Вибрационный расходомер с очень низкой частотой вибрации

Вибрационный расходомер с очень низкой частотой вибрации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к вибрационному расходомеру и, более конкретно, вибрационному расходомеру с очень низкой частотой вибрации.

Предшествующий уровень техники

Вибрационные расходомеры, такие как массовые расходомеры Кориолиса и вибрационные денситометры, обычно работают посредством регистрации движения вибрирующего трубопровода, который содержит протекающий или не протекающий флюид. Характеристики, связанные с материалом в трубопроводе, такие как массовый расход, плотность и т.п., могут быть определены в результате обработки измерительных сигналов, принимаемых от датчиков перемещения, связанных с трубопроводом. Колебательные моды заполненной материалом вибрирующей системы обычно зависят от суммарной массы, жесткости и параметров демпфирования заполняемого трубопровода и содержащегося в нем материала.

Типичный вибрационный расходомер включает в себя один или несколько трубопроводов, которые соединяются в линейную магистраль или другую транспортную систему и транспортируют в системе материал, например флюиды, шламы и т.п. Трубопровод можно рассматривать как систему, имеющую ряд собственных колебательных мод, включая, например, простые изгибные, крутильные, радиальные и связанные моды. Обычно для измерений трубопровод возбуждается на одной или нескольких колебательных модах, когда материал течет через трубопровод, и движение трубопровода регистрируется в точках, разнесенных вдоль трубопровода. Возбуждение обычно обеспечивается приводом, например электромеханическим устройством, таким как индукционный привод, работающий на звуковых частотах, который периодически возмущает трубопровод. Плотность флюида может быть получена определением резонансной частоты потока флюида. Массовый расход может быть определен по измерению временной задержки или по разности фаз между перемещениями в местоположениях датчиков. Два таких датчика (или тензодатчика) обычно используются для измерения колебательного отклика трубопровода или трубопроводов и обычно располагаются в положениях сверху и снизу по течению относительно привода. Два тензодатчика соединяются с электронным измерительным прибором с помощью кабеля, например, с помощью двух независимых пар проводов. Измерительный прибор принимает сигналы от двух тензодатчиков и обрабатывает сигналы, чтобы получить измерение массового расхода.

Расходомеры используются для измерения массового расхода и/или плотности при широком разнообразии протекающих флюидов и обеспечивают высокую точность для однофазных потоков. Одно из применений вибрационных расходомеров заключается в измерении выхода нефти и газа из скважины. Продукт таких скважин может содержать многофазный поток, включающий в себя жидкости, но также включающий в себя и газы и/или твердые вещества, которые могут быть вовлечены в поток флюида. Поток флюида из месторождения нефти может поэтому включать в себя нефть, воду, воздух или другие газы, и/или песок или, например, другие частицы грунта. Однако когда вибрационный расходомер используется для измерения потока флюида, включающего в себя вовлеченные газы и/или твердые вещества, точность измерителя может быть значительно ухудшена. Весьма желательно, чтобы окончательное измерение было настолько точным, насколько это возможно даже для таких многофазных потоков.

Многофазные протекающие флюиды могут включать в себя вовлеченные газы, особенно потоки газовых пузырей. Многофазные потоки могут включать в себя вовлеченные твердые вещества или вовлеченные твердые частицы, смеси, например бетон, и т.д. Кроме того, многофазные потоки могут включать в себя жидкости различных плотностей, например водные и нефтяные компоненты. Фазы могут иметь различные плотности, вязкости или другие свойства.

