渦街流量計是基于流體振動原理實現(xiàn)測量的儀器儀表,由于其結構簡單、維護方便、適用范圍廣等諸多優(yōu)點,在石油、化工、電力等行業(yè)領域均扮演著重要的角色。但渦街流量計還存在一些問題,特別是在低流速、小流量的情況下,渦街流量計受到多種干擾噪聲的影響,其渦街信號的信噪比很低,難以實現(xiàn)精確測量,導致渦街流量計在實際應用中測量下限比較高,模擬渦街的量程比只有1:10,與1:100的理論量程比要相差很多。目前國內外的相關研究主要著眼于大口徑標準圓形管路的渦街流量計,對小口徑管路和異形管路鮮有涉及。本課題對基于渦街流量計對超臨界二氧化碳的質量流量測量進行研究,以異型管路截面為基礎,依據項目合同求設計出符合量程要求縮小口徑的異型管路截面渦街流量計,并進行了實流實驗驗證。本文完成的主要工作有:1、根據限定的流量范圍要求對該異形截面管路流量計進行流量下限的計算,并根據已有管路尺寸,進行仿真驗證。然后根據仿真數據與理論數據對比研究,對管路尺寸進一步優(yōu)化。2、針對超臨界二氧化碳質量流量測量,本課題采用了Peng-Robinson公式對超臨界二氧化碳的流量測量進行密度補償,克服了傳統(tǒng)密度補償方法不能適應工況大范圍變化或不能滿足精度要求的缺陷,提高了測量的精度,使渦街流量計適用于超臨界二氧化碳質量流量的測量,拓寬了渦街流量計的適用范圍。3、完成硬件設計和軟件設計,實現(xiàn)超臨界二氧化碳的質量流量測量,同時可以達到較低的量程下限,拓寬量程比,符合項目要求。4、本文研制的超臨界二氧化碳渦街流量計,能夠適應油田井下高溫、高壓環(huán)境,可靠性和穩(wěn)定性較高,整體系統(tǒng)功耗較低、處理時間短,目前已經在天津大學流量實驗裝置完成水流量試驗、在東營進行地面試驗和模擬井下實驗,后續(xù)可以進行油田井下現(xiàn)場實驗。
【學位單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH814
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 課題研究背景
        1.1.2 課題研究意義
        1.1.3 渦街流量計簡介及工作原理
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 對超臨界二氧化碳測量技術的研究
        1.2.2 對渦街傳感器的研究
        1.2.3 對渦街發(fā)生體的研究
        1.2.4 對渦街信號處理系統(tǒng)的研究
    1.3 論文研究內容和創(chuàng)新點
        1.3.1 研究目的和內容
        1.3.2 課題研究的創(chuàng)新點
    1.4 章節(jié)安排
第2章 CFD數值仿真及分析
    2.1 CFD簡介
    2.2 超臨界CO2渦街流量計理論量程換算
    2.3 仿真模型建立及參數設置
        2.3.1 項目渦街流量計的實物
        2.3.2 對真實管路仿真參數設置
        2.3.3 無發(fā)生體時管路流場仿真結果及分析
        2.3.4 有發(fā)生體時管路仿真參數和仿真結果及分析
        2.3.5 仿真結果分析
    2.4 本章小結
第3章 井下異形管超臨界CO2渦街流量計測量系統(tǒng)設計
    3.1 硬件電路設計概述
        3.1.1 電源電路模塊
            3.1.1.1 WEBENCHDesigner簡介
            3.1.1.2 電源電路設計
        3.1.2 溫度采集模塊
        3.1.3 壓力采集模塊
        3.1.4 渦街信號采集處理模塊
            3.1.4.1 電荷放大器
            3.1.4.2 電壓放大器
            3.1.4.3 低通濾波限幅電路
        3.1.5 主控芯片及外圍電路
        3.1.6 串口通訊模塊
        3.1.7 電源監(jiān)測及掉電保存模塊
        3.1.8 硬件電路PCB設計
    3.2 軟件設計概述
        3.2.1 主程序設計
        3.2.2 程序設計思路
        3.2.3 主程序流程圖
        3.2.4 軟件主要模塊
            3.2.4.1 初始化模塊
            3.2.4.2 頻率計算模塊
            3.2.4.3 密度補償與流量計算模塊
    3.3 軟硬件實現(xiàn)可靠性
    3.4 本章小結
第4章 不同材質壓電探頭實流實驗
    4.1 不同材質壓電傳感器設計
    4.2 水流量裝置平臺與流量計實物圖
        4.2.1 標準水流量裝置
        4.2.2 流量計管路實物
    4.3 不同材質探頭水流量實驗數據及分析
        4.3.1 不銹鋼探頭測量數據
        4.3.2 鎂鋁合金探頭實驗數據
        4.3.3 實驗結果分析
    4.4 本章小結
第5章 裝置聯(lián)合調試
    5.1 硬件調試
    5.2 軟件調試
        5.2.1 通訊功能測試
            5.2.1.1 Modbus-485通信協(xié)議及格式內容
            5.2.1.2 串口模擬通信
            5.2.1.3 聯(lián)合裝置通訊測試
        5.2.2 可靠性測試
    5.3 模擬井水實流實驗和油田井下實驗
    5.5 本章小結
第6章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
參考文獻
發(fā)表論文和參加科研情況說明
致謝

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 邱正松;謝彬強;王在明;沈忠厚;;超臨界二氧化碳鉆井流體關鍵技術研究[J];石油鉆探技術;2012年02期

2 李良川;王在明;邱正松;楊勝來;;超臨界二氧化碳鉆井流體攜巖特性實驗[J];石油學報;2011年02期

3 賈云飛;張濤;邢娟;;基于FLUENT對渦街流量傳感器流場仿真及特性研究[J];系統(tǒng)仿真學報;2007年12期

4 鄭丹丹;張濤;;基于混沌理論的渦街微弱信號檢測方法研究[J];傳感技術學報;2007年05期

5 孫斌,周洪亮,張宏建,黃詠梅;基于Hilbert-Huang變換的渦街信號處理方法[J];浙江大學學報(工學版);2005年06期

6 孫宏軍,張濤,凌箐;基于松弛陷波周期圖法的渦街流量計信號處理技術的研究[J];儀器儀表學報;2004年05期

7 張濤,吳鵬;基于子波變換的渦街流量傳感器信號分析[J];計量學報;2003年03期

8 黃詠梅,張宏建,胡赤鷹,韓冬;新DFT遞推算法在渦街流量信號處理中的應用[J];浙江大學學報(工學版);2003年01期

9 張濤,吳鵬;基于子波變換的消噪方法在渦街流量傳感器中的應用[J];天津大學學報;2003年01期

10 徐科軍,汪安民;基于小波變換的渦街流量計信號處理方法[J];儀器儀表學報;2001年06期

相關博士學位論文 前2條

1 石立紅;超臨界CO_2開采頁巖氣技術可行性與安全性研究[D];西南石油大學;2015年

2 王在明;超臨界二氧化碳鉆井液特性研究[D];中國石油大學;2008年

相關碩士學位論文 前1條

1 舒張平;面向特殊需求的渦街流量計關鍵技術研究[D];合肥工業(yè)大學;2017年

本文編號：2877780