and the second component based on the multicomponent vapor pressure, the first vapor pressure, and the second vapor pressure comprises an electronic instrument (710) configurable to determine concentrations of the first component, the second component and the third component using the equations:
; ;
; ;
; и ; and
; ;
где:where:
является многокомпонентным давлением пара многокомпонентной текучей среды, где многокомпонентная текучая среда является трехкомпонентной текучей средой; is a multi-component vapor pressure of a multi-component fluid, where the multi-component fluid is a three-component fluid;
и являются соответствующими молярными долями первого компонента, второго компонента и третьего компонента трехкомпонентной текучей среды; and are the respective mole fractions of the first component, the second component, and the third component of the ternary fluid;
и являются, соответственно, первым давлением пара, вторым давлением пара и третьим давлением пара, когда первый компонент, второй компонент и третий компонент являются беспримесными текучими средами; and are respectively the first vapor pressure, the second vapor pressure and the third vapor pressure when the first component, the second component and the third component are pure fluids;
является молекулярным весом трехкомпонентной текучей среды; is the molecular weight of the ternary fluid;
, и являются соответствующими молекулярными весами первого компонента, второго компонента и третьего компонента; , and are the respective molecular weights of the first component, the second component and the third component;
, и являются соответствующими массовыми долями первого компонента, второго компонента и третьего компонента в трехкомпонентной текучей среде и, соответственно равны , , и ; , and are the respective mass fractions of the first component, the second component and the third component in the ternary fluid and are respectively equal to , , and ;
, и являются соответствующими плотностями первого компонента, второго компонента и третьего компонента трехкомпонентной текучей среды; и , and are the respective densities of the first component, the second component, and the third component of the ternary fluid; and
является плотностью трехкомпонентной текучей среды. is the density of the ternary fluid.
Предпочтительно, электронный прибор (710) дополнительно конфигурируется, чтобы определять плотность многокомпонентной текучей среды в измерительном преобразователе (720) на основе сигналов датчика, предоставляемых измерительным преобразователем (720).Preferably, the electronic instrument (710) is further configured to determine the density of the multicomponent fluid in the transmitter (720) based on the sensor signals provided by the transmitter (720).
Предпочтительно, электронный прибор (710) дополнительно конфигурируется, чтобы определять истинное давление пара многокомпонентной текучей среды на основе статического давления многокомпонентной текучей среды в измерительном преобразователе (720).Preferably, the electronic instrument (710) is further configured to determine the true vapor pressure of the multicomponent fluid based on the static pressure of the multicomponent fluid in the transducer (720).
Предпочтительно, электронный прибор (710) дополнительно конфигурируется, чтобы определять давление пара на основе коэффициента усиления возбуждающего сигнала, предоставляемого измерительному преобразователю (720).Preferably, the electronic instrument (710) is further configured to determine the vapor pressure based on the gain of the drive signal provided to the transducer (720).
Предпочтительно, электронный прибор (710) является измерительным электронным прибором (20), а измерительный преобразователь (720) является измерительным узлом (10) вибрационного измерителя (5).Preferably, the electronic device (710) is the measuring electronic device (20), and the measuring transducer (720) is the measuring unit (10) of the vibration meter (5).
Согласно аспекту, способ использования давления пара для определения концентрации компонента в многокомпонентной текучей среде содержит определение первого давления пара, первое давление пара является давлением пара первого компонента многокомпонентной текучей среды, определение второго давления пара, второе давление пара является давлением пара второго компонента многокомпонентной текучей среды, использование измерительного преобразователя, имеющего многокомпонентную текучую среду, чтобы определять многокомпонентное давление пара, многокомпонентное давление пара является давлением пара многокомпонентной текучей среды, и определение концентрации, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара.According to an aspect, the method of using vapor pressure to determine the concentration of a component in a multicomponent fluid comprises determining a first vapor pressure, the first vapor pressure is the vapor pressure of the first component of the multicomponent fluid, determining the second vapor pressure, the second vapor pressure is the vapor pressure of the second component of the multicomponent fluid, using a transducer having a multi-component fluid to determine the multi-component vapor pressure, the multi-component vapor pressure is the vapor pressure of the multi-component fluid, and determining the concentration of at least one of the first component and the second component based on the multi-component vapor pressure, the first vapor pressure, and second steam pressure.
Предпочтительно, определение концентрации, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара содержит использование уравнений:Preferably, determining the concentration of at least one of the first component and the second component based on the multi-component vapor pressure, the first vapor pressure and the second vapor pressure comprises using the equations:
; и ; and
; ;
где:where:
Pm является многокомпонентным давлением пара и является суммой давлений, оказываемых каждым компонентом многокомпонентной текучей среды, являющейся двухкомпонентной текучей средой;P m is the multi-component vapor pressure and is the sum of the pressures exerted by each component of the multi-component fluid, which is a two-component fluid;
, являются, соответственно, первым давлением пара и вторым давлением пара, когда первый компонент и второй компонент являются беспримесными текучими средами; и , are respectively the first vapor pressure and the second vapor pressure when the first component and the second component are pure fluids; and
, являются, соответственно, молярными долями первого и второго компонента в двухкомпонентной текучей среде. , are, respectively, the mole fractions of the first and second components in the two-component fluid.
Предпочтительно, определение концентрации, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара содержит определение концентраций первого компонента, второго компонента и третьего компонента с помощью уравнений:Preferably, determining the concentration of at least one of the first component and the second component based on the multicomponent vapor pressure, the first vapor pressure, and the second vapor pressure comprises determining the concentrations of the first component, the second component, and the third component using the equations:
; ;
; ;
; и ; and
; ;
где:where:
является многокомпонентным давлением пара многокомпонентной текучей среды, где многокомпонентная текучая среда является трехкомпонентной текучей средой; is a multi-component vapor pressure of a multi-component fluid, where the multi-component fluid is a three-component fluid;
и являются соответствующими молярными долями первого компонента, второго компонента и третьего компонента трехкомпонентной текучей среды; and are the respective mole fractions of the first component, the second component, and the third component of the ternary fluid;
и являются, соответственно, первым давлением пара, вторым давлением пара и третьим давлением пара, когда первый компонент, второй компонент и третий компонент являются беспримесными текучими средами; and are respectively the first vapor pressure, the second vapor pressure and the third vapor pressure when the first component, the second component and the third component are pure fluids;
является молекулярным весом трехкомпонентной текучей среды; is the molecular weight of the ternary fluid;
, и являются соответствующими молекулярными весами первого компонента, второго компонента и третьего компонента; , and are the respective molecular weights of the first component, the second component and the third component;
, и являются соответствующими массовыми долями первого компонента, второго компонента и третьего компонента в трехкомпонентной текучей среде и, соответственно, равны , и ; , and are the respective mass fractions of the first component, the second component and the third component in the ternary fluid and are respectively equal to , and ;
, и являются соответствующими плотностями первого компонента, второго компонента и третьего компонента трехкомпонентной текучей среды; и , and are the respective densities of the first component, the second component, and the third component of the ternary fluid; and
является плотностью трехкомпонентной текучей среды. is the density of the ternary fluid.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит определение плотности многокомпонентной текучей среды в измерительном преобразователе на основе сигналов датчика, предоставляемых измерительным преобразователем.Preferably, the method further comprises determining the density of the multicomponent fluid in the transmitter based on sensor signals provided by the transmitter.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит определение истинного давления пара многокомпонентной текучей среды на основе статического давления многокомпонентной текучей среды в измерительном преобразователе.Preferably, the method further comprises determining the true vapor pressure of the multicomponent fluid based on the static pressure of the multicomponent fluid in the transmitter.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит определение давления пара на основе коэффициента усиления возбуждающего сигнала, предоставляемого измерительному преобразователю.Preferably, the method further comprises determining the vapor pressure based on the gain of the drive signal provided to the transmitter.
Предпочтительно, измерительный преобразователь является измерительным узлом вибрационного измерителя.Preferably, the transducer is the measurement unit of a vibration meter.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Один и тот же ссылочный номер представляет один и тот же элемент на всех чертежах. Должно быть понятно, что чертежи необязательно начерчены в масштабе.The same reference number represents the same element throughout the drawings. It should be understood that the drawings are not necessarily drawn to scale.
