СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВКИ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОЙ ДОЛИ И КОНЦЕНТРАЦИИ РАСХОДОМЕРА Российский патент 2021 года по МПК G01F1/84 G01N9/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к вибрационным измерительным устройствам, а более конкретно, к способу и оборудованию для регулировки измерений на основе состава фазовой доли.

Уровень техники

Вибрационные плотномеры и расходомеры Кориолиса являются, в целом, известными и используются для измерения массового расхода, плотности и другой информации, относящейся к текучей среде, протекающей по трубопроводу в расходомере или трубопроводу, содержащему плотномер. Текучая среда может содержать жидкость, газ, жидкость с взвешенными частицами и/или увлеченным газом или их сочетания. Примерные расходомеры 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 типично имеют одну или более трубок прямой или изогнутой конфигурации. Конфигурация каждой трубки 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. Некоторые типы массовых расходомеров, особенно кориолисовы расходомеры, являются приспособленными для работы способом, который выполняет непосредственное измерение плотности, чтобы предоставлять объемную информацию через отношение массы к плотности. См., например, патент США № 4,872,351 для Руеша на предмет компьютера чистой нефти, который использует кориолисов расходомер для измерения плотности неизвестной многофазной текучей среды. Патент США № 5,687,100 для Баттлера и др. обучает плотномеру на эффекте Кориолиса, который корректирует показания плотности для влияний массового расхода в массовом расходомере, работающем в качестве вибрационного трубопроводного плотномера.

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.

Измерительное электронное оборудование, соединенное через возбуждающее устройство вибрационного измерительного устройства, формирует возбуждающий сигнал для работы возбуждающего устройства, а также определения плотности и/или других свойств технологического материала из сигналов, принимаемых от тензодатчиков. Возбуждающее устройство может содержать одну из множества хорошо известных компоновок, таких как возбуждающее пьезоустройство или магнит, имеющий встречно-включенную катушку возбуждения. Переменный ток передается возбуждающему устройству для вибрации трубки(трубок) с желаемой амплитудой и частотой. Также известно на уровне техники предоставление тензодатчиков в компоновке, очень похожей на компоновку возбуждающего устройства. Однако, в то время как возбуждающее устройство получает ток, который индуцирует перемещение, тензодатчики могут использовать перемещение, обеспечиваемое возбуждающим устройством, чтобы индуцировать напряжение. Величина временной задержки, измеренной посредством тензодатчиков, является очень маленькой; часто измеряется в наносекундах. Следовательно, необходимо, чтобы выходные данные датчика был очень точными.

Кориолисовые измерительные устройства предлагают высокую точность для однофазных потоков. Однако, когда кориолисов расходомер используется для измерения многофазных текучих сред, таких как текучие среды, включающие в себя увлеченный газ, точность измерительного устройства может значительно ухудшаться. Это является аналогично справедливым для потоков, имеющих увлеченные твердые частицы, и для потоков текучих сред со смешанной фазой, например, когда углеводородные текучие среды содержат воду.

Увлеченный газ обычно присутствует в виде пузырьков в протекающем материале. Размер пузырьков может изменяться в зависимости от объема присутствующего воздуха, давления протекающего материала и температуры. Связанный и значительный источник ошибки возникает из разделения текучей среды. Разделение текучей среды получается в результате движения пузырьков газа относительно жидкости в результате вибрации трубы. Относительное перемещение пузырьков газа относительно жидкости возбуждается посредством выталкивающей силы, которая аналогична силе, которая вынуждает пузырьки подниматься на поверхность под действием силы тяжести. Однако, в вибрирующей трубе, существует ускорение вибрирующей трубы, которое вынуждает пузырьки двигаться больше по сравнению с ускорением силы тяжести. Так как плотная текучая среда имеет большую массу по сравнению с легкими пузырьками, пузырьки имеют большее ускорение по сравнению с текучей средой в направлении ускорения трубы. Вследствие большего ускорения пузырьков, при каждом колебании проточной трубки, пузырьки перемещаются дальше проточной трубки. Дополнительно, движение пузырька вынуждает некоторую часть текучей среды перемещаться меньше по сравнению с проточной трубкой. Это является основной проблемы разделения. В результате, текучая среда, которая имеет меньшую амплитуду вибрации, подвергается меньшему кориолисовому ускорению и прикладывает меньшую кориолисову силу к проточной трубке, чем могло бы быть в отсутствие пузырьков. Это приводит в результате к тому, что характеристики расхода и плотности занижаются (отрицательные погрешности расхода и плотности), когда увлеченный газ присутствует. Компенсация разделения текучей среды была трудной, так как существуют несколько факторов, которые определяют, насколько пузырьки перемещаются относительно текучей среды. Вязкость текучей среды является очевидным фактором. В очень вязкой текучей среде пузырьки (или частицы) фактически застывают на месте в текучей среде, и небольшая погрешность расхода получается в результате. Другим влиянием на подвижность пузырька является размер пузырька. Затягивание пузырька является пропорциональным площади поверхности, тогда как выталкивающая сила является пропорциональной объему. Следовательно, очень маленькие пузырьки имеют высокое отношение затягивания к всплытию и имеют тенденцию двигаться с окружающей текучей средой. Небольшие пузырьки, следовательно, вызывают небольшие погрешности. Наоборот, большие пузырьки имеют тенденцию не перемещаться с окружающей текучей средой и приводят в результате к большим погрешностям. То же остается справедливым для частиц. Небольшие частицы имеют тенденцию перемещаться с текучей средой и вызывают небольшие погрешности.

Разница плотности между текучей средой и газом является другим фактором, который может способствовать неточности расходомера. Выталкивающая сила является пропорциональной разнице в плотности между текучей средой и газом. Газ высокого давления может иметь достаточно высокую плотность, чтобы влиять на выталкивающую силу и уменьшать эффект разделения.

В дополнение к погрешностям измерения, действие многофазного потока на расходомеры Кориолиса увеличивается посредством затухания в проточной трубке, приводя в результате к снижению амплитуды колебаний проточной трубки. Типично, измерительное электронное оборудование компенсирует эту сниженную амплитуду, увеличивая энергию возбуждения, или коэффициент усиления возбуждения, для того, чтобы восстанавливать амплитуду. Даже очень небольшие объемы газа могут вызывать большое увеличение в коэффициенте усиления возбуждения.

