用于时差法超声波流量计的湍流调节器及方法技术

本发明专利技术公开一种用于确定管道中的流体流量的装置、用于确定管道中的流体流量的方法及用于制造湍流调节器的方法。该装置包括通过至少一对孔与管道的内部连通的超声波流量计，该一对孔中的每个孔均具有有效直径。该装置包括设置在具有开口的管道中的湍流调节器，开口之间的节距是孔的有效直径的函数。用于管道的湍流调节器具有开口和节距。该调节器具有位于开口之间的壁，该壁的厚度是节距的函数。该调节器具有为节距的函数的长度。用于确定流体流量的方法包括使流体流过设置在具有开口的管道中的湍流调节器的步骤，开口之间的节距是超声波流量计的孔的有效直径的函数，该超声波流量计通过孔与管道的内部连通。存在用流量计测量流量的步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及改变管道中的湍流结构使得由湍流调节器下游的时差法超声波流量 计测量出的流体速度的湍流变化被减小很多(如本文所使用的，对“本专利技术”或“专利技术”的 参考涉及示例性实施例但不一定涉及所附权利要求涵盖的每个实施例)。湍流速度变化的 减小有利于超声波流量计的“标定”(确认其针对标准的刻度)，从而与没有湍流调节器并 使用相同的超声波流量计和相同的校准仪操作的情况相比，可以利用明显更少的校准仪试 航来确认此刻度。
技术介绍
本部分意在向读者介绍可能与本专利技术的各方面有关的技术的各方面。以下讨论意 在提供便于更好地理解本专利技术的信息。因此，应理解的是，据此来阅读以下讨论中的说明， 而不是认可以下讨论作为现有技术。时差法超声波流量计已在许多流量测量应用中表现出优良的可重复性和绝对准 确度。然而，当将这些流量计应用于石油产品的交接测量时，这些流量计的测量性质所固有 的特性带来困难。当一批特定产品的所有权改变时，进行交接。在小规模情况下，在加油站 的所有者与其客户之间，在加油站中的泵处进行此类交接。在交接测量的工业实践中，用独立的装置来“标定”流量计，即准确地确定其刻度。 校准仪通常是具有精确确定的固定容积的设备。输送由校准仪限定的一定容积的产品所需 的时间由被产品从校准仪的一端推到另一端的球状物或活塞的渡越时间来准确地确定。高 速换向阀触发校准仪试航并在球状物到达其行程的结束时绕过校准仪。在校准仪的起始和 结束处的行程开关使标定操作与交接计量仪的操作同步(该交接计量仪用来测量被输送 给特定用户的产品的量)。将在标定试航期间由交接计量仪(在传统实践中，为涡流式流量 计或容积式流量计)测量出的容积输出与校准仪的容积相比较并确定仪表校正因数(即刻 度修正)。在工业实践中还执行一组多次校准仪试航(典型的是5次)以确定交接计量仪的 仪表校正因数的“可重复性”。通常如下定义石油工业中的可重复性来自一组校准仪试航 的高仪表校正因数与低仪表校正因数之间的差除以来自该组的低仪表校正因数。一组标定 试航的可重复性(或用统计学术语表示为“极差”)是对由该组试航的结果的平均值所确 定的仪表校正因数的不确定度的度量。例如，校准仪的5次试航中的0. 05%的可重复性表 示交接计量仪的真实仪表校正因数在来自该试航组的平均仪表校正因数的士0. 027%区段 内，置信度为95%。具有此准确度的仪表校正因数是用于交接测量的公认标准。与涡流式或容积式流量计不同，时差法超声波流量计不是连续地测量容积流量， 而是根据流体速度的多次采样来对容积流量进行推断。具体而言，根据被投影到一个或多 个声波路径上的轴向流体速度的周期性测量来确定容积流量(沿着该路径测量超声波脉 冲的渡越时间)。根据适合于其在管道中的数目和位置的规则来组合路径速度测量。许多 仪表采用依照特定的数值积分法布置的平行弦式路径。由路径渡越时间、路径数目以及时差法超声波流量计本身的数据处理能力来确定 该时差法超声波流量计收集一组速度测量结果(根据路径数目，速度测量结果为一个或多 个)的时间段。对于液体流量计而言，通常在5至100毫秒范围内的时间段内收集流量样 本，结果得到IOHz与200Hz之间的采样频率。这些数值对于不同的超声波流量计设计而言 可能是不同的。因此，出于如下两个原因，超声波流量测量是样本数据系统(1)它不是测量跨越管道横截面各处的速度，而是仅仅测量沿着声波路径的速度， 以及(2)它不是连续地测量速度，而是取速度的一系列“快照(snapshot) ”，并根据该 速度的一系列“快照”来确定平均值。