一種超臨界二氧化碳流量測量方法及流量計的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于石油、化工、食品、環保等使用超臨界二氧化碳領域的流量檢測與控制 領域，尤其涉及一種超臨界二氧化碳流量測量方法及流量計。
【背景技術】
[0002] 隨著工藝技術的發展，超臨界的二氧化碳在石油、化工等領域使用場所越來越多。
[0003] 由于其廉價、消除碳排放、綜合利用與回收以及它具有的超強滲透性和各種化學 特性，對采油、鉆井、化工工藝等新的應用極其廣泛并帶來很好的經濟效益。
[0004] 對于使用部門的計量問題一直未得到解決，無論是計量收費還是控制工藝參數等 重要環節都需要準確計量，以便進行其它工作。
[0005] 計量困難的原因是該物質在超臨界狀態的品相不定，可以在氣體、固體、液體狀態 相互轉變，壓縮系數、密度和粘度均隨溫度和壓力改變具有非線性變化，工作溫度在-30° 到150°寬范圍，工作壓力在3-60MPa范圍，從而給計量帶來很大困難。另外。由于呈液態 的二氧化碳與水可生成碳酸，對管線及運動部件產生腐蝕并破壞，因此流量計內不得有運 動部件切需要耐腐蝕。由于常規的質量、容積流量計的原理所規定的計量方式已不適應該 種物質的計量。

【發明內容】

[0006] 本發明所要解決的技術問題在于提供一種質量法超臨界二氧化碳流量計，使用方 便、操作簡單、精度高，使用時與以往的流量連接相同，使其可在任何現場和任合場所進行 有效檢測，解決了超臨界二氧化碳的準確計量問題。
[0007] 本發明是這樣實現的：
[0008] 一種超臨界二氧化碳流量測量方法，
[0009] 通過壓力傳感器測量管道內的壓力P，通過溫度傳感器測量管道內的液體溫度T， 并通過射流反沖力傳感器測量檢測氣、液、固態流體流動時對傳感器的反沖力，通過反沖 力、沖擊角度、射流擴散曲線測量，通過壓力P、溫度T測量計算其質量流量，具體包括如下 的步驟：
[0010] 1)計算在壓力、溫度可變情況下流體的密度：
[0011] A= (P*Mco2) / (Z*T*Rco2) (I)
[0012] 式⑴中：A為密度，單位為Kg/m3;P為壓力，單位為MPa;
[0013] T為溫度，單位為K;Z為壓縮因子，無量綱；Mco2為二氧化碳分子量，為44. 01 ;Rco2 為二氧化碳的氣體常數，取值〇. 008257,A的單位為：MPa*m3/Kmol*k;
[0014] 整理得：A= 5329. 83*P/Z*(t+273. 15)式中t為溫度，單位為攝氏度；
[0015] 2)通過壓力P以及溫度T計算壓縮因子；
[0016] 3)將步驟2)計算的壓縮因子代入公式⑴中，計算得出流體密度A;
[0017] 4)質量流量Q的計算：Q=K*(F*S/A) ~0. 5，
[0018] 式中：Q為流量公斤/每秒；S為射孔面積，單位為平方分米；F為測得反沖力，單位 為牛頓；A為流體密度單位為：公斤/立方分米；K為射流擴散曲線系數；射流擴散曲線系數 是使用質量計量后的氣體進入流量計，通過試驗測出流量計檢測的數據，進行多次試驗后 將誤差回歸成線性求出系數K即為射流擴散曲線系數，射流擴散曲線系數為本領域技術人 員通過上述的介紹可以得知的系數。沖擊角度為0度。
[0019] 傳感器安裝架為倒U型結構，傳感器安裝在倒U型結構中，與流量計管道平行形成 被測物質通道，垂直于被測物質通道設置混合射流通孔，射流通孔出口設置垂直于射流通 孔的射流反沖力測量板，測量板下方安裝射流反沖力傳感器，通過射流反沖力傳感器測量 出流體對射流反沖力測量板的沖力大小。
[0020] 進一步地，采用多維收縮法計算壓縮因子：