Фиг. 1 показывает вибрационный измеритель 5.Fig. 1 shows
Фиг. 2 является блок-схемой измерительного электронного прибора 20 вибрационного измерителя 5.Fig. 2 is a block diagram of the meter electronics 20 of the
Фиг. 3 показывает график 300, иллюстрирующий соотношение между коэффициентом усиления возбуждения и газожидкостным соотношением, которое может быть использовано для определения давления пара с помощью коэффициента измерителя давления пара.Fig. 3 shows a
Фиг. 4 показывает график 400, иллюстрирующий то, как статическое давление текучей среды в вибрационном измерителе может быть использовано для определения давления пара.Fig. 4 shows a
Фиг. 5 показывает систему 500 для определения давления пара текучей среды.Fig. 5 shows a
Фиг. 6 показывает способ 600 использования давления пара для определения концентрации компонента в многокомпонентной текучей среде.Fig. 6 shows a
Фиг. 7 показывает систему 700 для использования давления пара для определения концентрации многокомпонентной текучей среды.Fig. 7 shows a
Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention
Фиг. 1-7 и нижеследующее описание изображают конкретные примеры, чтобы научить специалистов в данной области техники, как создавать и использовать лучший режим вариантов использования давления пара для определения концентраций компонентов в многокомпонентной текучей среде. В целях обучения принципам изобретения некоторые традиционные аспекты были упрощены или опущены. Специалисты в данной области техники поймут вариации из этих примеров, которые попадают в рамки настоящего описания. Специалисты в данной области техники поймут, что признаки, описанные ниже, можно комбинировать различными способами, чтобы сформировать несколько вариантов использования давления пара для определения концентраций компонентов в многокомпонентной текучей среде. В результате, варианты осуществления, описанные ниже, не ограничиваются конкретными примерами, описанными ниже, а только формулой изобретения и ее эквивалентами.Fig. 1-7 and the following description depict specific examples to teach those skilled in the art how to create and use the best mode of steam pressure use cases for determining component concentrations in a multi-component fluid. For the purpose of teaching the principles of the invention, some conventional aspects have been simplified or omitted. Those skilled in the art will appreciate variations from these examples that fall within the scope of the present description. Those skilled in the art will appreciate that the features described below can be combined in various ways to form several uses of vapor pressure to determine component concentrations in a multicomponent fluid. As a result, the embodiments described below are not limited to the specific examples described below, but only by the claims and their equivalents.
Фиг. 1 показывает вибрационный измеритель 5. Как показано на фиг. 1, вибрационный измеритель 5 содержит измерительный узел 10 и измерительный электронный прибор 20. Измерительный узел 10 реагирует на массовый расход и плотность технологического материала. Измерительный электронный прибор 20 соединяется с измерительным узлом 10 через выводы 100, чтобы предоставлять информацию о плотности, массовом расходе, температуре по пути 26 и/или другую информацию.Fig. 1 shows a
Измерительный узел 10 включает в себя пару патрубков 150 и 150', фланцы 103 и 103', имеющие горловины 110 и 110' фланцев, пару параллельных трубок 130 и 130', возбуждающий механизм 180, резистивный датчик температуры (RTD) 190 и пару датчиков-преобразователей 170l и 170r. Трубки 130 и 130' имеют две практически прямых впускных ветви 131, 131' и выпускных ветви 134, 134', которые сходятся друг к другу в блоках 120 и 120' монтажа трубок. Трубки 130, 130' сгибаются в двух симметричных местоположениях по своей длине и являются практически параллельными по всей своей длине. Распорные пластины 140 и 140' служат, чтобы определять ось W и W', относительно которой каждая трубка 130, 130' колеблется. Ветви 131, 131' и 134, 134' трубок 130, 130' неподвижно прикрепляются к блокам 120 и 120' установки трубок, и эти блоки, в свою очередь, неподвижно прикрепляются к патрубкам 150 и 150'. Это обеспечивает непрерывный замкнутый путь материала через измерительный узел 10.Measuring
Когда фланцы 103 и 103', имеющие отверстия 102 и 102', соединяются через впускной конец 104 и выпускной конец 104' с технологической линией (не показана), которая переносит технологический материал, который измеряется, материал входит во впускной конец 104 измерителя через диафрагменное отверстие 101 во фланце 103 и проводится через патрубок 150 в блок 120 установки трубок, имеющий поверхность 121. В патрубке 150 материал разделяется и направляется через трубки 130, 130'. По выходе из трубок 130, 130' технологический материал повторно объединяется в один поток в блоке 120' установки, имеющем поверхность 121', и патрубке 150' и после этого направляется к выпускному концу 104', соединенному посредством фланца 103', имеющего отверстия 102' с технологической линией (не показана).When
Трубки 130, 130' выбираются и соответствующим образом устанавливаются на блоки 120, 120' установки трубок так, чтобы иметь практически одинаковое распределение массы, моменты инерции и модуль Юнга относительно осей изгиба W--W и W'--W', соответственно. Эти оси изгиба идут через распорные пластины 140, 140'. Поскольку модуль Юнга трубок изменяется с температурой, и это изменение влияет на вычисление потока и плотности, RTD 190 устанавливается на трубку 130', чтобы непрерывно измерять температуру трубки 130'. Температура трубки 130' и, следовательно, напряжение, возникающее на концах RTD 190 для заданного тока, проходящего через него, регулируется посредством температуры материала, проходящего по трубке 130'. Зависящее от температуры напряжение, возникающее на концах RTD 190, используется хорошо известным способом измерительным электронным прибором 20, чтобы компенсировать изменение в модуле упругости трубок 130, 130' вследствие каких-либо изменений в температуре трубки. RTD 190 соединяется с измерительным электронным прибором 20 выводом 195.
Обе трубки 130, 130' возбуждаются посредством возбуждающего механизма 180 в противоположных направлениях относительно их соответствующих осей W и W' изгиба, и это называется первой несинфазной изгибной формой колебаний расходомера. Этот возбуждающий механизм 180 может содержать любую одну из множества хорошо известных компоновок, таких как магнит, установленный на трубку 130', и встречно-включенная обмотка, установленная на трубку 130, и по которой пропускается переменный ток для вибрации обеих трубок 130, 130'. Подходящий возбуждающий сигнал прикладывается посредством измерительного электронного прибора 20, через вывод 185, к возбуждающему механизму 180.Both
Измерительный электронный прибор 20 принимает сигнал температуры RTD на выводе 195, и сигналы левого и правого датчика, появляющиеся на выводах 100, несущие сигналы 165l, 165r левого и правого датчика, соответственно. Измерительный электронный прибор 20 формирует возбуждающий сигнал, появляющийся на выводе 185 для возбуждающего механизма 180 и вибрационных трубок 130, 130' Измерительный электронный прибор 20 обрабатывает сигналы левого и правого датчика и RTD-сигнал, чтобы вычислять удельный массовый расход и плотность материала, проходящего через измерительный узел 10. Эта информация, наряду с другой информацией, применяется посредством измерительного электронного прибора 20 по тракту 26 в качестве сигнала.The meter electronics 20 receives the RTD temperature signal at
Показатель измерения массового расхода может быть сформирован согласно уравнению:The mass flow rate can be formed according to the equation:
[1] [one]
Член Δt содержит оперативно полученное (т.е. измеренное) значение временной задержки, содержащее временную задержку, существующую между сигналами датчиков-преобразователей, например, когда временная задержка существует вследствие эффектов Кориолиса, связанных с массовым расходом через вибрационный измеритель 5. Измеренный член Δt, в конечном счете, определяет массовый расход текучего материала, когда он протекает через вибрационный измеритель 5. Член Δt0 содержит временную задержку с константой калибровки нулевого потока. Член Δt0 типично определяется на производстве и программируется в вибрационный измеритель 5. Временная задержка при члене нулевого расхода Δt0 не будет изменяться, даже когда условия потока изменяются. Коэффициент FCF калибровки расхода является пропорциональным жесткости вибрационного измерителя 5.The term Δt contains an operationally obtained (i.e. measured) time delay value containing the time delay that exists between the signals of the transducers, for example, when the time delay exists due to Coriolis effects associated with mass flow through the
Давления в текучей среде в вибрационном измерителеFluid Pressures in a Vibrating Meter
Предположим несжимаемую жидкость в устойчивых условиях, скорость, с которой масса входит в контрольный объем (например, трубу) на впуске , равна скорости, с которой она выходит на выпуске (). Этот принцип, что массовый расход на впуске должен быть равен массовому расходу () на выпуске, иллюстрируется посредством уравнения [2] ниже. Перемещаясь от впуска к выпуску, массовый расход сохраняется в каждой точке вдоль трубы. Однако может быть уменьшение в проходном сечении на полпути между впуском и выпуском. Это уменьшение в проходном сечении требует, чтобы скорость текучей среды возросла (v↑), чтобы поддерживать одинаковый массовый расход и соблюдать сохранение принципов массы.Assume an incompressible fluid under stable conditions, the rate at which the mass enters a control volume (such as a pipe) at the inlet , is equal to the speed with which it exits at the outlet ( ). This principle that mass flow at the inlet must be equal to the mass flow ( ) at the outlet is illustrated by Equation [2] below. Moving from inlet to outlet, mass flow is maintained at every point along the pipe. However, there may be a reduction in the flow area halfway between inlet and outlet. This reduction in flow area requires that the fluid velocity be increased (v↑) to maintain the same mass flow rate and respect the conservation of mass principles.
; [2] ; [2]
где:where:
является массовым расходом текучей среды; is the mass flow rate of the fluid;
является средней скоростью текучей среды; is the average fluid velocity;
является плотностью текучей среды; is the fluid density;
является суммарной площадью поперечного сечения; is the total cross-sectional area;
нижний индекс 1 указывает впуск;subscript 1 indicates inlet;
нижний индекс 3 указывает выпуск; иsubscript 3 indicates release; and
нижний индекс 2 указывает середину пути между впуском и выпуском.subscript 2 indicates the middle of the path between intake and exhaust.
Дополнительно, суммарное давление в проточной системе равно сумме динамического давления и статического давления:Additionally, the total pressure in the flow system is equal to the sum of the dynamic pressure and the static pressure:
[3] [3]
Динамическое давление может быть определено как:dynamic pressure can be defined as:
; [4] ; [four]
где члены и определены выше относительно уравнения [2].where members and defined above with respect to equation [2].
