井下异形管超临界CO2涡街流量计的研制

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1、井下异形管超临界CO2涡街流量计的研制TheDevelopmentofVortexFlowmeterofsupercriticalcarbondioxideusedinoilfielddownholewithspecialshapedpipe学科专业：控制工程研究生：王小威指导教师：孙宏军副教授企业导师：张崇猛研究员天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月摘要涡街流量计是基于流体振动原理实现测量的仪器仪表，由于其结构简单、维护方便、适用范围广等诸多优点，在石油、化工、电力等行业领域均扮演着重要的角色。但涡街流量计还存在一

2、些问题，特别是在低流速、小流量的情况下，涡街流量计受到多种干扰噪声的影响，其涡街信号的信噪比很低，难以实现精确测量，导致涡街流量计在实际应用中测量下限比较高，模拟涡街的量程比只有1：10，与1：100的理论量程比要相差很多。目前国内外的相关研究主要着眼于大口径标准圆形管路的涡街流量计，对小口径管路和异形管路鲜有涉及。本课题对基于涡街流量计对超临界二氧化碳的质量流量测量进行研究，以异型管路截面为基础，依据项目合同求设计出符合量程要求缩小口径的异型管路截面涡街流量计，并进行了实流实验验证。本文完成的主要工作有：1、根据限定的流量范围

3、要求对该异形截面管路流量计进行流量下限的计算，并根据已有管路尺寸，进行仿真验证。然后根据仿真数据与理论数据对比研究，对管路尺寸进一步优化。2、针对超临界二氧化碳质量流量测量，本课题采用了Peng-Robinson公式对超临界二氧化碳的流量测量进行密度补偿，克服了传统密度补偿方法不能适应工况大范围变化或不能满足精度要求的缺陷，提高了测量的精度，使涡街流量计适用于超临界二氧化碳质量流量的测量，拓宽了涡街流量计的适用范围。3、完成硬件设计和软件设计，实现超临界二氧化碳的质量流量测量，同时可以达到较低的量程下限，拓宽量程比，符合项目要求

4、。4、本文研制的超临界二氧化碳涡街流量计，能够适应油田井下高温、高压环境，可靠性和稳定性较高，整体系统功耗较低、处理时间短，目前已经在天津大学流量实验装置完成水流量试验、在东营进行地面试验和模拟井下实验，后续可以进行油田井下现场实验。关键词：涡街流量计，超临界二氧化碳，异形截面，密度补偿，MSP430IABSTRACTVortexsheddingflowmeterusesfluidvibrationtomeasuretheflow.Duetoitssimplestructure,easymaintenanceandmanyoth

5、eradvantages,vortexsheddingflowmeterplaysanimportantroleinthefieldsofpetroleum,chemical,powerandotherindustries.Duetoitsadvantageinstructure,themeasurementperformaceintiny-diameterpipelinesofvortexsheddingflowmeterwithabnormitycrosssectionexceedstheordianaryone.Howev

6、er,lotsofproblemsremain,especiallyontheconditionoflowerflowrate,vortexflowmeterisinfluencedbymanykindsofinterferencenoises,signal-to-noiserateislowandmeasurementishardtorealize,whichcausethemeasurementlowerlimitisratherhigherinapplicationsandrangeratioofsimulatedvort

7、exisonly1:10,muchfurtherawayfromthetheoreticrangeratioof1:100.Mostofresearchesmainlyfocusonthevortexflowmeteroflargerdiameterandcircularcrosssection,flowmetersoftinydiameterandabnormitycrosssectionarerarelyinvolved.Basedonabnormalsectionpipeandtherequirementsofqualif

8、iedflow,anarrow-diameter-pipevortexflowmeterisdesignedformeasuringmassflowofsupercriticalcarbondioxide.Meanwhile,Therealflowexperim