Ранее коэффициент усиления возбуждения использовался для определения того, существует или нет многофазный поток в измерительном устройстве. Если коэффициент усиления возбуждения измерительного устройства переходит выше некоторого порогового значения, тогда текучая среда в измерительном устройстве считается многофазным потоком, и корректирующее действие может быть предпринято, чтобы улучшать точность измеренных значений. В измерительных устройствах предшествующего уровня техники используется значение по умолчанию для порогового значения коэффициента усиления возбуждения. На практике, значение по умолчанию должно быть задано умеренно высоким, так что оно будет работать для большинства прикладных задач. Это должно быть сделано по трем причинам: 1) Каждый расходомер Кориолиса имеет различный базовый коэффициент усиления возбуждения. Это коэффициент усиления возбуждения, требуемый для возбуждения проточной трубки при исключительно однофазных потоках. Вследствие этого коэффициент усиления возбуждения должен быть достаточно высоким, чтобы работать для каждого измерительного устройства. Например, типичный номинальный коэффициент усиления возбуждения для одного семейства измерительных устройств может быть 2%, тогда как номинальное значение для другого семейства измерительных устройств может быть 20% Это номинальное значение зависит от многих вещей, включающих в себя силу магнита и конструкцию, конструкцию катушки и размер/жесткость измерительного устройства; 2) Исключительно жидкие многокомпонентные смеси, состоящие из одной или более различающихся по плотности жидкостей, будут иметь тот же разделяющий эффект, что и газообразные и жидкие текучие среды, хотя гораздо меньший. Погрешности, по большей части, являются ничтожными в исключительно жидком многокомпонентном потоке, но могут все еще быть небольшие увеличения в коэффициенте усиления возбуждения, которые не должны рассматриваться как газ. Опять же, пороговое значение должно быть достаточно высоким, чтобы ошибочно не воспринимать исключительно жидкий поток как газообразный и жидкий потоки; и 3) Для некоторых прикладных задач может совсем не быть периодов чистой жидкости, на которых следует основывать удерживаемые значения. Однако, часто существуют периоды, по большей части, жидкости, когда только небольшие следы газа могут существовать. Пороговое значение коэффициента усиления возбуждения задается достаточно высоким, так что эти периоды рассматриваются как чистая жидкость, так что удерживаемые значения могут быть созданы, и периоды очень большого газа могут все еще быть откорректированы. Значение по умолчанию работает для некоторых прикладных задач. Однако, для прикладных задач, где могут быть лишь небольшие объемы газа, поступающего в измерительное устройство, пороговое значение по умолчанию может быть слишком высоким. Вследствие спорадической природы коэффициента усиления возбуждения, и потенциальной возможности того, что пороговое значение коэффициента усиления возбуждения задается слишком высоким, этот способ не всегда создает удерживаемые значения из периодов минимального присутствия или отсутствия газа. Для прикладных задач, где существует всегда достаточно газа, так что коэффициент усиления возбуждения никогда не падает ниже порогового значения, пороговое значение по умолчанию является слишком низким.

В некоторых прикладных задачах, где измерение текучей среды является критичным, все еще существует небольшая или отсутствует способность управления технологическими текучими средами или условиями, способность выполнения критичных измерений расхода и измерений качества текучей среды является очень затруднительной. Например, в прикладных задачах утилизации из жироуловителя ресторана, твердые остатки пищи, вода и масло, все встречаются в технологическом материале. Вакуумные машины, используемые для отбора жира, часто дополнительно увлекают с ним воздух. Уровни резервуара обычно просто оцениваются водителями автоцистерн. Точность и надежность этой процедуры является низкой, и существует материальное давление, чтобы недооценивать уровни.

Предоставляется способ и устройство, при этом обработка расходомера регулируется на основе состава фазовой доли, таким образом, улучшая точность расходомера.

Сущность изобретения

Предоставляется вибрационное измерительное устройство, согласно варианту осуществления, которое содержит возбуждающее устройство, вибрационный элемент, способный вибрировать посредством возбуждающего устройства, и, по меньшей мере, один тензодатчик, сконфигурированный, чтобы обнаруживать вибрации вибрационного элемента. Предоставляется измерительное электронное оборудование, которое содержит интерфейс, сконфигурированный для приема ответной вибрации, по меньшей мере, от одного тензодатчика, и систему обработки, соединенную с интерфейсом. Измерительное электронное оборудование конфигурируется, чтобы измерять коэффициент усиления возбуждения возбуждающего устройства, измерять суммарную плотность многофазной технологической текучей среды в вибрационном измерительном устройстве, определять, ниже ли коэффициент усиления возбуждения по сравнению с первым пороговым значением, и определять распределение концентрации жидкой/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности, если коэффициент усиления возбуждения ниже первого порогового значения, и вычислять расход для каждой жидкой фазы.

Способ регулировки измерения фазовой доли расходомера и концентрации предоставляется согласно варианту осуществления. Способ содержит этапы предоставления вибрационного расходомера и протекания многофазной технологической текучей среды через вибрационный расходомер. Коэффициент усиления возбуждения возбуждающего устройства вибрационного расходомера измеряется. Плотность технологической текучей среды измеряется. Определяется, ниже ли коэффициент усиления возбуждения по сравнению с первым пороговым значением. Распределение концентрации жидкой/жидкой фазы технологической текучей среды определяется с помощью измеренной суммарной плотности, если коэффициент усиления возбуждения ниже первого порогового значения, и расход для каждой жидкой фазы вычисляется.

Аспекты

Согласно аспекту, вибрационное измерительное устройство содержит возбуждающее устройство, вибрационный элемент, способный вибрировать посредством возбуждающего устройства, и, по меньшей мере, один тензодатчик, сконфигурированный, чтобы обнаруживать вибрации вибрационного элемента. Предоставляется электронное оборудование измерительного устройства, которое содержит интерфейс, сконфигурированный для приема ответной вибрации, по меньшей мере, от одного тензодатчика, и систему обработки, соединенную с интерфейсом. Измерительное электронное оборудование конфигурируется, чтобы измерять коэффициент усиления возбуждения возбуждающего устройства, измерять суммарную плотность многофазной технологической текучей среды в вибрационном измерительном устройстве, определять, ниже ли коэффициент усиления возбуждения по сравнению с первым пороговым значением, и определять распределение концентрации жидкой/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности, если коэффициент усиления возбуждения ниже первого порогового значения, и вычислять расход для каждой жидкой фазы.

Предпочтительно, система обработки конфигурируется, чтобы определять, по меньшей мере, одно из того, ниже ли коэффициент усиления возбуждения по сравнению со вторым пороговым значением, которое больше первого порогового значения, и ниже ли коэффициент усиления возбуждения по сравнению с первым пороговым значением шума коэффициента усиления возбуждения, если коэффициент усиления возбуждения выше первого порогового значения.

Предпочтительно, система обработки конфигурируется, чтобы определять распределение концентрации твердой/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности и ранее определенной плотности жидкости, если измеренная суммарная плотность находится в диапазоне плотности твердых веществ, и вычислять расход для каждой фазы.

Предпочтительно, система обработки конфигурируется, чтобы определять распределение концентрации жидкой/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности, если измеренная суммарная плотность ниже диапазона плотности твердых веществ и находится в диапазоне плотности жидкостей, и вычислять расход для каждой фазы.

Предпочтительно, система обработки конфигурируется, чтобы определять распределение концентрации газообразной/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности и ранее определенной плотности жидкости, если измеренная суммарная плотность ниже диапазона плотности твердых веществ и находится в диапазоне плотности газа, и вычислять расход для каждой фазы.

Предпочтительно, система обработки конфигурируется, чтобы определять, по меньшей мере, одно из того, выше ли коэффициент усиления возбуждения по сравнению со вторым пороговым значением, которое больше первого порогового значения, и выше ли коэффициент усиления возбуждения по сравнению с первым пороговым значением шума коэффициента усиления возбуждения, и определять распределение концентрации газообразной/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности и ранее определенной плотности жидкости, если измеренная суммарная плотность ниже диапазона плотности жидкости, и вычислять расход для каждой фазы.

Согласно аспекту, способ регулировки измерения фазовой доли расходомера и концентрации содержит этапы предоставления вибрационного расходомера и протекания многофазной технологической текучей среды через вибрационный расходомер. Коэффициент усиления возбуждения возбуждающего устройства вибрационного расходомера измеряется. Плотность технологической текучей среды измеряется. Определяется, ниже ли коэффициент усиления возбуждения по сравнению с первым пороговым значением. Распределение концентрации жидкости/жидкой фазы технологической текучей среды определяется с помощью измеренной суммарной плотности, если коэффициент усиления возбуждения ниже первого порогового значения, и расход для каждой жидкой фазы вычисляется.