В многофазном потоке вибрация трубопровода не обязательно перемещает вовлеченные газы/твердые вещества точно в фазе с протекающим флюидом. Эта вибрационная аномалия обозначается как разделение или отставание. Газовые пузыри, например, могут отделиться от протекающего флюида, влияя на колебательный отклик и любые, получаемые впоследствии, параметры потока. Маленькие пузыри обычно перемещаются с протекающим флюидом, когда расходомер вибрирует. Однако большие пузыри не перемещаются с протекающим флюидом во время вибрации трубопровода. Вместо этого пузыри могут отделиться от протекающего флюида и могут перемещаться независимо, с вовлеченными газовыми пузырями, перемещающимися дальше и быстрее, чем с протекающим флюидом при каждом вибрационном смещении. Это неблагоприятно влияет на колебательный отклик расходомера. Сказанное справедливо также для твердых частиц, вовлеченных в протекающий флюид, в котором твердые вещества с большой вероятностью отделяются от движения протекающего флюида при увеличении размеров частиц или вибрационных частот. Разделение может произойти даже тогда, когда многофазный поток включает в себя жидкости различающихся плотностей и/или вязкостей. Установлено, что влияние разделения зависит от различных факторов, например таких как вязкость протекающего флюида и различие в плотности протекающего флюида и инородного материала.

В дополнение к проблемам, вызванным относительным движением пузырей и частиц, точность измерителей Кориолиса может ухудшиться из-за эффектов, связанных со скоростью звука (SOS) или сжимаемостью, когда скорость звука измеряемого флюида низка или частота колебания измерителя высока. Жидкости имеют более высокие скорости звука, чем газы, но наиболее низкие значения скорости звука получаются для смеси жидкости и газа. Даже малое количество газа, вовлеченного в жидкость, приводит к драматическому снижению скорости звука смеси; ниже скорости звука для любой из фаз.

Колебание расходомерной трубки производит звуковые волны, которые распространяются в поперечном направлении на частоте привода измерителя. Когда скорость звука для флюида высока, как в однофазном флюиде, первая акустическая мода для поперечных звуковых волн поперек круглого трубопровода соответствует намного более высокой частоте, чем частота привода. Однако когда скорость звука падает из-за добавления газа к жидкости, частота акустической моды также падает. Когда частоты акустической моды и приводной моды близки, возникают ошибки измерителя из-за нерезонансного возбуждения акустической моды приводной модой.

Для низкочастотных измерителей и типичных используемых давлений эффекты скорости звука присутствуют в многофазных потоках, но обычно они незначительны при заданной точности измерителя. Однако для высокочастотных измерителей Кориолиса, работающих при низких давлениях с флюидами с пузырями, скорость звука может быть достаточно низкой, чтобы вызвать существенные ошибки измерения из-за взаимодействия между приводной модой и колебательной модой флюида.

Размер пузырей может варьироваться в зависимости от количества присутствующего газа, давления протекающего флюида, температуры и степени смешивания газа с протекающим флюидом. Уровень снижения рабочих параметров определяется не только тем, как много газа имеется в целом, но также и с размером отдельных газовых пузырей в потоке. Размер пузырей влияет на точность измерения. Большие пузыри занимают больший объем и, увеличиваясь, отделяются, приводя к флуктуациям плотности и измеряемой плотности протекающего флюида. Из-за сжимаемости газа пузыри могут изменять содержание газа или массу, не обязательно изменяясь в размере. Наоборот, если давление изменяется, размер пузыря может соответственно измениться, расширяясь, когда давление падает, или сокращаясь, когда давление увеличивается. Это может также вызвать вариации собственной или резонансной частоты расходомера.

Вибрационные расходомеры предшествующего уровня техники обычно конструировались для рабочих частот приблизительно 100-300 Герц (Гц). Некоторые измерители предшествующего уровня техники конструировались так, чтобы работать на значительно более высоких частотах. Рабочая частота вибрационного расходомера в технике предшествующего уровня обычно выбирается так, чтобы облегчить конструкцию расходомера, его изготовление и его работу. Например, вибрационный расходомер в технике предшествующего уровня конфигурируется так, чтобы быть физически компактным и по существу однородным по размерам. Например, высота расходомера в технике предшествующего уровня обычно меньше, чем длина, давая низкое характеристическое отношение высоты к длине (H/L) и соответствующую высокую приводную частоту. Пользователи расходомера предпочитают малый общий размер, чтобы упростить его установку. Кроме того, конструкция расходомера обычно предполагает однородный поток однофазного флюида и предназначена для оптимальной работы с таким однородным протекающим флюидом.

