一種段塞流參數(shù)非介入測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種段塞流參數(shù)非介入測(cè)量裝置及方法，具體地說(shuō)是一種用于測(cè)量氣 液兩相混輸管路中段塞流參數(shù)的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 段塞流是氣液混輸管路中一種常見(jiàn)的流型，它在許多操作條件（正常操作、啟動(dòng)、 停輸、清管、輸量變化等）下都會(huì)出現(xiàn)。段塞流表現(xiàn)液塞和大氣泡交替流過(guò)管道截面，因此 在段塞流型下，管道的壓力和持液率會(huì)發(fā)生急劇變化，從而嚴(yán)重影響下游會(huì)引起下游油氣 處理設(shè)備中的液位劇烈波動(dòng)。段塞流特征參數(shù)主要有液塞頻率，液塞長(zhǎng)度、液塞速度。對(duì)彈 狀流動(dòng)參數(shù)進(jìn)行時(shí)時(shí)測(cè)量，是研究段塞流流動(dòng)流動(dòng)規(guī)律，W及對(duì)段塞流進(jìn)行控制的前提和 基礎(chǔ)。
[0003] 當(dāng)前段塞流參數(shù)測(cè)量主要通過(guò)對(duì)反映兩相流流動(dòng)特性的波動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析處理 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)信號(hào)來(lái)源不同，主要有壓力（差壓）波動(dòng)法W及探針測(cè)量法等。
[0004] Li P Y 等人在《Int.J. Multiphase Flow》（國(guó)際多相流雜志，1987, 13 (1);13-20) 發(fā)表了"Detection of slug flow from pressure measurements (基于壓力信號(hào)的段塞流 測(cè)量）"，該文報(bào)道了采用壓力信號(hào)測(cè)量段塞流速度。何利民等人在《化工學(xué)報(bào)》（2003,54 (2);227-230)發(fā)表了"測(cè)量水平管道液塞速度和長(zhǎng)度的差壓波動(dòng)分析法"，文章采用差壓信 號(hào)對(duì)段塞流速度和長(zhǎng)度進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)量壓力或差壓信號(hào)需要對(duì)現(xiàn)有管線進(jìn)行開(kāi)孔W便安 裝引壓，增加了介質(zhì)泄漏風(fēng)險(xiǎn)。
[0005] 常見(jiàn)的探針測(cè)量裝置有電導(dǎo)探針、電容探針、光纖探針等多種形式。王蠢等人在 《工程熱物理學(xué)報(bào)》（2006,27 (1);71-74)發(fā)表了 "水平管道段塞流液塞速度實(shí)驗(yàn)研究"，該 文報(bào)道了采用電導(dǎo)探針互相關(guān)技術(shù)測(cè)量液塞速度的方法。該方法同樣是一種介入式方法， 影響管道內(nèi)清管器的通過(guò)，傳感器件容易污損，測(cè)量時(shí)需要對(duì)現(xiàn)有管道系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整改造。 此外，該方法對(duì)被測(cè)介質(zhì)有明確要求，對(duì)于氣、油兩相流，由于氣相和液相介質(zhì)均不導(dǎo)電，該 方法將無(wú)法使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服上述段塞流參數(shù)測(cè)量方法的局限，W在管壁中往復(fù)傳播的超 聲回波為分析對(duì)象，提出一種利用氣、液相與管壁接觸時(shí)超聲回波衰減特性的差異來(lái)進(jìn)行 段塞流參數(shù)測(cè)量的裝置。其優(yōu)點(diǎn)是不改變現(xiàn)有管路結(jié)構(gòu)，在管道外壁即可實(shí)現(xiàn)對(duì)管內(nèi)段塞 流參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量，無(wú)需聲速校正，不受管內(nèi)介質(zhì)溫度、壓力，物性等參數(shù)變化的影響，具有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，適用范圍廣、安全性能好等特點(diǎn)。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：
[0008] -種段塞流參數(shù)非介入測(cè)量裝置包括超聲回波測(cè)量探頭、超聲回波采集模塊、信 號(hào)分析處理模塊、段塞流參數(shù)輸出模塊，超聲回波測(cè)量探頭有兩只，分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與超聲 回波采集模塊相連，超聲回波采集模塊通過(guò)數(shù)據(jù)線與信號(hào)處理模塊相連，信號(hào)處理模塊通 過(guò)數(shù)據(jù)線與段塞流參數(shù)輸出模塊相連。
[0009] 兩個(gè)超聲探頭結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)完全相同，分別布置在被測(cè)氣液兩相流管道的外壁 12點(diǎn)鐘位置，上游超聲回波測(cè)量探頭和下游超聲回波測(cè)量探頭間距0. 5m-lm。
[0010] 兩只超聲回波測(cè)量探頭的端面與被測(cè)管道外壁貼合，探頭端面與被測(cè)管道外壁之 間的間隙由超聲禪合劑填充。
[0011] 一種段塞流參數(shù)非介入測(cè)量方法包括如下步驟：
[0012] 1)應(yīng)用超聲回波采集模塊對(duì)上下游兩超聲回波測(cè)量探頭測(cè)量的回波信號(hào)進(jìn)行同 時(shí)采集，采集數(shù)據(jù)的時(shí)間長(zhǎng)度為5min-30min。
[0013] 2)超聲回波采集模塊記錄的兩超聲回波數(shù)據(jù)輸入信號(hào)分析處理系統(tǒng)，信號(hào)分析處 理系統(tǒng)根據(jù)上下游超聲回波測(cè)量探頭測(cè)量的回波信號(hào)的衰減特征，確定液塞頭部和尾部分 別到達(dá)和離開(kāi)兩測(cè)量探頭的四個(gè)時(shí)刻：
[0014] Tih-液塞頭部到達(dá)上游超聲回波測(cè)量探頭的時(shí)間，