Предпочтительно, способ содержит этап определения, по меньшей мере, одного из того, ниже ли коэффициент усиления возбуждения по сравнению со вторым пороговым значением, которое больше первого порогового значения, и ниже ли коэффициент усиления возбуждения по сравнению с первым пороговым значением шума коэффициента усиления возбуждения, если коэффициент усиления возбуждения выше первого порогового значения.

Предпочтительно, способ содержит этап определения распределения концентрации твердой/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности и ранее определенной плотности жидкости, если измеренная суммарная плотность находится в диапазоне плотности твердых веществ, и вычисления расхода для каждой фазы.

Предпочтительно, способ содержит этап определения распределения концентрации жидкой/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности, если измеренная суммарная плотность ниже диапазона плотности твердых веществ и находится в диапазоне плотности жидкостей, и вычисления расхода для каждой фазы.

Предпочтительно, способ содержит этап определения распределения концентрации газообразной/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности и ранее определенной плотности жидкости, если измеренная суммарная плотность ниже диапазона плотности твердых веществ и находится в диапазоне плотности газа, и вычисления расхода для каждой фазы.

Предпочтительно, способ содержит этапы определения, по меньшей мере, одного из того, выше ли коэффициент усиления возбуждения по сравнению со вторым пороговым значением, которое больше первого порогового значения, и выше ли коэффициент усиления возбуждения по сравнению с первым пороговым значением шума коэффициента усиления возбуждения, и определения распределения концентрации газообразной/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности и ранее определенной плотности жидкости, если измеренная суммарная плотность ниже диапазона плотности жидкости, и вычисления расхода для каждой фазы.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 иллюстрирует вибрационный расходомер согласно варианту осуществления;

Фиг. 2 иллюстрирует измерительное электронное оборудование согласно варианту осуществления;

Фиг. 3 - это примерный график, указывающий добавление растворяемого вещества в наблюдаемый раствор; и

Фиг. 4 - это блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант осуществления.

Подробное описание изобретения

Фиг. 1-4 и последующее описание описывают конкретные примеры для изучения специалистами в области техники того, как создать и использовать лучший вариант изобретения. В целях обучения принципам изобретения некоторые традиционные аспекты были упрощены или опущены. Специалисты в данной области техники поймут вариации из этих примеров, которые подпадают под рамки изобретения. Специалисты в данной области техники поймут, что признаки, описанные ниже, могут быть объединены различными способами, чтобы формировать множественные вариации изобретения. В результате, изобретение не ограничивается конкретными примерами, описанными ниже, а только формулой изобретения и ее эквивалентами.

Фиг. 1 иллюстрирует расходомер 5, который может быть любым вибрационным измерительным устройством, таким как кориолисов расходомер/плотномер, например, без ограничения. Расходомер 5 содержит узел 10 датчика и измерительное электронное оборудование 20. Узел 10 датчика реагирует на массовый расход и плотность технологического материала. Измерительное электронное оборудование 20 соединяется с узлом 10 датчика через выводы 100, чтобы предоставлять информацию о плотности, массовом расходе и температуре по каналу 26, также как и другую информацию. Узел 10 датчика включает в себя фланцы 101 и 101', пару коллекторов 102 и 102', пару параллельных трубок 103 (первую трубку) и 103' (вторую трубку), возбуждающее устройство 104, датчик 106 температуры, такой как температурный датчик сопротивления (RTD), и пару тензодатчиков 105 и 105', таких как магнитные/индуктивные датчики, датчики деформации, оптические датчики или любой другой тензодатчик, известный на уровне техники. Трубки 103 и 103' имеют впускные отрезки 107 и 107' и выпускные отрезки 108 и 108', соответственно. Трубки 103 и 103' сгибаются, по меньшей мере, в одном симметричном месте вдоль своей длины и являются практически параллельными на протяжении всей своей длины. Каждая трубка 103, 103' колеблется относительно осей W и W', соответственно.

Отрезки 107, 107', 108, 108' трубок 103, 103' неподвижно присоединяются к блокам 109 и 109' установки трубок, и эти блоки, в свою очередь, неподвижно присоединяются к коллекторам 102 и 102'. Это обеспечивает непрерывный замкнутый путь материала через узел 10 датчика.

Когда фланцы 101 и 101' подсоединяются к технологической линии (не показана), которая несет технологический материал, который измеряется, материал поступает в первый конец 110 расходомера 5 через первое дроссельное отверстие (не видно в виде на фиг. 1) в фланце 101 и проводится через коллектор 102 в блок 109 установки трубки. В коллекторе 102 материал делится и направляется по трубкам 103 и 103'. При выходе из трубок 103 и 103' технологический материал повторно объединяется в единый поток в коллекторе 102' и после этого направляется на выход второго конца 112, соединенного посредством фланца 101' с технологической линией (не показана).

Трубки 103 и 103' выбираются и соответствующим образом устанавливаются на блоки 109, 109' установки трубок так, чтобы иметь практически одинаковое распределение массы, моменты инерции и модуль Юнга относительно осей изгиба W--W и W'--W', соответственно. Поскольку модуль Юнга трубок 103, 103' изменяется с температурой, и это изменение влияет на вычисление расхода и плотности, датчик 106 температуры устанавливается, по меньшей мере, на одну трубку 103, 103', чтобы непрерывно измерять температуру трубки. Температура трубки, и, следовательно, напряжение, возникающее на концах датчика 106 температуры для заданного тока, проходящего через него, регулируется, прежде всего, по температуре материала, проходящего по трубке. Зависящее от температуры напряжение, возникающее на концах датчика 106 температуры, используется хорошо известным способом измерительным электронным оборудованием 20, чтобы компенсировать изменение в модуле упругости трубок 103, 103' вследствие каких-либо изменений в температуре трубок 103, 103'. Датчик 106 температуры присоединяется к измерительному электронному оборудованию 20.

Обе трубки 103, 103' возбуждаются посредством возбуждающего устройства 104 в противоположных направлениях относительно их соответствующих осей изгиба W и W' в том, что называется первой несовпадающей по фазе формой изгибных колебаний расходомера. Это возбуждающее устройство 104 может содержать любую компоновку из множества хорошо известных компоновок, такую как магнит, установленный на трубку 103', и встречно-включенная катушка, установленная на трубку 103, через которую переменный ток пропускается для осуществления вибрации обеих трубок. Надлежащий возбуждающий сигнал прикладывается посредством измерительного электронного оборудования 20, через вывод 113, к возбуждающему устройству 104. Следует понимать, что, в то время как обсуждение направлено на две трубки 103, 103', в других вариантах осуществления только единственная трубка может быть предусмотрена, или более двух трубок может быть предусмотрено. Также в рамках настоящего изобретения находится формирование множества возбуждающих сигналов для множества возбуждающих устройств, и для того, чтобы возбуждающее устройство(а) возбуждали трубки в режимах, отличных от первой несовпадающей по фазе формы изгибных колебаний.

Измерительное электронное оборудование 20 может быть соединено с каналом 26 или другой линией связи. Измерительное электронное оборудование 20 может передавать измерения плотности по каналу 26. Измерительное электронное оборудование 20 может также передавать любой вид сигналов, измерений или данных по каналу 26. Кроме того, измерительное электронное оборудование 20 может принимать инструкции, программные, другие данные или команды по каналу 26.

Измерительное электронное оборудование 20 принимает сигнал температуры на выводе 114, и левый и правый сигналы скорости, возникающие на выводах 115 и 115', соответственно. Измерительное электронное оборудование 20 формирует возбуждающий сигнал, возникающий на выводе 113, для возбуждающего устройства 104, и осуществляет вибрацию трубок 103, 103'. Измерительное электронное оборудование 20 обрабатывает левый и правый сигналы скорости и сигнал температуры, чтобы вычислять массовый расход и плотность материала, проходящего через узел 10 датчика. Эта информация, вместе с другой информацией, сообщается измерительным электронным оборудованием 20 по каналу 26 средству использования. Объяснение схемы измерительного электронного оборудования 20 не нужно для понимания настоящего изобретения и пропускается для краткости этого описания.