В технике предшествующего уровня расходомеры обычно имеют низкое характеристическое отношение высоты к длине (H/L). Расходомер с прямым трубопроводом имеет нулевое характеристическое отношение высоты к длине, что обычно приводит к высокой частоте привода. Часто используются изогнутые трубопроводы, чтобы избежать преобладания значения длины и увеличить характеристическое отношение высоты к длине (H/L). Однако расходомеры предшествующего уровня техники с большими характеристическими отношениями не разработаны. Искривленный или изогнутый трубопроводный расходомер в предшествующем уровне техники может иметь характеристическое отношение высоты к длине, приближающееся к 1,3, например.

Краткое изложение существа изобретения

Задачей настоящего изобретения в данной области техники является необходимость создания вибрационного расходомера, который пригоден для точного и надежного измерения расхода многофазных флюидов.

В одном аспекте изобретения вибрационный расходомер с очень низкой частотой вибрации содержит:

сборку расходомера, включающую в себя один или несколько трубопроводов со сборкой расходомера, сконфигурированной для создания колебательного отклика с очень низкой частотой, которая ниже заданной минимальной частоты разделения для протекающего флюида независимо от размера инородного материала или состава инородного материала; и

электронный измеритель, соединенный со сборкой расходомера и сконфигурированный, чтобы принимать колебательный отклик с очень низкой частотой и производить по нему одно или несколько измерений расхода.

Предпочтительно, чтобы колебательный отклик с очень низкой частотой был ниже заданного минимального порога SOS/сжимаемости независимо от размера инородного материала или состава инородного материала.

Предпочтительно, чтобы электронный измеритель был сконфигурирован так, чтобы разделительное отношение (Ap/Af) составляло около 1:1 для вовлеченных твердых веществ или вовлеченного газа при очень низкой частоте.

Предпочтительно, чтобы электронный измеритель был сконфигурирован так, чтобы вязкость была по существу бесконечной относительно движения частицы для протекающего флюида при очень низкой частоте.

Предпочтительно, чтобы колебательный отклик с очень низкой частотой был ниже приблизительно 5-ти Герц (Гц).

Предпочтительно, чтобы колебательный отклик с очень низкой частотой был ниже приблизительно 50-ти Герц (Гц).

Предпочтительно, чтобы колебательный отклик с очень низкой частотой соответствовал обратному Стоксову числу (δ), которое выше чем приблизительно 3,5.

Предпочтительно, чтобы один или несколько трубопроводов были сконфигурированы так, чтобы колебаться с очень большой амплитудой колебательного отклика.

Предпочтительно, чтобы один или несколько трубопроводов были сконфигурированы так, чтобы колебаться с амплитудой колебательного отклика, большей чем приблизительно один миллиметр (мм).

Предпочтительно, чтобы один или несколько трубопроводов были сконфигурированы так, чтобы колебаться с амплитудой колебательного отклика, большей чем приблизительно пять миллиметров (мм).

Предпочтительно, чтобы один или несколько трубопроводов были сконфигурированы так, чтобы достигнуть колебательного отклика с очень низкой частотой посредством конфигурации одного или нескольких из следующих параметров: жесткости трубопровода, длины трубопровода, разделительного отношения трубопровода, материала трубопровода, толщины трубопровода, формы трубопровода, геометрии трубопровода или одного или нескольких положений колебательных узлов.

Предпочтительно, вибрационный расходомер с очень низкой частотой вибрации возбуждается вне резонанса на заданной низкой частоте и получается нерезонансное измерение массового расхода, причем измерение массового расхода вне резонанса по существу невосприимчиво к эффектам SOS (скорости звука) и разделения.

Предпочтительно, заданная низкая частота выбирается так, чтобы соответствовать обратному Стоксову числу (δ), большему чем пороговое значение, выбранное, чтобы, по существу, устранить ошибки из-за многофазности.

Предпочтительно, измерение массового расхода вне резонанса сравнивается с резонансным измерением массового расхода, полученным на резонансной частоте, и если измерение массового расхода вне резонанса и резонансное измерение массового расхода отличаются больше, чем на заданные пределы разделения, вырабатывается указание на многофазность.

