油水两相流量测量研究及在三相流量测量中的应用

论文摘要

多相流广泛存在于石油、化工、冶金等生产过程的各个领域，其参数检测对于资源的合理开发、生产安全及工业过程控制都具有非常重要的意义，目前已成为国内外给予极大关注的前沿学科。由于多相流动是一个非常复杂的过程，致使其参数检测难度较大。流量是多相流中一个非常重要的参数，而且测量相当困难。本文对文丘里管测量油水两相流流量进行了研究，建立了基于差压法的两相流流量测量模型，如果与含水率计相结合，可以较好的实现油水两相流的流量测量；同时研究了Coriolis流量计在油水两相流流量测量中的应用，提出了基于SVM的油水两相流分相流量预测方法，实现了油水分相质量流量的预测；针对文丘里管和Coriolis测量油水两相流存在的问题，提出了文丘里管和Coriolis流量计相结合的双参数测量方法，并实现了油水两相流的流量测量；最后，在对油水两相流研究的基础上，设计完成了一种气液分离装置，实现了油气水三相流的流量测量。本文的主要工作及创新点如下：1．在考虑油水两相流密度分布不均对流量测量影响并对混合物密度进行修正的基础上，提出并建立了基于文丘里管两端差压和含水率的油水两相流质量流量测量模型。对建立的流量测量模型，分别采用两种不同管径的文丘里管对油水两相流进行了实验研究。实验结果表明，该模型可以较好的测得混合物的总流量，在整个油水比范围内模型的流量测量误差受含水率变化影响较小。2．采用双U型Coriolis流量计对油水混合物的总质量流量、分相质量流量和真实密度进行了测量研究。以双U型Coriolis流量计得到的油水混合物的质量流量和密度为基础，提出了基于SVM油水分相质量流量的直接预测方法，避开了直接对滑脱速度、持水率与含水率等之间复杂关系的研究，利用该方法对油水两相流进行了实验研究。实验结果表明，在含水率5％～95％范围内，油水总质量流量测量误差在±1.5％以内；油水分相质量流量的测量相对误差在±8％以内。3．通过对文丘里管和Coriolis流量计测量油水两相流各自的优点和存在的问题分析，提出了文丘里管和Coriolis流量计相结合的双参数测量方法。同时，根据文丘里管流量测量需要，提出了基于SVM的油水两相流流型识别方法，给出了特征向量提取方法，并将其用于流型识别，较好的取得了分层流和分散流型识别结果。提出的双参数测量方法与利用SVM识别出的分散流型相结合，较好的实现了油水分散流分相质量流量的测量。4．按照部分分离测量的基本思想，设计了一种基于部分分离原理的气液分离装置。在计算方法上，采用本文提出的基于文丘里管的质量流量模型对部分分离后的油水两相流进行了测量。经过对油气水三相流的实验证明，分离装置分离效果良好，气体总体积流量测量的均方根误差小于3％；油水两相总质量流量和分相质量流量的测量均方根误差均小于7.5％。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 序论
• 1.1 多相流的概念和分类
• 1.2 多相流中主要参数
• 1.3 两相流的处理方法
• 1.4 两相流参数检测技术进展及发展趋势
• 1.4.1 传统单相流仪表和两相流测试模型组合测量方法
• 1.4.2 新型传感技术用于两相流参数检测的方法
• 1.4.3 以计算机技术为平台的软测量方法
• 1.4.4 两相流参数检测技术的发展趋势
• 1.5 本文的主要工作及意义
• 第2章 文献综述
• 2.1 引言
• 2.2 两相流流量测量方法
• 2.2.1 分离计量法
• 2.2.2 组合测量法
• 2.2.3 相关测量法
• 2.2.4 质量流量法
• 2.3 两相流分相含率的测量方法
• 2.3.1 密度法
• 2.3.2 电容法
• 2.3.3 电导法
• 2.3.4 微波衰减法
• 2.3.5 电磁波法
• 2.4 组合式多相流量测量方法的研究与应用
• 2.4.1 多相流量计计量的原理
• 2.4.2 多相流测量系统的分类及几种典型的多相流量计
• 2.5 小结
• 第3章 基于差压法油水两相流流量测量模型研究
• 3.1 引言
• 3.2 差压流量测量原理
• 3.3 基于差压法的两相流流量测量模型
• 3.3.1 基于均相流动的模型
• 3.3.2 基于分相流动的模型
• 3.4 基于文丘里管的油水两相流流量测量模型
• 3.4.1 标准文丘里管的优点
• 3.4.2 理论模型
• 3.4.3 模型中参数的讨论
• 3.5 小结
• 第4章 文丘里管测量油水两相流流量的实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验装置及方案
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 实验中存在的问题及解决办法
• 4.2.3 实验方案
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.4 小结
• 第5章 基于Coriolis流量计和SVM的油水两相流流量测量的研究
• 5.1 引言
• 5.2 科氏力流量计测量原理
• 5.2.1 科氏力质量流量测量原理
• 5.2.2 科氏力流量计密度测量原理
• 5.2.3 科氏力流量计安装注意问题
• 5.3 实验装置及条件
• 5.4 实验结果分析
• 5.4.1 总质量流量测量分析
• 5.4.2 SVM与分相质量流量预测分析
• 5.5 小结
• 第6章 文丘里管与Coriolis流量计结合测量油水两相流流量方法研究
• 6.1 引言
• 6.2 两相流量测量原理
• 6.3 实验装置及条件
• 6.4 实验结果与分析
• 6.4.1 流型识别
• 6.4.2 流量测量
• 6.5 小结
• 第7章 基于部分分离法的油气水三相流量测量
• 7.1 引言
• 7.2 多相流量计存在的问题
• 7.3 部分分离装置的设计与原理
• 7.3.1 部分分离装置的设计计算
• 7.3.2 部分分离装置的工作原理
• 7.4 实验装置及条件
• 7.5 实验结果分析
• 7.5.1 气体流量测量分析
• 7.5.2 油水质量流量测量分析
• 7.6 小结
• 第8章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 作者攻读博士学位期间录用和发表论文
• 致谢