[0015] Tit-液塞尾部離開(kāi)上游超聲回波測(cè)量探頭的時(shí)間，
[0016] T2H-液塞頭部到達(dá)下游超聲回波測(cè)量探頭的時(shí)間，
[0017] T2T-液塞尾部離開(kāi)下游超聲回波測(cè)量探頭的時(shí)間，
[0018] 液塞速度Vs用公式
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種段塞流參數(shù)非介入測(cè)量裝置，包括超聲回波測(cè)量探頭、超聲回波采集模塊、信號(hào) 分析處理模塊、段塞流參數(shù)輸出模塊，超聲回波測(cè)量探頭有兩只，分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與超聲回 波采集模塊相連，超聲回波采集模塊通過(guò)數(shù)據(jù)線與信號(hào)分析處理模塊相連，信號(hào)分析處理 模塊通過(guò)數(shù)據(jù)線與段塞流參數(shù)輸出模塊相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種段塞流參數(shù)非介入測(cè)量裝置，其特征在于：所述的兩個(gè) 超聲探頭結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)完全相同，分別布置在被測(cè)氣液兩相流管道的外壁12點(diǎn)鐘位置， 上游超聲回波測(cè)量探頭和下游超聲回波測(cè)量探頭間距〇. 5m-lm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種段塞流參數(shù)非介入測(cè)量裝置，其特征在于：兩只超聲回 波測(cè)量探頭的端面與被測(cè)管道外壁貼合，探頭端面與被測(cè)管道外壁之間的間隙由超聲耦合 劑填充。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種段塞流參數(shù)非介入測(cè)量方法，其特征在于包括如下步 驟： 1) 應(yīng)用超聲回波采集模塊對(duì)上下游兩超聲回波測(cè)量探頭測(cè)量的回波信號(hào)進(jìn)行同時(shí)采 集，采集數(shù)據(jù)的時(shí)間長(zhǎng)度為5min-30min， 2) 超聲回波采集模塊記錄的兩超聲回波數(shù)據(jù)輸入信號(hào)分析處理模塊，信號(hào)分析處理模 塊根據(jù)上下游超聲回波測(cè)量探頭測(cè)量的回波信號(hào)的衰減特征，確定液塞頭部和尾部分別到 達(dá)和離開(kāi)兩測(cè)量探頭的四個(gè)時(shí)刻： T1H--液塞頭部到達(dá)上游超聲回波測(cè)量探頭的時(shí)間， T1t--液塞尾部離開(kāi)上游超聲回波測(cè)量探頭的時(shí)間， T2H,--液塞頭部到達(dá)下游超聲回波測(cè)量探頭的時(shí)間， T2T--液塞尾部離開(kāi)下游超聲回波測(cè)量探頭的時(shí)間， 液塞速度Vs用公式
計(jì)算， 3)根據(jù)由步驟2)得到的液塞速度Vs計(jì)算液塞長(zhǎng)度Ls，液塞長(zhǎng)度Ls用公式LS=VS (T1t_T1h)或LS=VS (T2T-T2H)計(jì)算， 4) 統(tǒng)計(jì)某一時(shí)間段內(nèi)經(jīng)過(guò)上游超聲回波測(cè)量探頭或下游超聲回波測(cè)量探頭的液塞個(gè) 數(shù)n，根據(jù)n計(jì)算液塞頻率f，計(jì)算公式如下：
其中：T--統(tǒng)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)短， 5) 根據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)測(cè)量的液塞個(gè)數(shù)n，計(jì)算平均液塞速度g和平均液塞長(zhǎng)度& ?公式 如下：
其中： i--統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)第i個(gè)液塞， VSi--統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)第i個(gè)液塞的速度， LSi--統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)第i個(gè)液塞的長(zhǎng)度， 6)由步驟4)計(jì)算的液塞頻率f，以及步驟5)計(jì)算的平均液塞速度R和平均液塞長(zhǎng)度M<由段塞流參數(shù)輸出模塊顯示輸出。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種段塞流參數(shù)非介入測(cè)量裝置及方法。該裝置包括超聲回波測(cè)量探頭、超聲回波采集模塊、信號(hào)分析處理模塊、段塞流參數(shù)輸出模塊。兩只超聲探頭結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)完全相同，分別布置在被測(cè)氣液兩相流管道的外壁12點(diǎn)鐘位置。根據(jù)上下游兩只超聲回波測(cè)量探頭所測(cè)量的回波信號(hào)衰減特征，分辨兩個(gè)探頭所在處管道內(nèi)壁是大氣泡還是液塞，并確定出超聲回波波形開(kāi)始變化的時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液塞速度、長(zhǎng)度和頻率的非介入測(cè)量。本發(fā)明為完全非介入測(cè)量裝置，不需對(duì)現(xiàn)有管線進(jìn)行改動(dòng)，不存在介質(zhì)泄漏風(fēng)險(xiǎn)，不受管內(nèi)溫度、壓力、氣液物性等參數(shù)的變化的影響，無(wú)需聲速校正，在管外壁即可實(shí)現(xiàn)管內(nèi)氣液兩相段塞流特征參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量。
【IPC分類】G01M10-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104568375
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410073671
【發(fā)明人】梁法春, 陳婧, 于皓, 鄭洪峰
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年3月3日