Предпочтительно, вибрационный расходомер с очень низкой частотой вибрации возбуждается вне резонанса на множественных заданных нерезонансных частотах, и получаются соответствующие множественные нерезонансные измерения массового расхода, причем множественные нерезонансные измерения массового расхода сравниваются для определения, имеется ли многофазный поток, и чтобы определить величину ошибки из-за многофазности.

В одном аспекте изобретения способ работы вибрационного расходомера с очень низкой частотой вибрации содержит следующие операции:

осуществляют вибрацию одного или нескольких трубопроводов вибрационного расходомера с очень низкой частотой вибрации на очень низкой частоте, которая ниже заданной минимальной частоты разделения для протекающего флюида независимо от размера инородного материала или состава инородного материала;

осуществляют прием колебательного отклика с очень низкой частотой; и

осуществляют одно или несколько измерений расхода из колебательного отклика с очень низкой частотой.

Предпочтительно, колебательный отклик с очень низкой частотой находится ниже заданного минимального порога SOS/сжимаемости независимо от размера инородного материала или состава инородного материала.

Предпочтительно, расходомер с очень низкой частотой сконфигурирован так, что разделительное отношение (Ap/Af) составляет приблизительно 1:1 для вовлеченных твердых веществ или вовлеченного газа на очень низкой частоте.

Предпочтительно, вибрационный расходомер с очень низкой частотой вибрации сконфигурирован так, что вязкость оказывается по существу бесконечной относительно движения частицы для протекающего флюида на очень низкой частоте.

Предпочтительно, колебательный отклик с очень низкой частотой находится ниже около 5-ти Герц (Гц).

Предпочтительно, колебательный отклик с очень низкой частотой находится ниже около 50-ти Герц (Гц).

Предпочтительно, колебательный отклик с очень низкой частотой соответствует обратному Стоксову числу (δ), которое выше значения 3,5.

Предпочтительно, чтобы один или несколько трубопроводов были сконфигурированы так, чтобы колебаться с очень большой амплитудой колебательного отклика.

Предпочтительно, чтобы один или несколько трубопроводов были сконфигурированы так, чтобы колебаться с амплитудой колебательного отклика, большей чем около одного миллиметра (мм).

Предпочтительно, чтобы один или несколько трубопроводов были сконфигурированы так, чтобы колебаться с амплитудой колебательного отклика, большей чем около пять миллиметров (мм).

Предпочтительно, чтобы один или несколько трубопроводов были сконфигурированы так, чтобы достигнуть колебательного отклика с очень низкой частотой посредством конфигурации одного или нескольких из следующих параметров: жесткости трубопровода, длины трубопровода, разделительного отношения трубопровода, материала трубопровода, толщины трубопровода, формы трубопровода, геометрии трубопровода или одного или нескольких положений колебательных узлов.

Предпочтительно, вибрационный расходомер с очень низкой частотой вибрации возбуждается вне резонанса на заданной низкой частоте, и получается нерезонансное измерение массового расхода, причем нерезонансное измерение массового расхода по существу невосприимчиво к эффектам SOS (скорости звука) и разделения.

Предпочтительно, заданная низкая частота выбирается так, чтобы соответствовать обратному Стоксову числу (δ), большему чем пороговое значение, выбранное, чтобы, по существу, устранить ошибки из-за многофазности.

Предпочтительно, измерение массового расхода вне резонанса сравнивается с резонансным измерением массового расхода, полученным на резонансной частоте, и если измерение массового расхода вне резонанса и резонансное измерение массового расхода отличаются больше чем на заданные пределы разделения, вырабатывается указание на многофазность.

Предпочтительно, вибрационный расходомер с очень низкой частотой вибрации возбуждается вне резонанса на множественных заданных нерезонансных частотах, и получаются соответствующие множественные нерезонансные измерения массового расхода, причем множественные нерезонансные измерения массового расхода сравниваются для определения, существует ли многофазный поток, и чтобы определить величину ошибки из-за многофазности.