Следует понимать, что описание на фиг. 1 предоставляется просто в качестве примера работы одного возможного вибрационного измерительного устройства и не предназначается, чтобы ограничивать учение настоящего изобретения. Например, описывается структура расходомера Кориолиса, но специалистам в области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть применено на практике на вибрирующей трубе или вилочном плотномере без дополнительной способности измерения, обеспечиваемой массовым расходомером Кориолиса.

Будет понятно, что, когда существуют две фазы текучей среды с различными плотностями, присутствующие в вибрационном расходомере, существует разделение, которое возникает между этими двумя фазами, и что разделение является функцией разницы в плотности несущей фазы (жидкости в этом случае) и фазы частиц (твердой) и размера частиц, вместе с вязкостью несущей фазы и частотой вибрации трубы. Это затухание является очень чувствительным способом обнаружения присутствия двух фаз. Это затухание представляет себя в вибрационных измерительных устройствах как в коэффициенте усиления возбуждения, так и в амплитуде тензодатчика. В случае газа в жидком процессе, например, без ограничения, коэффициент усиления возбуждения быстро растет примерно от 2-5% примерно до 100%.

Объединенное действие затухания на подводимую энергию и результирующую амплитуду известно как расширенный коэффициент усиления возбуждения, который представляет оценку того, сколько мощности потребуется для сохранения целевой амплитуды вибрации, если более 100% мощности будет доступно:

Следует отметить, что, в целях вариантов осуществления, предоставленных в данном документе, термин "коэффициент усиления возбуждения" может, в некоторых вариантах осуществления, ссылаться на ток возбуждения, напряжение тензодатчика или любой измеренный или полученный сигнал, который указывает величину мощности, необходимой для возбуждения измерительного устройства с конкретной амплитудой. В связанных вариантах осуществления термин "коэффициент усиления возбуждения" может быть расширен, чтобы охватывать любой показатель, используемый для обнаружения многофазного потока, такой как уровни шума, стандартное отклонение сигналов, связанные с затуханием измерения и любое другое средство, известное на уровне техники для обнаружения потока со смешанными фазами. В варианте осуществления эти показатели могут сравниваться между тензодатчиками для того, чтобы обнаруживать смешанную фазу.

Вибрационные трубки или элементы берут очень немного энергии, чтобы поддерживать вибрацию со своей первой резонансной частотой, поскольку вся текучая среда в измерительном устройстве является однородной в отношении плотности. В случае текучей среды, состоящей из двух (или более) несмешивающихся компонентов различных плотностей, вибрация трубы будет вызывать смещение различных величин каждого из компонентов. Это различие в смещении, или разделение, и величина этого разделения были показаны как зависящие от отношения плотностей компонентов, также как обратного числа Стокса:

Где ω - это частота вибрации, ν - это кинематическая вязкость текучей среды, а r - это радиус частицы. Следует отметить, что частица может иметь более низкую плотность по сравнению с текучей средой, как в случае пузырька.

Разделение, которое возникает между компонентами, вызывает возникновение затухания в вибрации трубы, требующего большей энергии для поддержания вибрации, или уменьшающего амплитуду вибрации, для фиксированной величины подаваемой энергии.

Фиг. 2 - это блок-схема измерительного электронного оборудования 20 согласно варианту осуществления. В работе расходомер 5 предоставляет различные значения измерений, которые могут быть выведены, включающие в себя одно или более из измеренного или усредненного значения плотности, 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.

Расходомер 5 формирует ответную вибрацию. Ответная вибрация принимается и обрабатывается измерительным электронным оборудованием 20, чтобы формировать одно или более значений измерения текучей среды. Значения могут наблюдаться, записываться, сохраняться, суммироваться и/или выводиться.

Измерительное электронное оборудование 20 включает в себя интерфейс 301, систему 303 обработки на связи с интерфейсом 301 и систему 304 хранения на связи с системой 303 обработки. Хотя эти компоненты показаны как отдельные блоки, следует понимать, что измерительное электронное оборудование 20 может состоять из различных сочетаний объединенных и/или раздельных компонентов.

Интерфейс 301 может быть сконфигурирован, чтобы соединяться с выводами 100 и обмениваться сигналами с возбуждающим устройством 104, тензодатчиками 105, 105' и датчиками 106 температуры, например. Интерфейс 301 может быть дополнительно сконфигурирован, чтобы связываться по каналу 26 связи, например, с внешними устройствами.

Система 303 обработки может содержать любой вид системы обработки. Система 303 обработки конфигурируется, чтобы извлекать и выполнять сохраненные программы для того, чтобы управлять расходомером 5. Система 304 хранения может хранить программы, включающие в себя, общую программу 305 измерительного устройства и программу 313 коэффициента усиления возбуждения. Система 304 хранения может хранить показатели измерений, принятые значения, рабочие значения и другую информацию. В некоторых вариантах осуществления система хранения хранит массовый расход (m) 321, плотность (ρ) 325, пороговое значение 326 плотности, вязкость (μ) 323, температуру (T) 324, давление 309, коэффициент 306 усиления возбуждения, пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения и любые другие переменные, известные на уровне техники. Программы 305, 313 могут содержать любой отмеченный сигнал, также как другие переменные, известные на уровне техники. Другие программы измерения/обработки рассматриваются и находятся в рамках описания и формулы изобретения.

Общая программа 305 измерительного устройства может производить и сохранять количественные оценки текучей среды и измерения расхода. Эти значения могут содержать практически мгновенные значения измерения или могут содержать суммированные или накопленные значения. Например, общая программа 305 измерительного устройства может формировать показатели измерения массового расхода и сохранять их в хранилище массового расхода 321 системы 304 хранения, например. Аналогично, общая программа 305 измерительного устройства может формировать показатели измерения плотности и сохранять их в хранилище плотности 325 системы 304 хранения, например. Значения массового расхода 321 и плотности 325 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 обнаруживаются некоторые условия текучей среды, например, только жидкое состояние текучей среды, или, альтернативно, состояние текучей среды, включающее в себя жидкости, увлеченный газ и/или твердые вещества, растворы и их сочетания. Кроме того, другой массовый и объемный расход и связанные количественные оценки рассматриваются как находящиеся в рамках описания и формулы изобретения.

Пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения может быть использовано, чтобы различать поток смешанной фазы и наблюдать растворение растворяемого вещества. Различные пороговые значения 302 коэффициента усиления возбуждения могут быть использованы, чтобы различать между потоками вещества, содержащими различные доли фаз. Аналогично, пороговое значение 326 плотности, примененное к показателю плотности 325, может также быть использовано, отдельно или вместе с коэффициентом усиления возбуждения, чтобы различать поток со смешанной фазой и растворение растворяемого вещества. Различные пороговые значения 326 плотности могут быть использованы, чтобы различать между потоками вещества, содержащими различные доли фаз. Коэффициент 306 усиления возбуждения может быть использован в качестве показателя для чувствительности ответной вибрации расходомера 5 на присутствие текучих сред различных долей фаз, например, без ограничения. Пороговые значения 302 коэффициента усиления возбуждения и пороговые значения 326 плотности могут быть просто введены или запрограммированы в измерительное электронное оборудование 20 и могут быть выбраны на основе условий процесса, как будет понятно специалистам в области техники.