[0021] Z= 0. 274X[(P/7. 366)/(T/304. 2)]X{0. 7937X[-G+(GXG+4XHXHXH) ~1/ 2] ~l/3-(l. 2599XH)/[-G+(GXG+4XHXHXH) ~1/2] ~l/3+[(P/7. 366)+8X(T/304. 2)]/ [9X(P/7. 366)]} (2)
[0022] 式⑵中：Z為壓縮因子，無量綱且恒小于I;
[0023] P為檢測壓力，單位Mpa，T為檢測溫度，單位K ;
[0024]式（2)中H=lAP/7. 366)-[(P/7. 366)+8X(T/304. 2)/[9X(P/7. 366)]~2G =-I/(P/7. 366)+ {[(P/7. 366)+8X(T/304. 2)]/[3X(P/7. 366) ~2]}+2X{-[(P/7. 366)+8 X(T/304. 2) ] /3X(P/7. 366)} ~3 ；
[0025] 采用生物化學遺傳方式計算法計算壓縮因子：
[0026]Z=KOXZ0+K1XZ1+K2XZ2+K3XZ3 (3)
[0027] 式中：2為壓縮因子，無量綱且恒小于1;1(0、1(1、1(2、1(3為20、21、22、23的相應系 數；
[0028]其中：KO= (u-ul)X(u_u2)X(1-u)AulXu2);
[0029]Kl =uX(u_u2)X(u_l)/[ulX(ul-1)X(ul_u2)];
[0030]K2 =uX(u-ul)X(u_l)/[u2X(u2_l)X(u2_ul)];
[0031]K3 =uX(u_ul)X(u_u2) /[ (ul_l)X(u2_l)];
[0032] u= (P~0. 03-7. 5~0. 03V(60~0. 03-7. 5~0. 03)P為檢測壓力，單位為MPa;
[0033]ul= (16~0. 03-7. 5~0. 03)/(60~0. 03-7. 5~0. 03)
[0034]u2 = (30~0. 03-16~0. 03)/(60~0. 03-7. 5~0. 03)
[0035]ZO=I. 0151-0. 2873Xt~-3. 33-0. 0855Xt~-6. 66-0. 2077Xt~-9. 99
[0036]Zl =I. 0387-1. 3784Xt~-4. 66+0. 58Xt~-9. 32+0. 09Xt~-13. 98
[0037]Z2 =I. 0677-1. 6632Xt~-4. 06+1. 86Xt~-8. 92-0. 7218Xt~-13. 38
[0038]Z3 =I. 1541-0. 8172Xt~-4. 04+1. 1726Xt~-8. 08-0. 5099Xt~-12. 12
[0039] 式中t=T/304. 2 T為檢測溫度，單位為K，
[0040] 式中：攝氏溫度+273. 15 =K氏溫度。式中fa為B的a次冪；B-_a= 1/B-a;
[0041] 本發明還提供一種超臨界二氧化碳流量計，該流量計包括兩端設置安裝法蘭的管 段，在管段內設置有射流反沖力傳感器，所述射流反沖力傳感器的安裝架為倒U型結構，安 裝架的開口朝向流體流向，安裝架與管段平行形成被測物質通道，垂直于被測物質通道設 置混合射流通孔，倒U型安裝架內射流通孔出口下方設置垂直于射流通孔的射流反沖力測 量板，測量板下方安裝傳感器體，通過傳感器體測量出流體對射流反沖力測量板的沖力大 小，在管段上進口側與射流反沖力傳感器設置壓力傳感器，在管段上出口側與射流反沖力 傳感器設置有溫度傳感器。
[0042] 進一步地，該流量計還包括微處理器，射流反沖力傳感器、溫度傳感器以及壓力傳 感器采集的數據傳遞至微處理器，微處理器進行數據的處理。
[0043] 本發明與現有技術相比，有益效果在于：