В одном аспекте изобретения способ формирования вибрационного расходомера с очень низкой частотой вибрации содержит следующие операции:

определяют заданную очень низкую рабочую частоту для вибрационного расходомера с очень низкой частотой вибрации на основе, по меньшей мере, ожидаемого протекающего флюида, причем очень низкая рабочая частота находится ниже заданной минимальной частоты разделения для протекающего флюида независимо от размера инородного материала или состава инородного материала;

выбирают один или несколько параметров конструкции трубопровода исходя из заданной очень низкой рабочей частоты, с одним или несколькими параметрами конструкции трубопровода, выбираемыми, чтобы по существу достигнуть заданной очень низкой рабочей частоты; и

изготавливают вибрационный расходомер с очень низкой частотой вибрации, использующий выбранные один или несколько параметров конструкции трубопровода, или посредством привода вне резонанса непосредственно на желаемой низкой частоте.

Предпочтительно, колебательный отклик с очень низкой частотой находится ниже заданного минимального порога SOS/сжимаемости независимого от размера инородного материала или состава инородного материала.

Предпочтительно, расходомер сконфигурирован так, что разделительное отношение (Ap/Af) составляет около 1:1 для вовлеченных твердых веществ или вовлеченного газа на очень низкой частоте.

Предпочтительно, расходомер сконфигурирован так, что вязкость по существу бесконечна относительно движения частицы для протекающего флюида на очень низкой частоте.

Предпочтительно, колебательный отклик с очень низкой частотой находится ниже около 5-ти Герц (Гц).

Предпочтительно, колебательный отклик с очень низкой частотой находится ниже около 50-ти Герц (Гц).

Предпочтительно, колебательный отклик с очень низкой частотой соответствует обратному Стоксову числу (δ), которое выше чем около 3,5.

Предпочтительно, чтобы один или несколько трубопроводов были сконфигурированы так, чтобы колебаться с очень большой амплитудой колебательного отклика.

Предпочтительно, чтобы один или несколько трубопроводов были сконфигурированы так, чтобы колебаться с амплитудой колебательного отклика, большей чем приблизительно один миллиметр (мм).

Предпочтительно, чтобы один или несколько трубопроводов были сконфигурированы так, чтобы колебаться с амплитудой колебательного отклика, большей чем около пять миллиметров (мм).

Предпочтительно, чтобы один или несколько трубопроводов были сконфигурированы так, чтобы достигнуть колебательного отклика с очень низкой частотой посредством конфигурации одного или нескольких из следующих параметров: жесткости трубопровода, длины трубопровода, разделительного отношения трубопровода, материала трубопровода, толщины трубопровода, формы трубопровода, геометрии трубопровода или одного или нескольких положений колебательных узлов.

Предпочтительно, вибрационный расходомер с очень низкой частотой вибрации возбуждают вне резонанса на заданной низкой частоте и получают нерезонансное измерение массового расхода, причем измерение массового расхода вне резонанса по существу невосприимчиво к эффектам SOS и разделения.

Предпочтительно, заданную низкую частоту выбирают так, чтобы соответствовать обратному Стоксову числу (δ), большему чем пороговое значение, выбранное, чтобы по существу устранить ошибки из-за многофазности.

Предпочтительно, измерение массового расхода вне резонанса сравнивают с резонансным измерением массового расхода, полученным на резонансной частоте, и если измерение массового расхода вне резонанса и резонансное измерение массового расхода отличаются больше чем на заданные пределы разделения, вырабатывается указание на многофазность.

Предпочтительно, вибрационный расходомер с очень низкой частотой вибрации возбуждают вне резонанса на множественных заданных нерезонансных частотах и получают соответствующие множественные нерезонансные измерения массового расхода, причем множественные нерезонансные измерения массового расхода сравнивают для определения, существует ли многофазный поток, и определяют величины ошибки из-за многофазности.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на чертежи, на которых:

фиг.1 изображает вибрационный расходомер с очень низкой частотой вибрации в соответствии с изобретением;

фиг.2 - вибрационный расходомер с очень низкой частотой вибрации в соответствии с вариантом реализации изобретения;

фиг.3 - диаграмма зависимости эффекта разделения от частоты для очень низкой рабочей частоты до 100 Гц в примере, показанном на диаграмме;

фиг.4 - диаграмма зависимости разделения фазового угла (φ) от частоты для очень низкой рабочей частоты до 100 Гц в примере, показанном на диаграмме;

фиг.5 - диаграмма зависимости разделительного отношения от отношения плотностей для вибрационного расходомера с очень низкой частотой вибрации в соответствии с изобретением;

фиг.6 - участок вибрационного расходомера с очень низкой частотой вибрации в соответствии с изобретением;

фиг.7 - блок-схема последовательности операций способа действия вибрационного расходомера с очень низкой частотой вибрации в соответствии с изобретением.