Предположим устойчивый, несжимаемый, невязкий, безвихревой поток, уравнение Бернулли дает:Assume a steady, incompressible, inviscid, irrotational flow, Bernoulli's equation gives:
; [5] ; [5]
Где P ссылается на статическое напряжение, а член ρgz учитывает гидростатический напор вследствие изменений подъема. Более конкретно, g является гравитационной постоянной, а z является высотой. Вязкий фрагмент перепада давления может быть обработан с помощью отдельного члена потерь в уравнении Бернулли.Where P refers to static stress and the term ρgz takes into account hydrostatic head due to lift changes. More specifically, g is the gravitational constant and z is the height. The viscous fragment of the pressure drop can be treated with a separate loss term in the Bernoulli equation.
; [6] ; [6]
где:where:
является коэффициентом трения; is the coefficient of friction;
является длиной трубы; и is the length of the pipe; and
является диаметром трубы. is the pipe diameter.
Нижнее уравнение [7] является версией уравнения Бернулли, которое учитывает потери на трение, ассоциированные с движением по трубе. Когда текучая среда движется по трубе, текучая среда рассеивает энергию, и давление падает между концами данного участка трубы. Эта потеря в давлении является невосстановимой, так как энергия от текучей среды была потрачена через потери на трение. Соответственно, следующее уравнение может учитывать эту потерю:The lower equation [7] is a version of the Bernoulli equation that takes into account the frictional losses associated with movement through the pipe. As fluid moves through the pipe, the fluid dissipates energy and pressure drops between the ends of that section of pipe. This loss in pressure is irrecoverable since the energy from the fluid has been wasted through frictional losses. Accordingly, the following equation can account for this loss:
[7] [7]
Это отношение может быть применено к примерной трубе, описанной выше со ссылкой на уравнение [2]. Когда текучая среда перемещается от впуска к середине пути между впуском и выпуском, существует изменение в скорости, чтобы сохранять массовый расход. Следовательно, в поддержании отношения, показанного в уравнении [7], динамическое давление увеличивается, вынуждая статическое давление уменьшаться. Когда текучая среда перемещается к выпуску от середины пути между впуском и выпуском, статическое давление восстанавливается по тем же принципам. Т.е., перемещаясь к выпуску от середины пути между впуском и выпуском, проходное сечение увеличивается; следовательно, скорость текучей среды уменьшается, вынуждая динамическое давление уменьшаться, в то же время восстанавливая часть первоначального статического давления. Однако, статическое давление на выпуске будет ниже вследствие невосстанавливаемых потерь на трение.This relationship can be applied to the exemplary pipe described above with reference to Equation [2]. As fluid moves from inlet to midway between inlet and outlet, there is a change in velocity to maintain mass flow. Therefore, in maintaining the ratio shown in equation [7], the dynamic pressure increases, causing the static pressure to decrease. When the fluid moves to the outlet from the middle of the path between the inlet and outlet, the static pressure is restored according to the same principles. That is, moving towards the outlet from the middle of the path between the inlet and outlet, the flow area increases; therefore, the fluid velocity decreases, causing the dynamic pressure to decrease while restoring some of the original static pressure. However, the static outlet pressure will be lower due to non-recoverable friction losses.
Это может вынуждать статические давления на впуске и выпуске быть больше давления пара текучей среды, в то время как статическое давление между впуском и выпуском меньше давления пара текучей среды. В результате, хотя статические давления на впуске и выпуске, оба больше давления пара текучей среды, мгновенное испарение или газовыделение могут все еще происходить в трубе. Дополнительно, вибрационный измеритель, такой как расходомер Кориолиса, может быть вставлен в трубопровод, который имеет диаметр, который отличается от диаметра трубки или трубок в вибрационном измерителе. В результате, когда газовыделение обнаруживается в вибрационном измерителе, давление, измеренное в трубопроводе, может не быть давлением пара текучей среды в вибрационном измерителе.This may cause the inlet and outlet static pressures to be greater than the vapor pressure of the fluid, while the static pressure between the inlet and outlet is less than the vapor pressure of the fluid. As a result, although the static pressures at the inlet and outlet are both greater than the vapor pressure of the fluid, flashing or outgassing may still occur in the tube. Additionally, a vibratory meter, such as a Coriolis flow meter, may be inserted into a conduit that has a diameter that is different from the diameter of the tube or tubes in the vibratory meter. As a result, when outgassing is detected in the vibrator, the pressure measured in the pipeline may not be the vapor pressure of the fluid in the vibrator.
Измерительный электронный прибор - коэффициент усиления возбужденияMeasuring electronic device - excitation gain
Фиг. 2 является блок-схемой измерительного электронного прибора 20 вибрационного измерителя 5. В работе вибрационный измеритель 5 предоставляет различные значения измерений, которые могут быть выведены, включающие в себя одно или более из измеренного или усредненного значения массового расхода, объемного расхода, массы отдельного компонента потока и объемных расходов, и суммарного расхода, включающего в себя, например, объемный и массовый расход отдельных компонентов потока.Fig. 2 is a block diagram of the meter electronics 20 of the
Вибрационный измеритель 5 формирует ответную вибрацию. Ответная вибрация принимается и обрабатывается измерительным электронным прибором 20, чтобы формировать одно или более значений измерения текучей среды. Значения могут наблюдаться, записываться, сохраняться, суммироваться и/или выводиться. Измерительный электронный прибор 20 включает в себя интерфейс 201, систему 203 обработки на связи с интерфейсом 201 и систему 204 хранения на связи с системой 203 обработки. Хотя эти компоненты показаны как отдельные блоки, следует понимать, что измерительный электронный прибор 20 может состоять из различных сочетаний объединенных и/или раздельных компонентов.
Интерфейс 201 конфигурируется, чтобы связываться с измерительным узлом 10 вибрационного измерителя 5. Интерфейс 201 может быть сконфигурирован, чтобы соединяться с выводами 100 (см. фиг. 1) и обмениваться сигналами с возбуждающим устройством 180, датчиками-измерителями 170l и 170r и множеством RTD 190, например. Интерфейс 201 может быть дополнительно сконфигурирован, чтобы связываться по каналу 26 связи, например, с внешними устройствами.Interface 201 is configured to communicate with
Система 203 обработки может содержать любой вид системы обработки. Система 203 обработки конфигурируется, чтобы извлекать и выполнять сохраненные программы для того, чтобы управлять вибрационным измерителем 5. Система 204 хранения может хранить программы, включающие в себя программу 205 расходомера, программу 211 управления клапаном, программу 213 коэффициента усиления возбуждения и программу 215 давления пара. Система 204 хранения может хранить показатели измерений, принятые значения, рабочие значения и другую информацию. В некоторых вариантах осуществления система хранения хранит массовый расход (m) 221, плотность (ρ) 225, пороговое значение 226 плотности, вязкость (μ) 223, температуру (T) 224, давление 209, коэффициент 306 усиления возбуждения, пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения, пороговое значение 244 увлечения газа, долю 248 увлечения газа и любые другие переменные, известные в области техники. Программы 205, 211, 213, 215 могут содержать любой отмеченный сигнал, и другие переменные, которые известны в области техники. Другие программы измерения/обработки рассматриваются и находятся в рамках описания и формулы изобретения.Processing system 203 may include any kind of processing system. The processing system 203 is configured to retrieve and execute stored programs in order to control the
Как может быть понятно, больше или меньше значений может быть сохранено в системе 204 хранения. Например, давление пара может быть определено без использования вязкости 223. Например, оценки вязкости на основе падения давления или функции, касающейся трения, как функции расхода. Однако вязкость 223 может быть использована для вычисления числа Рейнольдса, которое затем может быть использовано для определения коэффициента трения. Число Рейнольдса и коэффициент трения могут быть использованы для определения падения вязкостного давления в трубке, такой как трубки 130, 130', описанные выше со ссылкой на фиг. 1. Как может быть понятно, число Рейнольдса может необязательно быть использовано.As can be appreciated, more or fewer values may be stored in the storage system 204. For example, vapor pressure can be determined without using the viscosity 223. For example, estimates of viscosity based on pressure drop or a friction function as a function of flow. However, the viscosity 223 can be used to calculate the Reynolds number, which can then be used to determine the coefficient of friction. The Reynolds number and coefficient of friction can be used to determine the viscous pressure drop in a tube, such as the
Программа 205 расходомера может производить и сохранять количественные выражения текучей среды и показатели измерения расхода. Эти значения могут содержать практически мгновенные значения измерения или могут содержать суммированные или накопленные значения. Например, программа 205 расходомера может формировать показатели измерения массового расхода и сохранять их в хранилище массового расхода 221 системы 204 хранения, например. Программа 205 расходомера может формировать показатели измерения плотности 225 и сохранять их в хранилище плотности 225, например. Значения массового расхода 221 и плотности 225 определяются из ответной вибрации, как ранее обсуждалось, и как известно на уровне техники. Массовый расход и другие показатели измерений могут содержать практически мгновенное значение, могут содержать образец, могут содержать усредненное значение в интервале времени или могут содержать накопленное значение в интервале времени. Временной интервал может быть выбран соответствующим блоку времени, в течение которого некоторые состояния текучей среды обнаруживаются, например, только жидкостное состояние текучей среды, или альтернативно, состояние текучей среды, включающее в себя жидкости и увлеченный газ. Кроме того, другой массовый и объемный расход и связанные количественные оценки рассматриваются как находящиеся в рамках описания и формулы изобретения.The flow meter program 205 can produce and store fluid quantities and flow measurements. These values may contain substantially instantaneous measurement values, or may contain summed or accumulated values. For example, the flow meter program 205 may generate mass flow measurements and store them in mass flow storage 221 of storage system 204, for example. The flow meter program 205 may generate density measurements 225 and store them in density storage 225, for example. Mass flow 221 and density 225 are determined from the response vibration as previously discussed and as known in the art. Mass flow and other measurements may contain a substantially instantaneous value, may contain a sample, may contain an average value over a time interval, or may contain an accumulated value over a time interval. The time interval may be selected to correspond to a block of time during which certain fluid states are detected, such as a liquid fluid state only, or alternatively, a fluid state including liquids and entrained gas. In addition, other mass and volume flow rates and associated quantities are considered to be within the scope of the description and claims.
Пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения может быть использовано, чтобы различать между периодами потока, отсутствия потока, монофазной/двухфазной границы (когда происходит фазовый переход текучей среды) и потока увлеченного газа/смешанной фазы. Аналогично, пороговое значение 226 плотности, применяемое к показателю 225 плотности, также может быть использовано, отдельно или вместе с коэффициентом усиления возбуждения, чтобы различать поток увлечения газа/смешанной фазы. Коэффициент 306 усиления возбуждения может быть использован в качестве показателя для чувствительности вибрации трубки вибрационного измерителя 5 к присутствию текучих сред различных плотностей, таких как жидкая и газообразная фазы, например, без ограничения.Drive gain threshold 302 can be used to distinguish between periods of flow, no flow, mono/two phase boundary (when a fluid phase transition occurs) and entrained gas/mixed phase flow. Likewise, the
Когда используется в данном документе, термин "коэффициент усиления возбуждения" ссылается на измерение величины мощности, необходимой для возбуждения проточных труб до конкретной амплитуды, хотя любое подходящее определение может быть использовано. Например, термин "коэффициент усиления возбуждения" может, в некоторых вариантах осуществления, ссылаться на ток возбуждения, напряжение датчика-измерителя, или любой измеренный или полученный сигнал, который указывает величину мощности, необходимой для возбуждения проточных трубок 130, 130' при конкретной амплитуде. Коэффициент усиления мощности может быть использован для обнаружения многофазного потока посредством использования характеристик коэффициента усиления возбуждения, таких как, например, уровни шума, среднеквадратическое отклонение сигналов, связанные с затуханием измерения и любое другое средство, известное в области техники для обнаружения потока смешанной фазы. Эти показатели могут сравниваться между датчиками-измерителями 170l и 170r, чтобы обнаруживать поток смешанной фазы.As used herein, the term "drive gain" refers to a measurement of the amount of power required to drive the flow tubes to a specific amplitude, although any suitable definition may be used. For example, the term "drive gain" may, in some embodiments, refer to drive current, sensor voltage, or any measured or received signal that indicates the amount of power required to drive
Обнаружение фазового перехода текучей средыFluid Phase Change Detection
Фиг. 3 показывает график 300, иллюстрирующий соотношение между коэффициентом усиления возбуждения и газожидкостным соотношением, которое может быть использовано для определения давления пара с помощью коэффициента измерителя давления пара. Как показано на фиг. 3, график 300 включает в себя ось 310 средней доли пустот и ось 320 коэффициента усиления возбуждения. Ось 310 средней доли пустот и ось 320 коэффициента усиления возбуждения приращиваются в процентах, хотя любые подходящие единицы измерения и/или соотношения могут быть использованы.Fig. 3 shows a
График 300 включает в себя кривые 330, которые являются соотношениями между коэффициентами усиления возбуждения и газожидкостными соотношениями для различных расходов. Как показано, газожидкостное соотношение является средним значением доли пустот для кривых 330, хотя любое подходящее газожидкостное соотношение, такое как объемная доля газа ("GVF") или доля увлечения газа, может быть использовано, и может быть основано на объеме, площади поперечного сечения или т.п. Как может быть принято во внимание, кривые 330 являются аналогичными, несмотря на то, что ассоциируются с различными расходами. Также показана линия 340 порогового коэффициента усиления возбуждения, которая пересекается с кривыми 330 приблизительно при 0,20-процентной средней доле пустот, которая может быть средней долей 330a пустот, которая соответствует 40% коэффициенту усиления возбуждения. Также показан коэффициент 332 усиления возбуждения истинного давления пара, который равен приблизительно 10%. Коэффициент 332 усиления возбуждения истинного давления пара соответствует текучей среде в измерительном узле, который имеет статическое давление, при котором фазовый переход текучей среды происходит и имеет газожидкостное соотношение, равное нулю.
Как может быть видно, графики 330 изменяются от коэффициента усиления возбуждения около 10% до коэффициента усиления возбуждения около 100% в диапазоне средних долей пустот от 0,00% приблизительно до 0,60%. Как может быть принято во внимание, относительно небольшое изменение в средней доле пустот приводит к значительному изменению в коэффициенте усиления возбуждения. Это относительно небольшое изменение может гарантировать, что возникновение парообразования может быть точно обнаружено с помощью коэффициента усиления возбуждения.As can be seen, the
Хотя коэффициент усиления возбуждения 40% показан соответствующим средней доле пустот, равной 0,20%, соответствие может быть особым для процесса. Например, коэффициент усиления возбуждения 40% может соответствовать другим средним долям пустот в других рабочих текучих средах и условиях. Различные текучие среды могут иметь различные давления пара и, следовательно, возникновение парообразования для текучих сред может происходить при различных расходах. Т.е., текучая среда с относительно низким давлением пара будет испаряться с более высокими расходами, а текучая среда с относительно высоким давлением пара может испаряться с более низкими расходами.Although a drive gain of 40% is shown corresponding to an average void fraction of 0.20%, the correspondence may be specific to the process. For example, a drive gain of 40% may correspond to other average void fractions in other operating fluids and conditions. Different fluids may have different vapor pressures and hence the occurrence of vaporization for fluids may occur at different flow rates. That is, a relatively low vapor pressure fluid will vaporize at higher rates, and a relatively high vapor pressure fluid may vaporize at lower rates.
Как может также быть принято во внимание, линия 340 порогового коэффициента усиления возбуждения может быть на альтернативных/других коэффициентах усиления возбуждения. Однако, может быть полезно иметь коэффициент усиления возбуждения 40%, чтобы устранять ложные обнаружения потока увлечения/смешанной фазы, в то же время также гарантируя, что возникновение парообразования корректно обнаруживается.As may also be taken into account, the threshold
Также, графики 330 используют коэффициент усиления возбуждения, но другие сигналы могут быть использованы, такие как измеренная плотность, или т.п. Измеренная плотность может увеличиваться или уменьшаться вследствие наличия пустот в текучей среде. Например, измеренная плотность может, как ни странно, увеличиваться вследствие пустот в относительно высокочастотных вибрационных измерителях вследствие эффекта скорости звука. В относительно низкочастотных измерителях измеренная плотность может уменьшаться вследствие того, что плотность пустот меньше по сравнению с текучей средой. Эти и другие сигналы могут быть использованы отдельно или в сочетании, чтобы обнаруживать присутствие пара в измерительном узле.Also, plots 330 use a drive gain, but other signals may be used, such as measured density, or the like. The measured density may increase or decrease due to the presence of voids in the fluid. For example, the measured density can, oddly enough, increase due to voids in relatively high frequency vibratory meters due to the effect of the speed of sound. In relatively low frequency meters, the measured density may decrease due to the fact that the void density is less compared to the fluid. These and other signals can be used alone or in combination to detect the presence of steam in the meter assembly.