由于这些性质，时差法超声波流量计以与一般用于石油工业中的交接的其它流量 计不同的方式对类似于湍流的流动现象进行响应。更具体而言，时差法超声波流量计的单 独流量测量将受到局部流体速度的小规模随机(即湍流)变化的影响。这些变化是时间和 空间上的，并且超声波仪器必须进行多次测量以确定真实平均流量(将由于湍流而引起的 随机误差减小至可接受的水平)。另一方面，涡流式流量计和容积式流量计总体上对管道中 的流场进行响应；空间和时间上的流体流速的融合是其响应的本质中所固有的。另一方面， 时差法超声波流量计不受累于类似旁路渗漏和摩擦的物理限制，并且因此可以提供较宽范 围的速度和粘度条件下的测量能力。对于交接而言，流量计被设计为产生从其中通过的流体的每单位容积脉冲(例如 1000脉冲/桶)。仪表校正因数MF由下式给出MF = V/NP这里，V是校准仪的位于嵌入该校准仪壁中的两个行程开关之间的标准容积。当 标定试航被触发时，流动的流体转向通过校准仪并推动球状物或活塞通过上游开关，从而 触发试航，该试航在球状物或活塞到达下游开关时终止。NP是由校准仪在从上游开关被触发时(时刻Tl)开始到下游开关被触发时(时刻 T2)结束的时间段内产生的脉冲的数目。超声波流量计根据沿着一个或多个声波路径的流体速度的单独测量结果来确定 以每秒的容积量为单位的流量Q。因此，超声波流量计必须借助于以准确地与容积流量成比 例的速率k产生脉冲的频率转换器来产生脉冲。因此，脉冲的数目NP由下式给出NP = kQ(T2-Tl)如果忽略标准的容积中的不确定度、频率转换器k、以及上游开关和下游开关的触 发(这些项目通常比与流量仪器校准相关的不确定度小一个数量级。在更详细的分析中， 不忽略这些项目)，则由下式给出对于95%置信水平而言仪表校正因数中的每单位不确定 度dMF/MF = 2dQ (N) /Q = 2 σ mean (N)其中，dQ(N)是在标定期间收集的N个流量样本的一个平均值标准差，或ο mean(N)。由下式给出在标定试航期间获取的N个代表性流量样本的一个平均值标准差Omean(N) =S/(N)1/2这里，S是流量样本的总体标准差，即在超声波流量计的单独流量测量中由湍流产生的从一个流量样本到下一个样本的随机变化率的量化表征。以上等式的检验显示出为实现超声波流量计中令人满意的标定性能而必须进行控 制的变量是湍流强度，其与在每次标定试航期间累计的样本数目N相结合地影响流量样本 的标准差S。这些参数必须使得Onrean(N)足够小以保证所测量的仪表校正因数的范围不超过 要求。计算表明如果可以使σ_(Ν)变小，则仪表将在99%以上的时间成功地进行标定。满足这些要求不是简单的事。当典型的线校准仪以公称流量操作时，单个标定试 航的持续时间约为20秒左右。如果采取50Hz的采样频率，则在标定试航期间将收集的样 本的数目是20X50 = 1000。如在先前参考的专利中所述，虽然上游管道系统可能引起低 到1.2%或高达3%的变化，但4路弦式超声波的流量测量中由于湍流而引起的随机变化 在1.75%范围内(一个标准差或S)。替换1.2%数值，20秒标定试航将产生约0.04%的 。_(Ν)。利用Omean(N)的该值，在0.05%范围内获得一组5次标定试航的概率小于40%， 其为本质上符合实际标定经验的数值。经验还证实了计算所显示的内容较高的湍流将产 生较低的成功概率。这就是问题所在。诸如通常在石油产品管线中遇到的湍流不利地影响在短持续时 间校准仪试航所测量的时差法超声波流量计的仪表校正因数的可重复性。除非改变湍流的 特征，否则看起来用传统校本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定管道中的流体流量的装置，包括：超声波流量计，其通过至少一对孔与所述管道的内部连通，其中，所述一对孔中的每个孔均具有有效直径；以及湍流调节器，其设置在具有开口的所述管道中，所述开口之间的节距是所述孔的有效直径的函数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈尔布朗，赫伯特埃斯特拉达，唐纳德R奥根斯坦，基思伯格斯特龙，
申请(专利权)人：卡梅伦国际有限公司，
类型：发明
国别省市：US