Подробное описание изобретения

Прилагаемые фиг.1-7 и нижеследующее описание демонстрируют конкретные примеры для специалистов в данной области техники, поясняя, как реализовать и использовать наилучший вариант изобретения. С целью объяснения принципов изобретения некоторые обычные объекты упрощены или опущены. Специалистам в данной области техники должны быть очевидны возможные вариации этих примеров, которые находятся в пределах объема притязаний изобретения. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что описанные ниже признаки могут быть объединены различным образом, формируя множественные вариации изобретения. Таким образом, изобретение не ограничивается описанными ниже конкретными примерами, но определяется формулой изобретения или эквивалентами.

На фиг.1 показан вибрационный расходомер 5 с очень низкой частотой вибрации в соответствии с изобретением. Вибрационный расходомер 5 с очень низкой частотой вибрации в одном варианте реализации содержит расходомер Кориолиса. В другом варианте реализации вибрационный расходомер 5 с очень низкой частотой вибрации содержит вибрационный денситометр.

Вибрационный расходомер 5 с очень низкой частотой вибрации предназначен для измерения параметров протекающего флюида, включая измерение параметров протекающего флюида или в динамическом, или в стационарном режимах. Вибрационный расходомер 5 с очень низкой частотой вибрации, кроме того, предназначен для точного и надежного измерения параметров протекающего флюида, когда протекающий флюид включает в себя множественные фазы. В некоторых вариантах реализации многофазный протекающий флюид может включать в себя вовлеченный газ, причем вовлеченный газ может содержать поток пузырей. Вовлеченный газ может включать в себя воздушные пузыри или пузыри различных размеров. Вовлеченный газ создавал проблемы в вибрационных измерителях расхода предшествующего уровня техники. Вовлеченный газ, особенно в случае средних и больших пузырей, может перемещаться независимо от протекающего флюида и вызвать ошибки измерения или неопределенности. Кроме того, вовлеченный газ может вызвать эффекты неоднозначности в измерениях из-за сжимаемости газа, изменяющегося с изменением рабочего давления протекающего флюида.

В некоторых вариантах реализации многофазный протекающий флюид может включать в себя вовлеченные твердые вещества, причем вовлеченные твердые вещества могут содержать шлам. Один пример содержит частицы песка или грунта в нефтяном потоке. Вовлеченные твердые вещества могут перемещаться независимо от протекающего флюида и приводить к ошибкам измерения и/или к неопределенностям.

В некоторых вариантах реализации многофазный поток может включать в себя различающиеся жидкости, такие как несмешивающиеся жидкости, которые не могут быть смешаны между собой. Например, протекающий флюид может включать в себя и воду, и нефть. Если компоненты протекающего флюида имеют отличающиеся плотности, компоненты протекающего флюида могут испытать некоторое разделение во время вибрации расходомера. Вовлеченная жидкость может быть менее плотной, чем объемный флюид. Вовлеченная жидкость может быть более плотной, чем объемный флюид.

Вибрационный расходомер 5 с очень низкой частотой вибрации включает в себя сборку 10 расходомера и электронный измеритель 20. Электронный измеритель 20 соединен со сборкой 10 измерителя посредством кабелей 100 и сконфигурирован, чтобы предоставить результаты измерений одного или нескольких из следующих параметров: плотности, массового расхода, объемного расхода, общего массового расхода, температуры и другой информации по каналу 26 связи. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что настоящее изобретение может быть использовано для любого типа вибрационного расходомера независимо от числа приводов, тензометрических датчиков, трубопроводов или типа используемой колебательной моды. Следует отметить, что расходомер 5 может содержать вибрационный денситометр и/или массовый расходомер Кориолиса.