В варианте осуществления различные пороговые значения 302 коэффициента усиления возбуждения изменяются в зависимости от прикладной задачи и могут быть распознаны соответствующим образом. В варианте осуществления свойства текучей среды и расходы, как предполагается, должны оставаться относительно постоянными с течением времени ("установившиеся применения"), и предполагается, что не будет внезапных колебаний величин. Рабочим примером этого, без ограничения, является работающая в естественных условиях нефтескважина, в которой расход возбуждается подземным давлением в скважине. Давление, как предполагается, должно оставаться фактически постоянным в течение коротких периодов времени (< 1 дня, например). Скважины механизированной добычи, такие как скважины, приводимые в действие электрическим скважинным насосом, будут также попадать в это применение, так как расходы сохраняются фактически постоянными. В результате фактически постоянных условий, целесообразно иметь чувствительность к небольшим увеличениям в коэффициенте усиления возбуждения и оставаться в корректирующем состоянии большую часть времени. Т.е., для прикладных задач, которые известны как имеющие постоянные расходы и плотности, часто является желательным интерполировать длительные периоды времени в поиске точных измерений, получаемых в периодах низкого содержания газа, таким образом, игнорируя большую часть ошибочных измерений, полученных в периоды более высокого содержания газа между ними. Опять же, нефтегазовые скважины являются просто примерными применениями и не должны считаться ограничивающими, так как любое применение расходомера 5, известное на уровне техники, рассматривается в данном документе.

В одном варианте осуществления предполагается, что объемный расход смеси (газа и жидкости) является постоянным, пока присутствует газ. Следовательно, расход жидкости может быть вычислен на основе следующего уравнения, например, без ограничения:

(4)

Где:

GVF - это объемная доля газа

(5)

Где:

ρ_mix - это плотность смеси;

ρ_liquid - это плотность жидкости; и

ρ_gas - это плотность газа.

В условиях потока, когда газ не присутствует, объемный расход смеси равен объемному расходу жидкости. Однако, в одном варианте осуществления, выполняется предположение, что объемный расход смеси не изменяется, когда присутствует газ.

В моменты времени, когда коэффициент усиления возбуждения является низким и устойчивым, газ не присутствует в трубопроводе, и все измерения могут считаться точными в обычных спецификациях расходомера. Множество источников текучей среды подразумевают только прерывистый вовлеченный газ, и в течение часа, или дня, или другого предварительно определенного периода времени, вероятно существует интервал времени, когда присутствует немного газа, или газ не присутствует. В течение этого времени коэффициент усиления возбуждения является низким и устойчивым, и расход, плотность и любое другое измерение, выполненное посредством измерительного устройства, может заслуживать доверия и выводиться пользователю или записываться для статистического анализа. Это предоставит возможность точного определения расходов компонентов в этом периоде низкого коэффициента усиления возбуждения, без ограничения.

Как отмечено выше, когда коэффициент усиления возбуждения расходомера 5 возрастает выше некоторого порогового значения, тогда текучая среда в измерительном устройстве считается многофазным потоком, и корректирующее действие предпринимается, чтобы улучшать точность измеренных значений. Таким образом, когда коэффициент усиления возбуждения выше порогового значения, измерительное устройство работает в корректирующем состоянии. Удерживаемые значения (измеренные переменные, используемые из периода однофазного потока) для плотности, объемного расхода и массового расхода из периодов низкого коэффициента 306 усиления возбуждения (коэффициента 306 усиления возбуждения ниже порогового значения 302 коэффициента усиления возбуждения), следовательно, используются во время корректирующего состояния, с тем, чтобы заменять или улучшать точность измеренных переменных. Так как расходы и плотность могут изменяться со временем, удерживаемые значения должны периодически обновляться; однако, в течение большей части времени, программа 315 порогового значения коэффициента усиления может оставаться в корректирующем состоянии и интерполировать даже по небольшим объемам увлеченного газа. Является приемлемым оставаться в этом корректирующем состоянии в течение относительно длительных периодов времени в качестве альтернативы принятию больших погрешностей, ассоциированных с увлеченным газом в расходомере 5. Таким образом, более полезным является измерение точных значений лишь от случая к случаю по сравнению с частым получением показателей измерения, которые показывают большие погрешности. Если пороговое значение задано слишком высоким, тогда измеренные значения и удерживаемые значения могут быть основаны на многофазных измерениях, и скорректированные значения жидкости будут ошибочными.

Если пороговое значение коэффициента усиления возбуждения задается слишком низким, тогда удерживаемые значения могут никогда не быть определены в течение заданного периода времени. Например, в прикладных задачах, когда газ присутствует все/почти все время, так что коэффициент усиления возбуждения никогда не падает ниже порогового значения, пороговое значение по умолчанию очевидно задается слишком низким. В варианте осуществления пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения, таким образом, задается так, что удерживаемые значения периодически определяются из периодов минимального коэффициента усиления возбуждения. Если минимальный коэффициент усиления возбуждения увеличивается или уменьшается со временем, тогда пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения регулируется автоматически. В варианте осуществления пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения определяется не на основе желания идентифицировать периоды времени с и без газа, как на предшествующем уровне техники, а скорее пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения выбирается специально, чтобы определять число удерживаемых значений, которое оно создаст в течение заданного периода. Это число удерживаемых значений и временной период могут быть указаны пользователем в варианте осуществления; однако, это может также быть определено во время конструирования/испытания расходомера 5. Например, для данной прикладной задачи, может быть целесообразным автоматически определять пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения, которое предоставит возможность для пяти обновлений удерживаемых значений в течение данного периода времени. Пять обновлений являются просто примером, и больше или меньше обновлений в течение предварительно определенного интервала времени рассматриваются.

Эта концепция представляет отход от исторической идеи выбора порогового значения 302 коэффициента усиления возбуждения в качестве значения, выше которого программа 315 порогового значения коэффициента усиления возбуждения считает, что газ был обнаружен. Расходомеры 5 имеют способность обнаруживать даже небольшие объемы увлеченного газа в жидком потоке посредством измерения мощности возбуждения трубы, известной как диагностический коэффициент 306 усиления возбуждения. Коэффициент 306 усиления возбуждения является показателем измерения величины мощности возбуждения, требуемой, чтобы поддерживать проточные трубки расходомера Кориолиса вибрирующими с постоянной амплитудой. Для однофазного измерения газа или жидкости коэффициент 306 усиления возбуждения является низким и устойчивым, так как относительно немного мощности требуется для вибрации конструкции с ее собственной частотой. Однако, когда даже небольшие объемы газа присутствуют в жидкости, или небольшие объемы жидкости присутствуют в газе, мощность возбуждения, требуемая для вибрации, резко увеличивается. Это делает коэффициент 306 усиления возбуждения очень надежной диагностикой обнаружения для увлеченного газа. Исторически, пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения просто использовалось в качестве способа идентификации интервалов времени, когда газ присутствует. Это, в основном, применялось в качестве бинарного указания присутствия/отсутствия газа. В представленных вариантах осуществления, однако, газ может присутствовать часто или всегда, таким образом, получение наилучших возможных показателей измерений - показателей с наименьшим содержанием газа и наименьшим коэффициентом усиления возбуждения - применяется на практике. Таким образом, пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения может быть автоматически определено на основе не просто обнаружения газа, а скорее по нахождению периодов минимального содержания газа для того, чтобы находить лучшие удерживаемые значения, доступные для данного периода времени. Это балансирует необходимость в точности с необходимостью эпизодического обновления значений, чтобы обнаруживать изменения в расходе и составе технологической текучей среды. В некоторых вариантах осуществления, однако, пороговые значения 302 коэффициента усиления возбуждения могут быть просто введены или запрограммированы в измерительное электронное оборудование 20.

