基于槽式孔板的凝析天然氣計(jì)量技術(shù)研究

【摘要】： 凝析天然氣的在線計(jì)量屬于多相計(jì)量的一個(gè)分支,是石油天然氣工業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題之一。本文將其簡(jiǎn)化為低含液率氣液兩相流計(jì)量問(wèn)題,基于課題組自行開發(fā)的凝析天然氣流量計(jì)樣機(jī)和大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本文為流量計(jì)開發(fā)一種基于軟測(cè)量模型的快速、高效的數(shù)據(jù)處理方法,擴(kuò)大流量計(jì)的測(cè)量范圍、提高測(cè)量精度和實(shí)時(shí)性,為流量計(jì)計(jì)量算法的完善奠定基礎(chǔ)。 研究工作分為兩部分,第一部分對(duì)單個(gè)槽式孔板測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,先后完成了基于差壓平均值的孔板壓降倍率特性研究和基于差壓波動(dòng)部分的特征量提取;第二部分為基于雙槽式孔板組合的兩相流參數(shù)檢測(cè)技術(shù)研究,分別為基于相關(guān)技術(shù)的相含率測(cè)量和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的流型辨識(shí)和流量測(cè)量。 基于差壓信號(hào)的平均值,詳細(xì)分析了不同孔徑比的槽式孔板ΦG隨X、Frg和γ變化的規(guī)律,并將X、Frg和γ作為變量對(duì)Murdock相關(guān)式進(jìn)行修正,提出了一種新的適用于不同孔徑比槽式孔板的壓降相關(guān)式;與前人基于標(biāo)準(zhǔn)孔板的相關(guān)式相比,由于修正了γ對(duì)ΦG的影響,在文中實(shí)驗(yàn)條件下其流量計(jì)算精度最高。 基于差壓信號(hào)具有強(qiáng)烈的非線性、非平穩(wěn)性和非高斯性,應(yīng)用Hilbert-Huang變換和高階統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)差壓信號(hào)波動(dòng)部分進(jìn)行處理,提取了一組新的特征量:IMF分頻段能量及能量分?jǐn)?shù)、IMF熵、HHT熵和雙譜熵;分析表明:上述特征量對(duì)氣液兩相流動(dòng)參數(shù)的變化非常敏感,為建立氣液兩相流參數(shù)檢測(cè)的軟測(cè)量模型提供了依據(jù)?；诹髁坑?jì)的雙槽式孔板結(jié)構(gòu),應(yīng)用小波變換和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鈱?duì)上下游差壓信號(hào)進(jìn)行處理,分別將分解結(jié)果作為相關(guān)量計(jì)算相關(guān)速度,研究了相關(guān)速度與X及液相含率之間的關(guān)系;結(jié)果表明:原始差壓信號(hào)得到的相關(guān)速度不能很好地反映兩相流動(dòng)參數(shù)的變化,而由分解后的某些分量獲得的相關(guān)速度與相含率之間具有穩(wěn)定的關(guān)系。 提出了一種新的信號(hào)特征選擇方法——mRMR+BP,分別以mRMR+BP方法和主成分分析法對(duì)差壓信號(hào)特征量進(jìn)行預(yù)處理;以流型和氣液分相流量作為BP網(wǎng)絡(luò)輸出,以從上下游差壓信號(hào)中提取的兩組特征量及其組合作為網(wǎng)絡(luò)輸入,建立了三個(gè)獨(dú)立的子網(wǎng)絡(luò);通過(guò)對(duì)子網(wǎng)絡(luò)的輸出進(jìn)行集成建立了基于集成BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測(cè)量模型;在文中實(shí)驗(yàn)條件下,軟測(cè)量模型的流型辨識(shí)準(zhǔn)確度高于93%,氣液分相流量測(cè)量的平均相對(duì)誤差分別低于5%和15%。 【關(guān)鍵詞】：槽式孔板 氣液兩相流 凝析天然氣 軟測(cè)量技術(shù) 兩相流壓降相關(guān)式 相關(guān)分析 特征選擇 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：O359.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 氣液兩相流概述12-14
• 1.2.1 氣液兩相流定義12
• 1.2.2 管內(nèi)氣液兩相流基本參數(shù)12-14
• 1.2.3 水平管內(nèi)氣液兩相流流型14
• 1.3 凝析天然氣計(jì)量技術(shù)14-19
• 1.3.1 氣液兩相流參數(shù)檢測(cè)技術(shù)15-16
• 1.3.2 凝析天然氣流量計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀16-19
• 1.4 本文的研究工作19
• 1.5 本章小結(jié)19-20
• 第2章 實(shí)驗(yàn)原理與數(shù)據(jù)采集20-26
• 2.1 實(shí)驗(yàn)裝置20-23
• 2.1.1 槽式孔板20-21