Как обсуждалось выше, 0,20-процентное среднее значение доли пустот может быть эталонной средней долей 330a пустот, которая соответствует 40-процентному значению коэффициента усиления возбуждения, который может быть там, где линия 340 порогового коэффициента усиления возбуждения пересекается с осью 320 коэффициента усиления возбуждения. Соответственно, когда измеренный коэффициент усиления возбуждения равен 40% для текучей среды в измерительном узле, таком как измерительный узел 10, описанный выше, тогда средняя доля пустот текучей среды может быть около 0,20%. Доля пустот около 0,20% может соответствовать давлению текучей среды вследствие газа, присутствующего в текучей среде. Например, доля пустот около 0,20% может соответствовать, например, значению статического давления.As discussed above, the 0.20 percent average void fraction may be a reference
Благодаря определенному соотношению между коэффициентом усиления возбуждения, или другим сигналом, таким как плотность, и эталонной средней долей 330a пустот, которая может быть эталонным газожидкостным соотношением, значение давления пара может быть ассоциировано с коэффициентом измерителя давления пара. Например, измерительный узел может вибрировать, в то время как статическое давление повышается или понижается, до тех пор, пока фазовый переход текучей среды не будет обнаружен. Значение давления пара может затем быть определено из статического давления, как будет описано более подробно в последующем со ссылкой на фиг. 4. Определенное значение давления пара может соответствовать, например, статическому давлению на линии 340 порогового коэффициента усиления возбуждения. Это определенное значение давления пара может быть отрегулировано посредством коэффициента измерителя давления пара, чтобы соответствовать коэффициенту 332 усиления возбуждения истинного давления пара, который существует там, где происходит фазовый переход, или встречается монофазная/двухфазная граница. Соответственно, хотя присутствие газа в текучей среде может быть обнаружено при статическом давлении, которое отличается от истинного давления пара текучей среды, истинное значение давления пара может, тем не менее, быть определено.Due to a certain relationship between the drive gain, or other signal such as density, and the reference
Используя эталонную среднюю долю 330a пустот в качестве примера, статическое давление в измерительном узле может уменьшаться до тех пор, пока коэффициент усиления возбуждения не достигнет 40%, тем самым, указывая, что текучая среда в измерительном узле имеет среднюю долю пустот 0,20%. Система обработки, такая как система 203 обработки, описанная выше, может определять, что текучая среда начала испаряться при статическом давлении, т.е., например, пропорционально более высоком по сравнению со статическим давлением, соответствующим 40-процентному коэффициенту усиления возбуждения. Например, истинное значение давления пара может быть ассоциировано с коэффициентом усиления возбуждения, равным приблизительно 10%. Как может быть принято во внимание, вследствие неопределенностей, подразумеваемых в вычислении статического давления (например, погрешностей от датчика давления, погрешностей измерения расхода и т.д.), истинное давление пара может быть пропорционально более низким по сравнению с вычисленным статическим давлением, которое ассоциируется с 40% коэффициентом усиления возбуждения. Истинное давление пара соответствует статическому давлению текучей среды, когда происходит фазовый переход текучей среды, но газожидкостное соотношение равно нулю.Using the reference
Таким образом, измеренный коэффициент усиления возбуждения может быть использован, чтобы обнаруживать газ, кроме того, может приводить в результате к очень точному истинному значению давления пара. С большей конкретикой, в мгновение, когда газовыделение происходит впервые, с несколькими очень маленькими присутствующими пузырьками, коэффициент усиления возбуждения может не увеличиваться сверх линии 340 порогового коэффициента усиления возбуждения для обнаружения. Динамическое давление может быть увеличено, например, посредством насоса, который продолжает увеличивать расход до тех пор, пока статическое давление не упадет, так что коэффициент усиления возбуждения пересекает линию 340 порогового коэффициента усиления возбуждения. В зависимости от прикладной задачи, это вычисленное статическое давление (например, нескорректированное давление пара) может быть скорректировано (например, отрегулировано - понижено или повышено) посредством коэффициента измерителя давления пара, равного, например, 1 фунт/дюйм2, чтобы учитывать задержку в обнаружении фазового перехода текучей среды. Т.е. коэффициент измерителя давления пара может быть определен и применен к нескорректированному показателю измерения давления пара как функция коэффициента усиления возбуждения, чтобы учитывать разницу в коэффициенте усиления возбуждения, при котором газ обнаруживается, и истинным давлением пара с тем, чтобы обнаруживать очень маленькие объемы газа.Thus, the measured drive gain can be used to detect the gas, and can also result in a very accurate true vapor pressure. More specifically, the instant gassing first occurs, with a few very small bubbles present, the drive gain may not increase beyond the threshold
Обращаясь к фиг. 3 в качестве примера, измеренный коэффициент усиления возбуждения, равный 40%, может соответствовать статическому давлению текучей среды в измерительном узле, т.е., например, на 1 фунт/дюйм2 меньше статического давления, соответствующего коэффициенту усиления возбуждения, ассоциированному с истинным давлением пара. Соответственно, вибрационный измеритель 5, или измерительный электронный прибор 20, или любой подходящий электронный прибор, может определять, что коэффициент измерителя давления пара равен 1 фунт/дюйм2, и добавлять это значение к статическому давлению, ассоциированному с 40-процентным коэффициентом усиления возбуждения. В результате, вибрационный измеритель 5 может точно обнаруживать фазовый переход текучей среды и, следовательно, также точно определять давление пара текучей среды с помощью коэффициента усиления возбуждения.Referring to FIG. 3, by way of example, a measured drive gain of 40% may correspond to the static pressure of the fluid in the meter assembly, i.e., for example, 1 psi less than the static pressure corresponding to the drive gain associated with true pressure. pair. Accordingly,
Однако, другое средство обнаружения фазового перехода может быть использовано, которое не использует коэффициент усиления возбуждения. Например, фазовый переход может быть обнаружен посредством акустического измерения, рентгеновских измерений, оптических измерений и т.д. Также, сочетания вышеупомянутых реализаций могут быть рассмотрены. Например, обходная линия, которая проходит вертикально в контуре с акустическими и/или оптическими измерениями, распределенными вертикально, чтобы определять, где газ впервые выделяется. Эта высота будет затем предоставлять необходимые входные данные для вычисления давления пара текучей среды в вибрационном измерителе 5, как объясняется в последующем.However, another phase transition detection means can be used that does not use the drive gain. For example, a phase transition can be detected through acoustic measurements, X-ray measurements, optical measurements, and so on. Also, combinations of the above implementations may be considered. For example, a bypass line that runs vertically in a loop with acoustic and/or optical measurements distributed vertically to determine where gas is first released. This height will then provide the necessary input to calculate the vapor pressure of the fluid in the
Падение давления в вибрационном измерителеPressure drop in vibrating meter
Фиг. 4 показывает график 400, иллюстрирующий то, как статическое давление текучей среды в вибрационном измерителе может быть использовано для определения давления пара. Как показано на фиг. 4, график 400 включает в себя ось 410 позиции и ось 420 статического давления. Ось 410 позиции не показана с какими-либо конкретными единицами измерения длины, но может быть в единицах дюймов, хотя любая подходящая единица измерения может быть использована. Ось 420 статического давления существует в единицах фунтов на квадратный дюйм (фунт/дюйм2), хотя любая подходящая единица измерения может быть использована. Ось 410 позиции находится в диапазоне от впуска ("IN") до выпуска ("OUT") вибрационного измерителя.Fig. 4 shows a
Соответственно, позиция от IN до OUT может соответствовать текучей среде, например, в измерительном узле 10, показанном на фиг. 1. В этом примере область от IN приблизительно до A может соответствовать фрагменту измерительного узла 10 между фланцем 103 до блока 120 установки трубки. Область приблизительно от A приблизительно до G может соответствовать трубкам 130, 130' между блоками 120, 120' монтажа. Область от G до OUT может соответствовать фрагменту измерительного узла 10 от блока 120' монтажа до фланца 103'. Соответственно, текучая среда в измерительном узле 10 (например, в позиции, находящейся в диапазоне от IN до OUT) может не включать в себя текучую среду, например, в трубопроводе, в который измерительный узел 10 вставлен. Текучая среда в измерительном узле 10 может быть текучей средой в трубках 130, 130'.Accordingly, the position from IN to OUT may correspond to the fluid, for example, in the measuring
График 400 также включает в себя график 430 нулевого динамического давления и график 440 изменения динамического давления. График 430 нулевого динамического давления показывает отсутствие изменения в динамическом давлении - давление, как предполагается, должно снижаться линейно от впуска до выпуска вибрационного измерителя. График 440 изменения динамического давления может представлять фактическое давление в вибрационном измерителе, вставленном в трубопровод, при этом диаметр трубки или трубок вибрационного измерителя меньше диаметра трубопровода. Примерный вибрационный измеритель 5 показан на фиг. 1, хотя любой подходящий вибрационный измеритель может быть использован. Соответственно, текучая среда в измерительном узле, таком как измерительный узел 10, описанный выше, может иметь уменьшенное статическое давление вследствие увеличения в динамическом давлении. Также показана линия 450 давления пара, представляющая давление пара текучей среды в вибрационном измерителе.The
График 440 изменения динамического давления включает в себя участок 440a падения статического давления, участок 440b потерь на трение и участок 440c повышения статического давления. График 440 изменения динамического давления также включает в себя минимальное статическое давление 440d. Участок 440a падения статического давления может быть вследствие увеличения в скорости текучей среды, вызывающего повышение динамического давления для этого участка вибрационного измерителя. Участок 440b потерь на трение может соответствовать фрагменту постоянного диаметра трубки или трубок в вибрационном измерителе. Соответственно, участок 440b потерь на трение может не отражать увеличение в скорости текучей среды и, следовательно, может не отражать увеличение в динамическом давлении. Участок 440c повышения статического давления может быть вследствие снижения скорости текучей среды, и, следовательно, снижение статического давления во время участка 440a падения статического давления может быть восстановлено. Участок 440a падения статического давления и участок 440c повышения статического давления могут быть изменениями статического давления в измерительном узле.The