Для того, чтобы определять пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения, предварительно определенный период времени сигнала коэффициента усиления возбуждения может наблюдаться. Обновленное пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения определяется на основе минимального требуемого порогового значения, так что коэффициент 306 усиления возбуждения падает ниже порогового значения 302 коэффициента усиления возбуждения указанное число раз в течение предварительно определенного периода времени. В варианте осуществления дополнительным вариантом является требование того, чтобы коэффициент 306 усиления возбуждения падал ниже порогового значения 302 коэффициента усиления возбуждения в течение предварительно определенного интервала времени. Этот предварительно определенный интервал времени является временем, необходимым, чтобы коэффициент 306 усиления возбуждения был ниже порогового значения 302 коэффициента усиления возбуждения, прежде чем программа 315 порогового значения коэффициента усиления возбуждения определяет вход в корректирующее состояние и получает новые удерживаемые значения. Это защищает от мгновенных бросков шумного сигнала коэффициента усиления возбуждения, которые на самом деле не представляют испытываемое падение в затухании вследствие меньшего содержания газа в проточных трубах.

Число удерживаемых значений, желательных в течение предварительно определенного периода времени, может быть определено на основе прикладной задачи и условий. Пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения, которое создаст желаемое число удерживаемых значений в течение предварительно определенного периода времени, рассчитывается и затем используется во время последующего периода времени для определения удерживаемых значений. Таким образом, в варианте осуществления, новое пороговое значение определяется для отдельного периода времени на основе показаний из предшествующего периода времени. Так как условия процесса являются довольно устойчивыми в этих сценариях, предполагается, что пороговое значение, определенное из одного периода времени, будет уместным во время следующего периода времени, когда оно используется, таким образом, создавая приблизительно такое же число удерживаемых значений. Однако, в альтернативном варианте осуществления, программа 315 порогового значения коэффициента усиления возбуждения основывается на скользящем окне данных вместо дискретных периодов времени. В этом случае, пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения будет постоянно обновляться и быть более уместным к текущим условиям.

В других прикладных задачах может предполагаться, что только плотность жидкости остается постоянной в течение периодов высокого коэффициента усиления возбуждения (т.е., "неустойчивых применений"). Вследствие этого может предполагаться лишь, что измерения массового расхода точно измеряют массовый расход жидкости, когда присутствует газ. Это предоставляет возможность определения объемного расхода жидкости из следующего уравнения, например, без ограничения:

(6)

Для неустойчивых применений является возможным, что плотность жидкости может также колебаться, возможно вследствие изменений в обводненности, например, без ограничения. Вследствие этого, пороговое значение 302 коэффициента усиления возбуждения задается слегка выше, чем для устойчивых применений. По существу, расходомер 5 не тратит столько времени в корректирующем состоянии, что является противоположным вышеотмеченным устойчивым применениям, когда условия являются достаточно постоянными, что в идеале необходимо быть более консервативным и оставаться в корректирующем состоянии более часто.

Следует отметить, что простое увеличение числа желаемых удерживаемых значений не достигнет желаемого характера измерения в реальном времени. Коэффициент 306 усиления возбуждения может быть низким и устойчивым в течение большей части времени в некоторых неустойчивых применениях, несмотря на то, что плотность, объемный расход и массовый расход могут колебаться. Следует также отметить, что, в то время как коэффициент усиления возбуждения является низким, все еще часто существуют очень маленькие колебания значений. Например, без ограничения, даже когда не существует увлеченного газа в технологической текучей среде, коэффициент усиления возбуждения не будет оставаться постоянным, скажем, равным 4%, а вместо этого будет колебаться неустойчиво между 3,9 и 4,1%. Эти колебания могут быть вследствие шума потока или вибраций трубы. Опять же, это является просто примером в иллюстративных целях. Если методология порогового значения, описанная выше для устойчивых применений, используется, пороговое значение может быть задано относительно низким (например, 4%, со ссылкой на пример выше), все еще создавая множество удерживаемых значений. Для неустойчивых применений, когда коэффициент усиления возбуждения является таким низким, не будет полезным удерживать плотность, так как плотность может изменяться, и важно отмечать и измерять это изменение, чтобы поддерживать точные показания. Опять же, это не является большой проблемой для устойчивых применений, так как плотность не изменяется быстро.

В варианте осуществления для неустойчивых применений, для того, чтобы препятствовать нежелательному удержанию плотности или других удерживаемых значений в таких случаях, как случаи, описанные выше, константа может быть добавлена к автоматически определенному пороговому значению 302 коэффициента усиления возбуждения. Возвращаясь к вышеприведенному примеру еще раз, если пороговое значение было автоматически определено как 4%, давая пять удерживаемых значений в течение отдельного периода времени, тогда оно может быть увеличено на 5% до 9%, например, без ограничения. Это предоставляет возможность выводить измеренную плотность большую часть времени, с исключениями, сделанными для периодов, имеющих достаточно увлеченного газа, чтобы увеличивать коэффициент усиления возбуждения значительно - гораздо более 5% по сравнению с периодом без газа, например.

Регулировка фазовой доли

Для прикладных задач, когда доли фазы могут изменяться во время процесса, предоставляются варианты осуществления. Способы измерения массового расхода могут изменяться, когда фаза технологической текучей среды (например, твердые вещества, вода, масло и газ) изменяется.

Плотность может быть использована для определения состава текучей среды с двумя компонентами, каждый из которых имеет различную плотность. Простым примером является обводненность:

Плотность может также быть использована для определения доли фазы (газа или жидкости) технологической текучей среды с помощью уравнения 5. Аналогично, концентрация твердых веществ в жидкости может быть определена следующим образом:

Где:

ρ_solids является плотностью твердых веществ.

В целом, коэффициент усиления возбуждения ведет себя довольно различно в случае двух жидкостей, газа и жидкости, или твердого вещества и жидкости. В случае двух жидкостей, коэффициент усиления возбуждения является, в целом, низким и устойчивым. В случае жидкости с газом, он будет гораздо более высоким или насыщенным при 100%, а с твердыми веществами он обычно слегка повышается, но сигнал содержит больше шума. Все плотности, отмеченные в данном документе, могут быть термокомпенсированы. Степень температурной компенсации и/или используемый способ температурной компенсации могут изменяться в зависимости от определенного типа потока или фазы технологической текучей среды.

Возвращаясь к фиг. 3, график показывает пример того, как коэффициент усиления возбуждения используется для обнаружения присутствия твердых веществ в растворе. В предоставленном примерном графике растворимое твердое вещество добавляется в три момента времени A, B и C. Коэффициент усиления возбуждения резко увеличивается, когда растворяемое вещество добавляется в раствор, как указано пиками, которые соответствуют добавлениям A, B и C растворяемого вещества. Это также сопровождается соответствующими увеличениями в плотности. Коэффициент усиления возбуждения возвращается к устойчивому базовому уровню, a, b, c, после пика, и это указывает, что растворяемое вещество растворяется. Следует отметить, что кривая плотности стабилизируется после каждого добавления растворяемого вещества, но плотность раствора увеличивается в итоге. В варианте осуществления обнаружение устойчивого базового уровня после добавления растворяемого вещества указывает, что растворяемое вещество поступило в раствор. Пики A, B, C коэффициента усиления возбуждения являются явно выраженными. Однако, в варианте осуществления, когда добавление растворяемого вещества имеет существенное влияние на плотность, такое как иллюстрированное, изменение плотности и/или устойчивость плотности могут быть использованы в качестве первичного указателя растворения, при этом коэффициент усиления возбуждения используется в качестве подтверждающей переменной.