• 2.1.2 流量計(jì)樣機(jī)21-22
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)環(huán)道22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)范圍23-24
• 2.3 數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理24-25
• 2.3.1 數(shù)據(jù)采集24
• 2.3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 槽式孔板壓降倍率相關(guān)式26-40
• 3.1 引言26
• 3.2 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件的壓降倍率相關(guān)式26-30
• 3.2.1 兩相壓降倍率和Lockhart-Martinelli 參數(shù)26-27
• 3.2.2 氣液分相流量計(jì)算27-28
• 3.2.3 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件壓降相關(guān)式28-30
• 3.3 槽式孔板壓降倍率相關(guān)式30-34
• 3.3.1 單相流測(cè)量特性30-31
• 3.3.2 兩相壓降倍率特性31-34
• 3.4 典型相關(guān)式流量計(jì)算結(jié)果比較34-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第4章 差壓信號(hào)特征提取40-59
• 4.1 引言40
• 4.2 信號(hào)處理方法簡(jiǎn)介40-45
• 4.2.1 短時(shí)傅立葉變換41
• 4.2.2 小波變換41-42
• 4.2.3 Wigner-Ville 分布42
• 4.2.4 Hilbert-Huang 變換42-44
• 4.2.5 高階統(tǒng)計(jì)分析44-45
• 4.3 差壓信號(hào)的時(shí)域統(tǒng)計(jì)特征45-47
• 4.4 基于Hilbert-Huang 變換的差壓信號(hào)特征47-54
• 4.4.1 IMF 能量47-50
• 4.4.2 IMF 熵50-52
• 4.4.3 Hilbert 譜52-54
• 4.5 基于高階統(tǒng)計(jì)分析的差壓信號(hào)特征54-58
• 4.5.1 雙譜54-57
• 4.5.2 雙譜熵57-58
• 4.6 本章小結(jié)58-59
• 第5章 基于相關(guān)測(cè)試技術(shù)的相含率測(cè)量59-72
• 5.1 引言59
• 5.2 相關(guān)測(cè)試技術(shù)基本原理59-62
• 5.2.1 相關(guān)流量測(cè)量的數(shù)學(xué)模型59-60
• 5.2.2 渡越時(shí)間的求取60-61
• 5.2.3 相關(guān)測(cè)速的物理解釋61
• 5.2.4 相關(guān)測(cè)速存在的問(wèn)題61-62
• 5.3 基于槽式孔板差壓信號(hào)的相關(guān)速度62-67
• 5.3.1 信號(hào)預(yù)處理62
• 5.3.2 基于原始信號(hào)的相關(guān)速度62-63
• 5.3.3 基于小波分量的相關(guān)速度63-66
• 5.3.4 基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶瘮?shù)分量的相關(guān)速度66-67
• 5.4 相關(guān)速度與流動(dòng)參數(shù)的關(guān)聯(lián)67-71
• 5.4.1 相關(guān)速度與相含率68-70
• 5.4.2 流型的影響70-71
• 5.5 本章小結(jié)71-72
• 第6章 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成的流型辨識(shí)和分相流量軟測(cè)量72-116
• 6.1 引言72
• 6.2 軟測(cè)量模型的建立72-85
• 6.2.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)72-77
• 6.2.2 特征選擇方法設(shè)計(jì)77-83
• 6.2.3 集成網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)83-85
• 6.3 流型辨識(shí)模型85-96
• 6.3.1 流型辨識(shí)模型一86-90
• 6.3.2 流型辨識(shí)模型二90-96
• 6.3.3 模型一和模型二的比較96
• 6.4 氣液分相流量測(cè)量模型96-114
• 6.4.1 流量測(cè)量模型一97-104
• 6.4.2 流量測(cè)量模型二104-113
• 6.4.3 模型一和模型二的比較113-114
• 6.5 本章小結(jié)114-116
• 結(jié)論116-118
• 參考文獻(xiàn)118-125
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果125-126
• 致謝126

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