Фрагмент графика 440 изменения динамического давления, лежащий ниже линии 450 давления пара, который включает в себя минимальное статическое давление 440d, может соответствовать позициям (например, приблизительно от позиции E до слегка позже позиции G), где фазовый переход текучей среды происходит в текучей среде в измерительном узле, таком как измерительный узел 10, описанный выше. Как может быть видно на фиг. 4, минимальное статическое давление 440d находится ниже линии 450 давления пара. Это указывает, что график 440 изменения динамического давления может быть сдвинут вверх посредством повышения статического давления текучей среды в измерительном узле. Однако, если статическое давление должно было быть увеличено приблизительно на 5 фунт/дюйм2 с тем, чтобы сдвигать график 440 изменения динамического давления вверх до тех пор, пока минимальное статическое давление 440d не будет лежать на линии 450 давления пара, фазовый переход текучей среды может быть обнаружен. Так как статическое давление увеличивается, газ или пар в текучей среде в измерительном узле может становиться жидкостью. Наоборот, если график 440 изменения динамического давления будет выше линии 450 давления пара, и статическое давление текучей среды в измерительном узле будет уменьшаться до тех пор, пока минимальное статическое давление 440d не станет лежать на линии давления пара, тогда фазовый переход текучей среды может быть формированием газа или пара в текучей среде.The portion of the
Как может быть видно на фиг. 4, участок 440b потерь на трение уменьшается от статического давления около 68 дюйм/фунт2 в позиции A до статического давления около 55 фунт/дюйм2 в позиции G. Как может быть принято во внимание, статическое давление около 55 фунт/дюйм2 в позиции G меньше линии 450 давления пара, которая находится примерно в 58 фунт/дюйм2. В результате, даже если статические давления на впуске и выпуске больше линии 450 давления пара, текучая среда в вибрационном измерителе может все еще мгновенно испаряться или выделять газ.As can be seen in FIG. 4,
Соответственно, статическое давление на впуске и выпуске непосредственно не соответствует давлению пара текучей среды. Другими словами, давление пара текучей среды может не быть непосредственно определено из статического давления текучей среды в трубопроводе или внешне по отношению к измерительному узлу. Статическое давление в измерительном узле 10 или, более конкретно, в трубках 130, 130', может быть точно определено, например, с помощью измерений давления на впуске и выпуске и ввода размеров вибрационного измерителя 5 (например, диаметра и длины трубки 130, 130'). Однако, чтобы точно определять давление пара, фазовый переход в текучей среде в вибрационном измерителе 5 может быть необходимо индуцировать, что может быть вызвано посредством изменения статического давления текучей среды в вибрационном измерителе 5.Accordingly, the static pressure at the inlet and outlet does not directly correspond to the vapor pressure of the fluid. In other words, the vapor pressure of the fluid may not be directly determined from the static pressure of the fluid in the conduit or external to the sensing assembly. The static pressure in the measuring
Изменение статического давления текучей средыFluid static pressure change
Фиг. 5 показывает систему 500 для определения давления пара текучей среды. Как показано на фиг. 5, система 500 является обходом, который включает в себя обходной впуск и обходной выпуск, которые соединяются с трубопроводом 501. Система 500 включает в себя насос 510 в жидкостном сообщении с выпуском вибрационного измерителя 5, иллюстрированного как расходомер Кориолиса, и обходным выпуском. Датчик 520 давления на впуске находится в жидкостном сообщении с впуском вибрационного измерителя 5 и обходным впуском. Датчик 530 давления на выпуске размещается между выпуском вибрационного измерителя 5 и насосом 510 и конфигурируется, чтобы измерять статическое давление текучей среды на выпуске вибрационного измерителя 5. Устройство 540 управления расходом, которое показано как клапан, размещается между обходным впуском и датчиком 520 давления на впуске.Fig. 5 shows a
Насос 510 может быть любым подходящим насосом, который может, например, увеличивать скорость текучей среды в вибрационном измерителе 5. Насос 510 может, например, включать в себя привод переменной частоты. Привод переменной частоты может предоставлять возможность насосу 510 регулировать скорость текучей среды для текучей среды в системе 500. Например, привод переменной частоты может увеличивать скорость текучей среды для текучей среды через вибрационный измеритель 5, хотя скорость текучей среды может быть увеличена посредством любого подходящего насоса. Посредством увеличения скорости текучей среды насос 510 может увеличивать динамическое давление текучей среды в вибрационном измерителе 5, повышая скорость текучей среды.Pump 510 may be any suitable pump that may, for example, increase the velocity of the fluid in
Соответственно, статическое давление текучей среды в вибрационном измерителе 5 может снижаться. В качестве иллюстрации, со ссылкой на фиг. 4, насос 510 может вынуждать график 440 изменения динамического давления сдвигаться вниз. Соответственно, хотя не показано на фиг. 4, если график 440 изменения динамического давления должен быть выше линии 450 давления пара, насос 510 может индуцировать мгновенное испарение или выделение газа, вынуждая график 440 изменения динамического давления сдвигаться вниз. Аналогично, сдвигая график 440 изменения динамического давления вверх до или выше линии 450 давления пара, газ или пар в текучей среде могут становиться жидкостью.Accordingly, the static pressure of the fluid in the vibrating
Датчик 520 давления на впуске и датчик 530 давления на выпуске могут быть любым подходящим датчиком давления, сконфигурированным, чтобы измерять любое давление текучей среды. Например, датчик 520 давления на впуске и датчик 530 давления на выпуске могут измерять статическое давление текучей среды в системе 500. Дополнительно, или альтернативно, датчик 520 давления на впуске и датчик 530 давления на выпуске могут измерять суммарное давление текучей среды в системе 500. В одном примере динамическое давление текучей среды может быть определено, беря разницу между суммарным давлением и статическим давлением текучей среды в системе 500 согласно уравнению [3] выше. Например, датчик 520 давления на впуске может измерять суммарное давление и статическое давление текучей среды рядом с, или на, впуске вибрационного измерителя 5. Датчик 520 давления на впуске и/или измерительный электронный прибор 20 в вибрационном измерителе 5 могут определять динамическое давление на впуске вибрационного измерителя 5.
Устройство 540 регулирования расхода может увеличивать скорость текучей среды для текучей среды в системе 500, когда позиция устройства 540 регулирования расхода перемещается из частично закрытой позиции в полностью открытую позицию. Например, посредством уменьшения ограничения потока системы 500 на впуске вибрационного измерителя 5, скорость текучей среды может увеличиваться в соответствии с уравнением [2] выше. Это может сдвигать график 440 изменения динамического давления вниз с тем, чтобы индуцировать мгновенное испарение или выделение газа. Наоборот, устройство 540 регулирования расхода может уменьшать скорость текучей среды для текучей среды в системе 500, тем самым, сдвигая график 440 изменения динамического давления вверх и тем самым вынуждая газ или пар конденсироваться.The
Когда устройство 540 регулирования расхода открывается, скорость текучей среды будет увеличиваться, но, таким образом, будет статическое давление на впуске вибрационного измерителя 5, и наоборот. Сочетание устройства 540 регулирования расхода с насосом 510 может предоставлять предпочтительное условие процесса посредством частичного закрытия устройства 540 регулирования расхода (например, чтобы ограничивать поток и снижать давление ниже по потоку от устройства 540 регулирования расхода) и увеличения скорости насоса (например, увеличения расхода), чтобы получать желательно более низкое статическое давление и более высокую скорость.When the
Хотя статическое давление текучей среды в вибрационном измерителе 5, или, более конкретно, измерительном узле 10 в вибрационном измерителе 5, может быть изменено с помощью насоса 510 или устройства 540 регулирования расхода, или сочетания того и другого, как описано выше, другое средство изменения статического давления может быть использовано. Например, высота z вибрационного измерителя 5 может изменяться. Чтобы уменьшать статическое давление текучей среды в вибрационном измерителе 5, высота z может быть увеличена. Чтобы увеличивать статическое давление текучей среды в вибрационном измерителе 5, высота z может быть уменьшена. Высота z вибрационного измерителя 5 может быть изменена любым подходящим средством, таким как моторизованный подъемник между вибрационным измерителем 5 и трубопроводом 501 и меха между вибрационным измерителем 5, например, устройством 540 регулирования расхода и насосом 510. Другое средство может быть использовано, также как сочетание различных средств (например, насоса 510, устройства 540 регулирования расхода и/или моторизованного подъемника).While the static pressure of the fluid in the
Например, если расход через обход является достаточным, насос может не быть обязательно использован. Только устройство 540 регулирования расхода может быть использовано. Устройство 540 регулирования расхода может быть установлено в других местоположениях, таких как ниже по потоку от вибрационного измерителя 5. Альтернативно, устройство 540 регулирования расхода может не быть использовано, например, когда насос 510 и/или моторизованный подъемник используется. В другом альтернативном примере измеритель может быть установлен в главной линии, а не в обходной. Дополнительно, или альтернативно, только единственный датчик давления может быть применен. Например, только датчик 530 давления на выпуске может быть использован. Датчики 520, 530 давления на впуске и/или выпуске могут быть расположены в альтернативных местах. Датчик 530 давления на выпуске и его местоположение могут быть полезными, так как статическое давление в местоположении датчика 530 давления на выпуске может, по существу, стабилизироваться относительно скорости текучей среды, после того как текучая среда в измерительном узле 10 находится при давлении пара. Т.е. любое дополнительное увеличение в скорости текучей среды может не вызывать существенное уменьшение в статическом давлении, измеренном датчиком 530 давления на выпуске.For example, if the flow through the bypass is sufficient, the pump may not necessarily be used. Only the
Дополнительная информация может быть выведена из измерения давления пара. Например, если протекающая жидкость является смесью двух или более беспримесных веществ, давление пара может быть использовано для оценки концентраций жидкой фазы беспримесных компонентов (т.е. объемных или массовых долей компонентов) с помощью законов Дальтона и Рауля. Корреляции для стандартных углеводородов или других текучих сред могут быть помещены в передатчик и добавлены в качестве признака, аналогично текущим кривым измерения концентрации. Дополнительно, концентрация соли или других нелетучих растворов может быть определена. Эти идеи объясняются в последующем:Additional information can be derived from vapor pressure measurements. For example, if the flowing liquid is a mixture of two or more pure substances, vapor pressure can be used to estimate the concentrations of the liquid phase of the pure components (ie, volume or mass fractions of components) using Dalton's and Raoult's laws. Correlations for standard hydrocarbons or other fluids can be placed in the transmitter and added as a feature, similar to current concentration measurement curves. Additionally, the concentration of salt or other non-volatile solutions can be determined. These ideas are explained in the following:
Закон Дальтона о добавочных давлениях, как выражено в уравнении [8], утверждает, что суммарное давление, оказываемое смесью газов, Pm, равно сумме давлений, оказываемых каждым компонентом смеси, Pi, если каждый компонент существует отдельно при той же температуре и объеме, что и смесь.Dalton's law of additional pressures, as expressed in equation [8], states that the total pressure exerted by a mixture of gases, P m , is equal to the sum of the pressures exerted by each component of the mixture, P i , if each component exists separately at the same temperature and volume , which is the mixture.
