水平油水兩相流環(huán)形通道傳感器融合測試方法.pdf

1、多相流現(xiàn)象廣泛存在于自然界和人們的生活中，油水兩相流是多相流的一個重要分支，在石油工業(yè)中尤為常見。油水兩相流過程參數(shù)的精確測量是相關(guān)工業(yè)設(shè)備正確設(shè)計與安全運(yùn)行的重要保證。由于油水兩相流待測參數(shù)多、流動過程復(fù)雜，因此油水兩相流的測量問題一直是工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的一項重要挑戰(zhàn)。油水兩相流的主要待測過程參數(shù)為相含率和流量，但通常一種傳感器只能測量其中一個參數(shù)，所以可將兩種傳感器相結(jié)合，分別測量兩個參數(shù)。
　　長腰內(nèi)錐傳感器能在測量流體流量的

2、同時，將兩相流在環(huán)形通道內(nèi)整流為較穩(wěn)定的環(huán)形流動，為相含率測量傳感器提供理想的測量環(huán)境。本文以長腰內(nèi)錐傳感器為原型，加入電學(xué)敏感元件進(jìn)行相含率測量，設(shè)計用于水平管環(huán)形通道油水兩相測量的傳感器。主要完成的工作包括：
　　（1）在長腰內(nèi)錐傳感器的環(huán)形空間內(nèi)加入環(huán)形電導(dǎo)電極實現(xiàn)電導(dǎo)環(huán)長腰內(nèi)錐傳感器的設(shè)計。環(huán)形空間內(nèi)的電導(dǎo)傳感器安裝包括雙外環(huán)和內(nèi)外環(huán)兩種結(jié)構(gòu)，通過FEM仿真獲得兩種結(jié)構(gòu)的測量場敏感度分布，在仿真分析基礎(chǔ)上，選擇雙外環(huán)結(jié)構(gòu)作

3、為傳感器的理想結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合長腰內(nèi)錐節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果，對雙外環(huán)電導(dǎo)式傳感器進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。
　　（2）根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果制作傳感器樣品進(jìn)行實驗測試，首先進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定，驗證傳感器對兩相流的測量效果。然后對傳感器進(jìn)行兩相流動測量實驗，并采用卡爾曼濾波器和EM算法實現(xiàn)兩相流過程參數(shù)動態(tài)估計，其結(jié)果中油相質(zhì)量流量測量的平均相對誤差為2.3％，水相質(zhì)量流量測量的平均相對誤差為4.8%。
　?。?）由于電導(dǎo)傳感

4、器不能對油為連續(xù)相的兩相流進(jìn)行測量，因此在傳感器中加入電容模塊，實現(xiàn)電容電導(dǎo)長腰內(nèi)錐流量計的設(shè)計。首先對電容傳感器進(jìn)行設(shè)計及實驗測試，在油連續(xù)情況下的油水兩相流動態(tài)實驗中取得了較好的測量結(jié)果。然后將電容模塊加入電導(dǎo)環(huán)長腰內(nèi)錐傳感器，改進(jìn)傳感器的設(shè)計方案，提出傳感器的理想結(jié)構(gòu)。對傳感器進(jìn)行動態(tài)實驗測試，結(jié)果顯示傳感器在流量測量和水連續(xù)情況下的含水率測量中都有較好的表現(xiàn)，但是在油連續(xù)條件下測量結(jié)果存在一定的偏差。
　　本課題通過以上工