Сборка 10 расходомера включает в себя пару фланцев 101 и 101', манифольды 102 и 102', привод 104, тензометрические датчики 105 и 105' и трубопроводы 103A и 103B. Привод 104 и тензометрические датчики 105 и 105' присоединены к трубопроводам 103A и 103B.

В одном варианте реализации трубопроводы 103A и 103B содержат по существу U-образные трубопроводы, как показано. Альтернативно, в других вариантах реализации трубопроводы могут содержать по существу прямые трубопроводы. Однако другие формы также могут использоваться, и они имеются в виду в рамках описания и приложенных формул.

Фланцы 101 и 101' прикреплены к манифольдам 102 и 102'. Манифольды 102 и 102' могут быть прикреплены к противоположным концам проставки 106. Проставка 106 поддерживает интервал между манифольдами 102 и 102', чтобы предотвратить нежеланные колебания в трубопроводах 103A и 103B. Когда сборка 10 расходомера вставляется в трубопроводную систему (не показана), которая переносит измеряемый протекающий флюид, протекающий флюид входит в сборку 10 расходомера через фланец 101, проходит через входной манифольд 102, где весь протекающий флюид направляется на вход трубопроводов 103A и 103B, протекает через трубопроводы 103A и 103B и назад в выходной манифольд 102', где он выходит из измерительной сборки 10 через фланец 101'.

Трубопроводы 103A и 103B выбираются и соответственно монтируются на входном манифольде 102 и на выходном манифольде 102' так, чтобы иметь по существу одинаковое массовое распределение, моменты инерции и упругие модули вокруг изгибных осей W--W и W'--W' соответственно. Трубопроводы 103A и 103B вытянуты наружу от манифольдов 102 и 102' по существу параллельным образом.

Трубопроводы 103A и 103B возбуждаются приводом 104 в противоположных направлениях вокруг соответственных изгибных осей W и W', на которых проявляется первая несинфазная изгибная мода расходомера 5. Однако трубопроводы 103A и 103B могут альтернативно колебаться на второй несинфазной изгибной моде или более высокой, если это желательно. Это может быть сделано для проведения калибровки или тестирования, для установления вязкости флюида или для получения значений измерения на различных частотах колебаний. Привод 104 может содержать одно из многих известных устройств, например магнит, установленный на трубопроводе 103A, и противостоящую катушку, установленную на трубопроводе 103B. Через противостоящую катушку проходит переменный ток, заставляя оба трубопровода колебаться. Соответствующий возбуждающий сигнал подается электронным измерителем 20 на привод 104 через соединительный кабель 110.

Электронный измеритель 20 принимает сигналы датчика по соединительным кабелям 111 и 111' соответственно. Электронный измеритель 20 производит возбуждающий сигнал на соединительном кабеле 110, который посредством привода 104 заставляет колебаться трубопроводы 103A и 103B. Электронный измеритель 20 обрабатывает сигналы левой и правой скорости от тензометрических датчиков 105 и 105', чтобы рассчитать массовый расход. Канал связи 26 предоставляет входное и выходное средство, которое позволяет соединять электронный измеритель 20 с оператором или с другими электронными системами. Описание фиг.1 предоставляется исключительно как пример работы вибрационного расходомера и не должно служить принципиальным ограничением существующего изобретения.

При работе вибрационный расходомер 5 с очень низкой частотой вибрации вибрирует на очень низкой частоте. Очень низкая частота может содержать первую изгибную колебательную моду. Однако возможны и другие колебательные моды, и они имеются в виду в рамках описания и прилагаемых формул.

Например, в некоторых вариантах реализации сборка 10 расходомера может возбуждаться вне резонанса на заданной низкой частоте, причем массовый расход (и/или другие параметры потока) измеряются вслед за этим. Заданная низкая частота может быть меньше, чем резонансная частота. Получающееся измерение массового расхода будет по существу невосприимчиво к эффектам разделения и SOS и может быть выполнено по измерению фазы на заданной низкой частоте. Заданная низкая частота может быть выбрана так, чтобы соответствовать обратному Стоксову числу (δ), большему, чем пороговое значение, выбранное, чтобы по существу устранить ошибки из-за многофазности. Измерение плотности невозможно вследствие того, что частота была заранее выбрана, а не измерена. Проблема при этом режиме работы в том, что амплитуда отклика трубопровода будет малой из-за нерезонансного колебания. Однако эта проблема может быть преодолена введением дополнительной мощности возбуждения или усреднением фазовых измерений, способствуя тем самым фильтрации шума.