[8] [eight]
При низких давлениях, оказываемых в системе 500, показанной на фиг. 5, поведение газов может быть предположено как приближающееся к идеальному поведению газа, когда закон Дальтона наилучшим образом прогнозирует поведение газовых смесей.At the low pressures exerted in the
Закон Рауля, который выражен в уравнении [9], утверждает, что частичное давление каждого компонента, Pi, идеальной смеси жидкостей равно давлению пара беспримесного компонента, Pi *, умноженному на его молярную долю в жидкой смеси или двухкомпонентной текучей среде, xi.Raoult's law, which is expressed in equation [9], states that the partial pressure of each component, P i , of an ideal mixture of liquids is equal to the vapor pressure of the pure component, P i * , multiplied by its mole fraction in the liquid mixture or two-component fluid, x i .
[9] [9]
С помощью вышеописанных уравнений и справочных таблиц давления пара для беспримесных компонентов концентрации жидкости для идеальной бинарной или двухкомпонентной текучей среды могут быть получены:Using the equations described above and the vapor pressure lookup tables for the pure components of the liquid concentration for an ideal binary or two-component fluid, the following can be obtained:
, [10] , [ten]
где:where:
Pm является суммой давлений, оказываемых каждым компонентом смеси, и может быть равно давлению пара многокомпонентной текучей среды, такой как бинарная или двухкомпонентная текучая среда; иP m is the sum of the pressures exerted by each component of the mixture and may be equal to the vapor pressure of a multi-component fluid, such as a binary or two-component fluid; and
, являются соответствующими частичными давлениями первого и второго компонента в двухкомпонентной текучей среде. , are the respective partial pressures of the first and second components in the two-component fluid.
Как может быть принято во внимание, вследствие того, что многокомпонентная текучая среда является бинарной или двухкомпонентной текучей средой, первая молярная доля равна целому минус вторая молярная доля : . Последующий пример иллюстрирует использование измеренного давления пара для определения концентраций жидкостей бинарной смеси.As can be taken into account, due to the fact that the multi-component fluid is a binary or two-component fluid, the first mole fraction is equal to the whole minus the second mole fraction : . The following example illustrates the use of measured vapor pressure to determine the liquid concentrations of a binary mixture.
Жидкая смесь бензола (B) и толуола (T) протекает через технологический трубопровод при 95°C. Часть жидкости протекает по обходной линии, где давление пара будет определено с помощью системы типа системы, предложенной в этом описании изобретения. Статическое давление в обходной системе падает до тех пор, пока расходомер Кориолиса не обнаружит формирование пузырьков газа. Измеренное давление пара в этот момент равно 101,32 кПа. Последующее иллюстрирует, как определять концентрацию жидкости каждого компонента.A liquid mixture of benzene (B) and toluene (T) flows through the process line at 95°C. A portion of the liquid flows through a bypass line where the vapor pressure will be determined using a system such as the system proposed in this specification. The static pressure in the bypass system drops until the Coriolis flow meter detects the formation of gas bubbles. The measured vapor pressure at this point is 101.32 kPa. The following illustrates how to determine the liquid concentration of each component.
Первым этапом может быть нахождение давления пара беспримесных компонентов при 95°C. Эта информация может быть найдена в литературе: . Следующим этапом является использование законов Дальтона и Рауля, чтобы связывать измеренное давление пара с концентрациями жидкостей:The first step may be to find the vapor pressure of pure components at 95°C. This information can be found in the literature: . The next step is to use Dalton's and Raoult's laws to relate the measured vapor pressure to liquid concentrations:
. .
С помощью простого блока поиска простого корня молярная доля для бензола может быть решена для: . Так как , следует, что .With a simple simple root lookup block, the mole fraction for benzene can be solved for: . Because , follows that .
Использование плотностиUsing Density
Измерение плотности и измерение давления пара могут быть объединены, чтобы приводить в результате к большему количеству уравнений и, следовательно, иметь возможность решения для большего количества неизвестных компонентов. Обычно, если базовые плотности беспримесных составов являются известными как функция температуры, тогда программное обеспечение концентрации может точно определять объемную долю вплоть до двух компонентов. Однако, с добавлением информации о давлении пара, описанной выше, три компонента могут быть дифференцированы, с предоставленными объемными или массовыми долями компонента для каждого.Density measurement and vapor pressure measurement can be combined to result in more equations and therefore be able to solve more unknown components. Typically, if the base densities of the pure formulations are known as a function of temperature, then the concentration software can accurately determine the volume fraction of up to two components. However, with the addition of the vapor pressure information described above, the three components can be differentiated, with component volume or mass fractions provided for each.
Предоставление возможности для определения доли жидкости трехкомпонентных смесей может увеличивать используемый диапазон измерения концентрации или компьютера нетто-добычи нефти. Дополнительные уравнения, необходимые для трех компонентов, определяются ниже, где φ ссылается на объемную долю каждого компонента, а ρ является плотностью каждого компонента, вместе с измеренной плотностью.Providing the ability to determine the liquid fraction of three-component mixtures can increase the usable range of the concentration measurement or the net oil recovery computer. The additional equations needed for the three components are defined below, where φ refers to the volume fraction of each component and ρ is the density of each component, along with the measured density.
[11] [eleven]
[12] [12]
В качестве примера, следующее уравнение показывает, как вышеупомянутые законы Дальтона и Рауля могут быть использованы для определения концентрации, по меньшей мере, одного компонента в многокомпонентной текучей среде, многокомпонентная текучая среда является трехкомпонентной текучей средой.As an example, the following equation shows how the above laws of Dalton and Raoult can be used to determine the concentration of at least one component in a multi-component fluid, the multi-component fluid is a three-component fluid.
; [13] ; [13]
где:where:
является давлением пара трехкомпонентной текучей среды, которое может быть измерено посредством измерительного преобразователя; is the vapor pressure of the three-component fluid, which can be measured by means of a transducer;
и являются молярными долями трех компонентов трехкомпонентной текучей среды; и and are the mole fractions of the three components of the ternary fluid; and
и являются давлениями пара каждого из компонентов в качестве беспримесной текучей среды; которые могут быть известны, например, из таблицы поиска. and are the vapor pressures of each of the components as a pure fluid; which may be known, for example, from a lookup table.
Молярные доли трех компонентов могут обязательно в сумме давать единицу:Mole fractions of the three components may necessarily add up to one:
. [14] . [fourteen]
Кроме того, молярные доли трех компонентов , соответственно умноженные на их молекулярный вес, должны давать в сумме молекулярный вес трехкомпонентной текучей среды:In addition, the mole fractions of the three components respectively multiplied by their molecular weight should sum to the molecular weight of the ternary fluid:
; [15] ; [fifteen]
где:where:
является молекулярным весом трехкомпонентной текучей среды; и is the molecular weight of the ternary fluid; and
, и являются молекулярными весами каждого из компонентов в трехкомпонентной текучей среде. , and are the molecular weights of each of the components in the ternary fluid.
Дополнительно, обратная величина плотности трехкомпонентной текучей среды может быть равна сумме отношений массовой доли и плотности каждого из компонентов в трехкомпонентной текучей среде:Additionally, the reciprocal of the density of the ternary fluid may be equal to the sum of the mass fraction and density ratios of each of the components in the ternary fluid:
; [16] ; [16]
где:where:
, , и являются соответствующими массовыми долями первого, второго и третьего компонента в трехкомпонентной текучей среде и соответственно равны , , и ; , , and are the corresponding mass fractions of the first, second and third component in a three-component fluid and are respectively equal to , , and ;
, , являются, соответственно, плотностями первого, второго и третьего компонента трехкомпонентной текучей среды; и , , are, respectively, the densities of the first, second and third component of the three-component fluid; and
является плотностью трехкомпонентной текучей среды, которая может быть равна измеренной плотности . is the density of the ternary fluid, which may be equal to the measured density .
Как может быть принято во внимание, существует семь уравнений и семь неизвестных, и, следовательно, концентрации каждого компонента могут быть определены.As can be taken into account, there are seven equations and seven unknowns, and hence the concentrations of each component can be determined.
Даже в смесях лишь с двумя компонентами измерение давления пара бинарной смеси может быть использовано само по себе для вычисления долей компонентов смеси; это будет особенно полезно в случаях, когда плотности беспримесных компонентов являются равными, но их давления пара различаются. Альтернативно, давление пара бинарной смеси может быть использовано для предоставления вторичной проверки для алгоритмов на основе плотности, даже когда плотности беспримесных компонентов различаются.Even in mixtures with only two components, the measurement of the vapor pressure of a binary mixture can be used by itself to calculate the fractions of the mixture components; this will be especially useful in cases where the densities of the pure components are equal but their vapor pressures are different. Alternatively, the vapor pressure of the binary mixture can be used to provide a secondary check for density based algorithms even when the densities of the pure components differ.