Следует отметить, что твердые растворяемые вещества, имеющие профиль растворения, отличный от профиля, иллюстрированного на фиг. 3, также рассматриваются. В некоторых случаях, добавление растворяемого вещества вызывает медленное увеличение в коэффициенте усиления возбуждения, который выравнивается, после того как растворяемое вещество растворяется. Коэффициент усиления возбуждения затем остается на этом более высоком уровне. Опять же, это может быть использовано в качестве указания только растворения или может быть использовано в качестве вспомогательного указателя, вместе с плотностью, что растворяемое вещество было добавлено в правильном количестве, и что оно полностью растворилось. Общий сдвиг в номинальном коэффициенте усиления возбуждения и плотности указывает, что растворяемое вещество было добавлено в правильном количестве, и устойчивость сигнала коэффициента усиления возбуждения указывает, что растворяемое вещество полностью растворилось.

График на фиг. 3 предоставляется просто в качестве примера потенциальных измерений добавления твердых веществ. Форма кривых, интенсивность пиков, уклоны, возврат к базовому уровню или нет и другие иллюстрированные характеристики являются просто примерами. Будет понятно специалистам в области техники, что различные твердые вещества/растворяемые вещества и различные технологические текучие среды будут показывать потенциально уникальную форму кривой, уникальную форму пиков и размер, уникальные уклоны, уникальный возврат(ы) к базовому уровню, уникальные сочетания вышеупомянутого и, в целом, уникальные сигнатуры и/или поведения коэффициента усиления возбуждения/плотности - слишком много для иллюстрации.

Зная, как коэффициент усиления возбуждения ведет себя относительно фаз, присутствующих в процессе, процессы, которые подвергаются изменению фазовых долей, могут быть отрегулированы, чтобы более точно измерять расход.

Способ регулировки работы расходомера 5, чтобы компенсировать изменения фазовой доли, иллюстрируется на фиг. 4. На этапе 400 измеряется коэффициент 306 усиления возбуждения расходомера 5. Затем, на этапе 402 определяется, ниже ли коэффициент 306 усиления возбуждения по сравнению с первым "нижним" пороговым значением. Измеренный коэффициент усиления возбуждения ниже первой пороговой точки указывает, что существует вероятность того, что технологическая текучая среда состоит исключительно из жидкостей. Если это такой случай, на этапе 404 измеренное значение 325 плотности будет использовано для определения распределения концентрации жидкости, и массовый расход будет распределен для каждой жидкости в технологической текучей среде. Одним примером будет использование уравнения обводненности, такого как примерное уравнение 7.

Однако, если на этапе 402 определяется, что коэффициент 306 усиления возбуждения выше первого "нижнего" порогового значения, коэффициент усиления возбуждения будет дополнительно проанализирован на этапе 406. Измеренный коэффициент усиления возбуждения выше первой пороговой точки указывает, что существует вероятность того, что технологическая текучая среда содержит нежидкие компоненты. Анализ коэффициента усиления возбуждения на этапе 406 может, в варианте осуществления, устанавливать, выше ли коэффициент 306 усиления возбуждения по сравнению с нижним пороговым значением, а также ниже второго, более высокого, порогового уровня коэффициента усиления возбуждения. Анализ коэффициента усиления возбуждения на этапе 406 может, в варианте осуществления, либо альтернативно, либо в соединении со вторым пороговым уровнем коэффициента усиления возбуждения, определять, ниже ли коэффициент 306 усиления возбуждения по сравнению с пороговым значением шума или другим показателем измерения устойчивости или непостоянства, который может также быть зафиксирован, предварительно определен и/или динамически определен посредством алгоритма. Если, во время анализа коэффициента усиления возбуждения на этапе 406, обнаруживается, что коэффициент усиления возбуждения ниже второго порогового уровня коэффициента усиления возбуждения и/или ниже порогового шума, это указывает на потенциальное присутствие дополнительных фаз. Следовательно, чтобы помочь в определении состава технологической текучей среды, плотность 325 технологической текучей среды измеряется на этапе 408.

На этапе 408, если плотность определяется как находящаяся в диапазоне плотностей, ассоциированных с присутствием фазы твердых веществ, значения плотности смеси и плотности жидкости используются для вычисления распределения концентрации жидкой/твердой фазы на этапе 410. В примере это вычисление может содержать уравнение 8 или аналогичное. Зная долю технологического потока, которая содержит жидкости, и долю, которая содержит твердые вещества, вычисления расхода могут быть отрегулированы пропорционально для распределения каждой фазы, таким образом, предоставляя более точный расход. Будет понятно, что отмеченные диапазоны плотности могут изменяться в зависимости от технологических материалов, характера работы измерительного устройства и т.д. и могут быть фиксированными, предварительно определенными и/или динамически определяемыми посредством алгоритма.

На этапе 408, если плотность определяется ниже диапазона плотностей, ассоциированных с присутствием фазы твердых веществ, устанавливается, на этапе 412, определяется ли плотность как более низкая по сравнению с пороговым значением диапазона жидкостей. Если плотность не определяется как более низкая по сравнению с пороговым значением диапазона жидкостей, это указывает на присутствие жидкостей, и выполняется этап 404, при этом измеренное значение плотности 325 используется для определения распределения концентрации жидкости, и массовый расход распределяется для каждой жидкости в технологической текучей среде. Одним примером будет использование уравнения обводненности, такого как примерное уравнение 7.

Если, с другой стороны, устанавливается на этапе 412, что плотность ниже порогового значения диапазона жидкостей, это указывает на наличие увлеченного газа, и выполняется этап 414. На этапе 414 измеренные значения плотности смеси и плотности жидкости используются для вычисления GVF. В примере это вычисление может содержать уравнение 5 или аналогичное. Зная долю технологического потока, которая содержит жидкости, и долю, которая содержит газ, вычисления расхода могут быть отрегулированы пропорционально для выделения каждой фазы, таким образом, предоставляя более точный расход.

Возвращаясь к анализу коэффициента усиления возбуждения на этапе 406, если обнаруживается, что коэффициент усиления возбуждения выше второго порогового уровня коэффициента усиления возбуждения и/или выше порогового шума, это указывает на потенциальное присутствие дополнительных фаз. Следовательно, чтобы помочь в определении состава технологической текучей среды, плотность 325 технологической текучей среды измеряется на этапе 416. Если на этапе 416 определяется, что плотность ниже порогового значения диапазона жидкостей, это указывает на наличие увлеченного газа, и этап 414 выполняется, как описано выше. Опять же, зная долю технологического потока, которая содержит жидкости, и долю, которая содержит газ, вычисления расхода могут быть отрегулированы пропорционально для выделения каждой фазы, таким образом, предоставляя более точный расход.

Для всех моментов времени, когда расход вычисляется в вариантах осуществления, расход может быть распределен отдельному компоненту, который может быть выведен как отдельный чистый расход, фазовая доля или накоплен в сумматоре.

Если на этапе 416 определяется, что плотность выше порогового значения диапазона жидкостей, предупреждающий сигнал или уведомление формируется на этапе 418, указывающее на потенциальную ошибку.

Опять же, следует подчеркнуть, что пороговые значения коэффициента усиления возбуждения и плотности могут быть фиксированными, предварительно определенными и/или динамически определяемыми посредством алгоритма во время использования расходомера 5. Плотность жидкости может быть пользовательскими входными данными, определенными из известных свойств текучих сред, или автоматически обнаружена, с помощью коэффициента усиления возбуждения в качестве указателя последнего состояния жидкости.