[0044] 1、解決了超臨界二氧化碳多相混合、相互轉變等狀態的流量質量計量問題；
[0045] 2、可以在寬范圍壓力、溫度、密度和壓縮系數變化狀況下進行檢測；
[0046] 3、首次采用遺傳算法、多維收索算法進行數學模型建立，計算準確性高；
[0047] 4、由于采取了技術措施，提高和達到了流量計的需要檢測精度；
[0048] 5、大大減少了傳感器維修、保養成本及使用成本；
[0049] 6、合理使用了進口元器件，使系統的可靠性大大提高。
[0050] 7.消除了普通流量計中的運動部件、采用射流反沖力傳感器、增加了射流控制等 固定部件，由于反沖力傳感器的低端特性線性度高使流量計低端測量可比常規流量計高的 很多。由于被測物質的密度是溫度、壓縮系數和壓力的非線性函數，這是常規流量計是根本 無法測量的。
[0051] 8.由于密度是壓力、溫度、壓縮系數的非線性函數關系，必須使用發沖力測量使用 間接法計量物質的質量，而變量范圍很廣，采用常規查表計算單片機的內存不足，因此需要 建立數學模型在單片機采用后通過數學模型計算得出測量數據，這樣可以是有效的內存得 到可靠使用達到目的。
【附圖說明】
[0052] 圖1是本發明實施例提供的設備結構示意圖；
[0053] 圖2是本發明實施例提供的電路的結構框圖。
【具體實施方式】
[0054] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0055] 參見圖1結合圖2, 一種超臨界二氧化碳流量計，該流量計包括兩端設置安裝法蘭 的管段1，在管段1內設置有射流反沖力傳感器，射流反沖力傳感器的安裝架14為倒U型結 構，安裝架14的開口朝向流體流向，安裝架14與管段1平行形成被測物質通道4,垂直于被 測物質通道設置混合射流通孔6,倒U型安裝架14內射流通孔6出口下方設置垂直于射流 通孔的射流反沖力測量板8,測量板8下方安裝傳感器體7,通過傳感器體7測量出流體對 射流反沖力測量板的沖力大小，在倒U型的開口端設置有管段蓋5,管段蓋5中間有孔，液體 通過孔流出。在管段1上進口側與射流反沖力傳感器設置壓力傳感器2,在管段上出口側與 射流反沖力傳感器設置有溫度傳感器3。管段4通過兩側的法蘭10與設備連接，各傳感器 的引線13通過管道連接在電路11上。
[0056] 該射流反沖力傳感器采用射流通孔檢測氣、液、固態流體流動時對傳感器的反沖 力，通過反沖力、沖擊角度、射流擴散曲線參數測量通過壓縮系數、壓力、溫度測量計算其質 量流量
[0057] 該流量計還包括微處理器，射流反沖力傳感器、溫度傳感器以及壓力傳感器采集 的數據傳遞至微處理器，微處理器進行數據的處理。在電路連接上，包括變送器、微處理器、 溫度傳感器、電源適配器，壓力傳感器、射流反沖力傳感器，射流反沖力傳感器的輸出端連 接變送器，溫度傳感器、壓力傳感器的輸出端直接連接在微處理器上，變送器將射流反沖力 變化信號轉換成1-5V穩定直流信號，變送器的輸出端連接微處理器，直流信號傳遞至微處 理器，通過微處理器連接的液晶顯示器12進行顯示。變送器以及微處理器通過連接電源 穩壓器供電，電源穩壓器連接DC電源或者電池，本實施例中變送器通過使用美國產專用變 送集成電路芯片將毫伏量級的力輸出變化量轉換成1-5V穩定直流信號。微處理器使用美 國產12位字長C8051F微處理器，片內24位AD轉換器，通過軟件進行數據處理，傳口輸出 數據驅動彩色觸摸液晶顯示器予以顯示文字、圖片和數據。液晶顯示器采用臺灣產3,5英 寸中文彩色觸摸液晶顯示器，工作溫度范圍為-10-50°。電源穩壓器：供給傳感器、變送器 24VDC和微處理器3. 3VDC。
[0058] -種超臨界二氧化碳流量測量方法，