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凝析天然气计量是多相流计量的一个分支。由于其液相含率较低,现有多相流量计无法直接应用,使用单相气体流量仪表的测量误差也很大。实际生产中,仍然采用计量分离器,造价高、计量精度低。迫切需要开发凝析天然气的在线计量技术,满足石油与天然气资源的开发需要。
论文将凝析天然气计量简化成低含液率气液两相流在线测量问题。在分析、比较各种传感器技术资料基础上,选择造价较低的槽式孔板作为流量计开发的一次传感元件,采用双槽式孔板组合测量原理实现凝析天然气计量。完成了传感器结构设计与仿真、实验研究、样机制作、数据处理、计量算法开发等工作,初步实现了凝析天然气的在线不分离计量。数据处理结果表明:在90%的置信概率下,流量计样机的气相测量精度接近±5%,液相测量精度能够达到±10%以内。
详细分析了以往组合测量的实现原理、传感器“组合对”以及计量算法等方面存在的不足,提出了相应的改进措施。参照标准孔板流量计的结构设计要求和仿真结果制作了流量计样机,对样机进行了大量的实验研究工作。
首次利用曲面拟合技术从不同的角度给出了四个传感器两相流静压降计算相关式;首次给出了传感器欧拉准数的两相流相关式。两个相关式全面考虑了L-M参数、压力和气体富劳德准数等因素的作用,计算精度高于现有其他相关式。
介于多相流测量信号的随机波动特征,论文从信号处理的角度提取了表征波动信号幅值、频率、能量等方面的特征参数,并将这些特征参数应用于凝析天然气的流型识别与流量计量。基于软测量技术和流体力学基本原理相结合的指导思想,设计了三类不同的计量模型。其中:综合应用信号特征提取、主元分析和神经网络技术预报两相压降倍率的计量模型精度最高,可以满足生产计量要求。最后根据数据处理结果,提出了研究工作应该进一步深入的几个方面。