Подробные описания вышеупомянутых вариантов осуществления не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов осуществления, рассматриваемых изобретателями как находящиеся в рамках изобретения. 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 изобретения. 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 изобретения.

Таким образом, хотя конкретные варианты осуществления и примеры изобретения описываются в данном документе в иллюстративных целях, различные эквивалентные модификации возможны в рамках изобретения, как поймут специалисты в соответствующей области техники. Учения, предоставленные в данном документе, могут быть применены к другим вибрационным системам, а не только к вариантам осуществления, описанным выше и показанным на сопровождающих чертежах. Соответственно, рамки изобретения должны быть определены из последующей формулы изобретения.

Предоставляется вибрационный расходомер (5), имеющий возбуждающее устройство (104) и вибрационный элемент (103, 103'), способный вибрировать посредством возбуждающего устройства (104). По меньшей мере один тензодатчик (105, 105') конфигурируется, чтобы обнаруживать вибрации вибрационного элемента (103, 103'). Измерительное электронное оборудование (20) содержит интерфейс (301), сконфигурированный, чтобы принимать ответную вибрацию по меньшей мере от одного тензодатчика (105, 105'), и систему (303) обработки, соединенную с интерфейсом (301). Система (303) обработки конфигурируется, чтобы измерять коэффициент (306) усиления возбуждения возбуждающего устройства (104) и измерять суммарную плотность (325) многофазной технологической текучей среды в вибрационном измерительном устройстве (5) и определять, ниже ли коэффициент (306) усиления возбуждения по сравнению с первым пороговым уровнем. Распределение концентрации жидкой/жидкой фазы определяется с помощью измеренной суммарной плотности (325). Определяют, превышает ли усиление возбуждения второй порог, который больше первого порога, и превышает ли усиление возбуждения первое пороговое значение шума усиления возбуждения, а также определяют концентрацию газовой/жидкой фазы, распределение с измеренной общей плотностью и ранее определенной плотностью жидкости, если измеренная общая плотность ниже диапазона плотности жидкости, а также если коэффициент (306) усиления возбуждения ниже первого порогового значения, вычисляют расход для каждой фазы. Технический результат - повышение точности расходомеров, используемых для измерения многофазных флюидов. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Вибрационное измерительное устройство (5), содержащее:

возбуждающее устройство (104);

вибрационный элемент (103, 103'), способный вибрировать посредством возбуждающего устройства (104);

по меньшей мере один тензодатчик (105, 105'), сконфигурированный, чтобы обнаруживать вибрации вибрационного элемента (103, 103');

измерительное электронное оборудование (20), содержащее интерфейс (301), сконфигурированный, чтобы принимать ответную вибрацию по меньшей мере от одного тензодатчика (105, 105') , и систему (303) обработки, соединенную с интерфейсом (301), сконфигурированную, чтобы:

измерять коэффициент (306) усиления возбуждения возбуждающего устройства (104);

измерять суммарную плотность (325) многофазной технологической текучей среды в вибрационном измерительном устройстве (5);

определять, ниже ли коэффициент (306) усиления возбуждения по сравнению с первым пороговым значением;

определять распределение концентрации жидкой/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности (325), если коэффициент (306) усиления возбуждения ниже первого порогового значения, и вычислять расход каждой жидкой фазы;

определять по меньшей мере одно из того, выше ли коэффициент (306) усиления возбуждения по сравнению со вторым пороговым значением, которое больше первого порогового значения, и выше ли коэффициент (306) усиления возбуждения по сравнению с первым пороговым значением шума коэффициента усиления возбуждения; и

определять распределение концентрации газообразной/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности (325) и ранее определенной плотности жидкости, если измеренная суммарная плотность (325) ниже диапазона плотности жидкости, и вычислять расход для каждой фазы.

2. Вибрационное измерительное устройство (5) по п. 1, при этом система (303) обработки конфигурируется, чтобы:

определять, ниже ли коэффициент (306) усиления возбуждения по сравнению с первым пороговым значением шума коэффициента усиления возбуждения, если коэффициент (306) усиления возбуждения выше первого порогового значения.

3. Вибрационное измерительное устройство (5) по п. 2, при этом система (303) обработки конфигурируется, чтобы:

определять распределение концентрации твердой/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности (325) и ранее определенной плотности жидкости, если измеренная суммарная плотность (325) находится в диапазоне плотности твердых веществ, и вычислять расход для каждой фазы текучей среды.

4. Вибрационное измерительное устройство (5) по п. 2, при этом система (303) обработки конфигурируется, чтобы:

определять распределение концентрации жидкой/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности (325), если измеренная суммарная плотность (325) ниже диапазона плотности твердых веществ и находится в диапазоне плотности жидкостей, и вычислять расход для каждой фазы.

5. Вибрационное измерительное устройство (5) по п. 2, при этом система (303) обработки конфигурируется, чтобы:

определять распределение концентрации газообразной/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности (325) и ранее определенной плотности жидкости, если измеренная суммарная плотность (325) ниже диапазона плотности твердых веществ и находится в диапазоне плотности газов, и вычислять расход для каждой фазы.

6. Способ регулировки измерения фазовой доли расходомера и концентрации, содержащий этапы, на которых:

предоставляют вибрационный расходомер;

осуществляют протекание многофазной технологической текучей среды через вибрационный расходомер;

измеряют коэффициент усиления возбуждения возбуждающего устройства вибрационного расходомера;

измеряют плотность технологической текучей среды;

определяют, ниже ли коэффициент усиления возбуждения по сравнению с первым пороговым значением; и

определяют распределение концентрации жидкой/жидкой фазы технологической текучей среды с помощью измеренной суммарной плотности, если коэффициент усиления возбуждения ниже первого порогового значения, и вычисляют расход для каждой жидкой фазы,

определяют по меньшей мере одно из того, выше ли коэффициент усиления возбуждения по сравнению со вторым пороговым значением, которое больше первого порогового значения, и выше ли коэффициент усиления возбуждения по сравнению с первым пороговым значением шума коэффициента усиления возбуждения; и

определяют распределение концентрации газообразной/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности и ранее определенной плотности жидкости, если измеренная суммарная плотность ниже диапазона плотности жидкости, и вычисляют расход для каждой фазы.

7. Способ регулировки измерения фазовой доли расходомера и концентрации по п. 6, содержащий этап, на котором:

определяют по меньшей мере ниже ли коэффициент усиления возбуждения по сравнению с первым пороговым значением шума коэффициента усиления возбуждения, если коэффициент усиления возбуждения выше первого порогового значения.

8. Способ регулировки измерения фазовой доли расходомера и концентрации по п. 7, содержащий этап, на котором:

определяют распределение концентрации твердой/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности и ранее определенной плотности жидкости, если измеренная суммарная плотность находится в диапазоне плотности твердых веществ, и вычисляют расход для каждой фазы текучей среды.

9. Способ регулировки измерения фазовой доли расходомера и концентрации по п. 7, содержащий этап, на котором:

определяют распределение концентрации жидкой/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности, если измеренная суммарная плотность ниже диапазона плотности твердых веществ и находится в диапазоне плотности жидкостей, и вычисляют расход для каждой фазы.

10. Способ регулировки измерения фазовой доли расходомера и концентрации по п. 7, содержащий этап, на котором:

определяют распределение концентрации газообразной/жидкой фазы с помощью измеренной суммарной плотности и ранее определенной плотности жидкости, если измеренная суммарная плотность ниже диапазона плотности твердых веществ и находится в диапазоне плотности газов, и вычисляют расход для каждой фазы.