局部形成的流动剖面的多路径超声波流量计量方法和系统

摘要

一种用于确定流动流体的速度的方法，包括以下步骤：估计用于流动流体的雷诺数；将所估计的雷诺数与所选择的范围相比较；并根据从层流模型、湍流模型和局部层流模型中所选择的流动模型确定流动流体的速度。一种超声波流量计，包括多对变速器，所述多对变速器被配置成形成管中的多个测量路径，其中多个测量路径相对于管中心线非对称地进行布置。

说明书

技术领域

本发明大致涉及一种流量测量的方法和系统，具体地，实施例涉及与局部形成的流动剖面的多路径超声波流量计量。

背景技术

在涉及流体的流动的工业中，经常需要流量的精确计量。例如，在石油和天然气工业中，在密闭输送(所有权的转移，例如在原油装载和卸载站处)、泄漏检查和过程控制应用中需要精确的流量计量。传统的流量计量技术包括涡轮流量计和容积式流量计。近来，多路径超声波流量计由于它们超过传统技术的优点而赢得在该市场中的份额。这些优点包括：由于在这些超声波流量计中不使用活动部件而带来的、良好的长期重复性、对诸如速度和压力的更少敏感性、更好的开盒(open-box)精度、更宽的线性范围、和更低的维修成本。

在典型的运行中，超声波流量计使用变速器以发射超声波束到流动流体中，并且超声波能量由第二变速器接收。携带超声波的流改变波的频率(多普勒效应)和传播时间(速度叠加)，并且可以测量这两个量以确定流量。基于这些原则，两个主要超声波流量计量技术包括：多普勒效应法和传播时间法。在流量计的一些配置中，变速器夹紧在管的外壁上。为实现更好的测量精度，变速器可选择性地布置在管壁内，并且这样的变速器被称作“湿”变速器。已研发了一些测量侧面的方法，绝大多数基于多普勒技术(例如，美国专利No.6,067,861，美国专利No.6,378,357)。然而，多普勒(Dopler)信号非常依赖颗粒的大小和浓度，所述颗粒的大小和浓度会变化并导致不良的重复性。业界广泛认为只有与湿变速器相结合的多路径传播时间流量计可用于上述高精度应用。

完善地确立了传播时间超声波计量的规则。根据美国石油组织(API)标准(API H00008，Manual of Petroleum Measurement Standards，Measurement of Liquid Hrdrocarbons by Ultrasonic Flowmeters UsingTransit Time)，沿超声波路径的平均速度可自以下公式得出：