Использование давления параUse of steam pressure
Фиг. 6 показывает способ 600 использования давления пара для определения концентрации компонента в многокомпонентной текучей среде. Как показано на фиг. 6, на этапе 610, способ 600 определяет первое давление пара. Первое давление пара является давлением пара первого компонента многокомпонентной текучей среды. На этапе 620 способ определяет второе давление пара. Второе давление пара является давлением пара второго компонента многокомпонентной текучей среды. На этапе 630 способ определяет многокомпонентное давление пара. Многокомпонентное давление пара является давлением пара многокомпонентной текучей среды. Многокомпонентное давление пара многокомпонентной текучей среды может быть суммой давлений, оказываемых каждым компонентом в многокомпонентной текучей среде. Способ 600, на этапе 640, определяет концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара.Fig. 6 shows a
На этапе 640 способ 600 может включать в себя концентрацию первого или второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара с помощью вышеуказанного уравнения [10], также как соотношения молярных долей . Для трехкомпонентной текучей среды способ 600 может определять концентрацию первого компонента, второго компонента и/или третьего компонента с помощью уравнений [13]-[16], указанных выше.At 640,
Способ 600 может также включать в себя дополнительные этапы. Например, способ 600 может определять плотность многокомпонентной текучей среды в измерительном преобразователе на основе сигналов датчика, предоставляемых измерительным преобразователем. Например, плотность может быть определена посредством измерения частоты, такой как резонансная частота, измерительного преобразователя и с помощью корреляции между частотой и значением плотности, чтобы определять плотность многокомпонентной текучей среды. Способ 600 может также дополнительно определять истинное давление пара многокомпонентной текучей среды на основе статического давления многокомпонентной текучей среды в измерительном преобразователе. Давление пара может быть определено на основе коэффициента усиления возбуждающего сигнала, предоставляемого измерительному преобразователю. Измерительный преобразователь может быть измерительным узлом вибрационного измерителя, хотя любой подходящий измерительный преобразователь может быть использован, как объясняет последующее.
Фиг. 7 показывает систему 700 для использования давления пара для определения концентрации многокомпонентной текучей среды. Как показано на фиг. 7, система 700 состоит из электронного прибора 710 и измерительного преобразователя 720. Электронный прибор 710 может быть сконфигурирован, чтобы определять давление пара многокомпонентной текучей среды. Например, электронный прибор 710 может быть сконфигурирован, чтобы определять первое и второе давление пара, первое и второе давление пара являются давлениями пара, соответственно, для первого компонента и второго компонента многокомпонентной текучей среды. Электронный прибор 710 может также быть сконфигурирован, чтобы определять многокомпонентное давление пара, когда многокомпонентное давление пара является давлением пара многокомпонентной текучей среды. Электронный прибор 710 может использовать давления пара, чтобы определять концентрацию многокомпонентной текучей среды. Например, электронный прибор 710 может быть использован, чтобы определять концентрацию, по меньшей мере, одного из первого компонента и второго компонента на основе многокомпонентного давления пара, первого давления пара и второго давления пара.Fig. 7 shows a
Электронный прибор 710 может также быть сконфигурирован, чтобы определять плотность многокомпонентной текучей среды. Плотность многокомпонентной текучей среды может быть равна сумме каждой плотности, умноженной на объемную долю каждого компонента. Например, для трехкомпонентной текучей среды, плотность трехкомпонентной текучей среды может быть равна сумме произведений соответствующей плотности и объемной доли компонентов в трехкомпонентной текучей среде. Обратная величина плотности многокомпонентной текучей среды может быть равна сумме соответствующих массовых долей и плотностей компонентов в многокомпонентной текучей среде. Например, для трехкомпонентной текучей среды обратная величина плотности может быть определена согласно вышеуказанному уравнению [16].The
Вышеприведенное описывает вибрационный измеритель 5, в частности, измерительный электронный прибор 20, и способ 600, и систему 700, с помощью давления пара, чтобы определять концентрацию компонента в многокомпонентной текучей среде. Концентрация компонента может быть определена с помощью измерений, предоставляемых только вибрационным измерителем 5, хотя дополнительные измерения могут быть выполнены, такие как измерения статического давления, описанные со ссылкой на фиг. 5. В результате, информация, предоставляемая измерительным электронным прибором 20, может включать в себя не только массовые расходы и плотность, но также концентрации компонентов в многокомпонентной текучей среде. Область вибрационных измерителей усовершенствуется, так как измерительные способности вибрационных измерителей усовершенствуются. Области, в которых вибрационные измерители применяются, также усовершенствуются, так как число измерительных устройств, требуемых для получения концентраций компонентов в многокомпонентной текучей среде, может быть уменьшено, тем самым экономя затраты. Кроме того, информация может предоставляться в реальном времени и по месту, тем самым, гарантируя, что данные точно представляют измеряемую многокомпонентную текучую среду.The above describes the
Подробные описания вышеупомянутых вариантов осуществления не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов осуществления, рассматриваемых изобретателями как находящиеся в рамках настоящего описания. В действительности, специалисты в области техники поймут, что определенные элементы вышеописанных вариантов осуществления могут по-разному быть объединены или устранены, чтобы создавать дополнительные варианты осуществления, и такие дополнительные варианты осуществления попадают в рамки и учения настоящего описания. Также обычным специалистам в данной области техники будет очевидно, что вышеописанные варианты осуществления могут быть объединены в целом или частично, чтобы создавать дополнительные варианты осуществления в рамках и учениях настоящего описания.The detailed descriptions of the above embodiments are not intended to be exhaustive descriptions of all embodiments contemplated by the inventors as being within the scope of the present disclosure. Indeed, those skilled in the art will appreciate that certain elements of the above described embodiments may be combined or omitted in various ways to create additional embodiments, and such additional embodiments fall within the scope and teachings of the present disclosure. It will also be apparent to those of ordinary skill in the art that the above described embodiments may be combined in whole or in part to create additional embodiments within the scope and teachings of the present disclosure.
Таким образом, хотя конкретные варианты осуществления описываются в данном документе в иллюстративных целях, различные эквивалентные модификации возможны в рамках настоящего описания, как поймут специалисты в связанной области техники. Представленные здесь идеи могут быть применены к другим способам, электронике, системам и т.п. для использования давления пара для определения концентраций компонентов в многокомпонентной текучей среде, а не только к вариантам осуществления, описанным выше и показанным на сопроводительных чертежах. Соответственно, рамки вариантов осуществления, описанных выше, должны быть определены из последующей формулы изобретения.Thus, while specific embodiments are described herein for illustrative purposes, various equivalent modifications are possible within the scope of the present description, as those skilled in the related art will appreciate. The ideas presented here can be applied to other methods, electronics, systems, and the like. for using vapor pressure to determine the concentrations of components in a multicomponent fluid, and not only to the embodiments described above and shown in the accompanying drawings. Accordingly, the scope of the embodiments described above should be determined from the following claims.
Claims (59)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2782508C1 true RU2782508C1 (en) | 2022-10-28 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020184940A1 (en) * | 2000-01-13 | 2002-12-12 | Storm Bruce H. | Single tube downhole densitometer |
US6612186B1 (en) * | 2000-02-16 | 2003-09-02 | Micro Motion, Inc. | Mass fraction metering device |
US20150293002A1 (en) * | 2012-10-25 | 2015-10-15 | Carrier Corporation | Method of measuring concentrations of gas mixtures |
US20160041052A1 (en) * | 2013-03-15 | 2016-02-11 | Icon Scientific Limited | System And Method For Analysing Vapour Pressure |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020184940A1 (en) * | 2000-01-13 | 2002-12-12 | Storm Bruce H. | Single tube downhole densitometer |
US6612186B1 (en) * | 2000-02-16 | 2003-09-02 | Micro Motion, Inc. | Mass fraction metering device |
US20150293002A1 (en) * | 2012-10-25 | 2015-10-15 | Carrier Corporation | Method of measuring concentrations of gas mixtures |
US20160041052A1 (en) * | 2013-03-15 | 2016-02-11 | Icon Scientific Limited | System And Method For Analysing Vapour Pressure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102519609B1 (en) | Method and apparatus for adjusting phase fraction and concentration measurement of flow meter | |
JP2024023472A (en) | Vapor pressure verification using fluid density measurement value | |
RU2782508C1 (en) | Using steam pressure to determine the concentration of components in a multicomponent fluid | |
RU2776976C1 (en) | Using fluid density for checking vapor pressure | |
RU2785829C1 (en) | Determining vapour pressure using the coefficient of a vapour pressure meter | |
CA3135826C (en) | Using vapor pressure to determine concentrations of components in a multi-component fluid | |
JP7258180B2 (en) | Determination of Vapor Pressure Using Vapor Pressure Meter Factor | |
RU2787932C1 (en) | Determining the pressure of vapour of a fluid in a measuring assembly | |
CA3135823C (en) | Determining a vapor pressure of a fluid in a meter assembly | |
RU2793602C1 (en) | True vapor pressure and fast vapor detection device and related method |