Кроме того, расходомер 5 может колебаться с очень большой амплитудой. В некоторых вариантах реализации расходомер 5 может колебаться одновременно на очень низкой частоте и с очень большой амплитудой. Протекающий флюид может быть или стационарным, или динамическим, как предварительно было рассмотрено. В результате вибрационный расходомер 5 с очень низкой частотой вибрации производит колебательный отклик с очень низкой частотой. Колебательный отклик с очень низкой частотой обрабатывается для определения одного и обоих параметров из частоты отклика и амплитуды отклика. Частота отклика и/или амплитуда отклика могут быть использованы для определения одного или нескольких параметров протекающего флюида, включая массовый расход, плотность, вязкость и так далее. Сущность использования очень низкой частоты для расходомера 5 рассматривается ниже.

Преимущество вибрационного расходомера 5 с очень низкой частотой вибрации заключается в том, что расходомер 5 в некоторых вариантах реализации может работать на более высоких частотах, если это желательно. Это может быть сделано тогда, когда не ожидается многофазный поток. Например, если расходомер 5 устанавливается снизу по течению относительно устройства сепаратора, то протекающий флюид может быть допустимо однородным и свободным от вовлеченного инородного материала. В такой ситуации расходомер 5 может работать на более высоких частотах, например, на второй, третьей или четвертой изгибной моде и так далее, где изгибные моды более высокого порядка содержат частоты, кратные резонансной частоте, или гармоники, например.

В некоторых вариантах реализации вибрационный расходомер 100 с очень низкой частотой вибрации может работать на множественных колебательных частотах. Множественные колебательные частоты могут включать в себя колебание сборки 10 расходомера на периодически изменяющихся частотах или на различных частотах в разных интервалах времени. Альтернативно, сборка 10 расходомера может одновременно колебаться на множественных колебательных частотах.

Например, вибрационный расходомер 100 с очень низкой частотой вибрации может работать на резонансной частоте и получать резонансные массовый расход и измерения плотности и может работать вне резонанса и получать одно или несколько нерезонансных измерений массового расхода. Затем одно или несколько измерений массового расхода вне резонанса могут быть сравнены с резонансным измерением массового расхода. Если одно или несколько измерений массового расхода вне резонанса и резонансное измерение массового расхода отличаются больше, чем на заданные пределы разделения, может быть выработано указание на многофазность.

Кроме того, множественные измерения массового расхода вне резонанса могут быть сравнены, чтобы определить, существует ли многофазный поток, и определить величину ошибки из-за многофазности. Следовательно, если измерения массового расхода вне резонанса на 10, 20 и 30 Гц по существу идентичны, но измерение массового расхода вне резонанса на 40 Гц значительно отклоняется от предыдущих измерений, то может быть определено, что ошибки из-за многофазности произошли на частоте колебаний выше 30 Гц.

Приводная частота представляет собой частоту, на которой колеблются один или несколько трубопроводов 103A и 103B, чтобы измерить параметры потока протекающего флюида. Приводная частота может быть выбрана так, чтобы быть для протекающего флюида, например, резонансной частотой. Поэтому приводная частота может отличаться от частоты колебательного отклика и может варьироваться в соответствии с составом протекающего флюида. Кроме того, приводная частота зависит от параметров жесткости расходомера. При увеличении параметров жесткости увеличивается и приводная частота. В результате понижение жесткости трубопровода приведет к более низкой резонансной частоте трубопровода и снижению частоты расходомера. Жесткость трубопровода может быть изменена различным образом, как рассматривается ниже.

Следствием многофазности протекающего флюида является то, что точные измерения флюида затрудняются во время таких характерных периодов многофазности. Эффекты многофазности могут присутствовать даже при наличии от умеренных до средних режимов много