本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于差壓電容傳感和數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的兩相流量測量方法，包括：對標準文丘里管進行喉部延長設(shè)計；將多層電容傳感器陣列嵌入長喉頸文丘里管中，并在管上安裝各類變送器，并利用多通道數(shù)據(jù)采集模塊同步獲取各類變送器的差壓、溫度及壓力數(shù)據(jù)；利用配置的電容傳感器陣列激勵?測量模塊同步獲取電容陣列數(shù)據(jù)；開發(fā)基于數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的氣液兩相流量計算模型，并將其封裝在兩相流流量計算模塊中；將電容、差壓、溫度及壓力數(shù)據(jù)輸入到兩相流流量計算模塊，并利用實測數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場學習，以實現(xiàn)氣液兩相流流量在線實時解算。本發(fā)明專利技術(shù)突破傳統(tǒng)串聯(lián)式多傳感器測量數(shù)據(jù)時空不一致的難題，解決傳統(tǒng)文丘里管測量兩相流量時相含率缺失的問題。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及多相流測量，特別是涉及一種基于差壓電容傳感和數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的兩相流量測量方法。
技術(shù)介紹
1、氣液兩相二氧化碳(carbon?dioxide，簡稱co2)廣泛存在于碳捕集、利用與封存(carbon?capture,utilization?and?storage，簡稱ccus)項目的各個環(huán)節(jié)，其管道輸運更是連接碳捕集與利用、封存的關(guān)鍵紐帶，準確計量氣液兩相co2流量可為我國大宗碳排放交易提供重要計量依據(jù)，對ccus項目安全穩(wěn)定運行及項目成本預估具有重要意義。
2、然而，相比于其他管輸介質(zhì)(天然氣、石油和水)，co2的物理特性復雜多變，輸送過程中微小溫度或壓力波動將導致co2相態(tài)發(fā)生顯著改變，多數(shù)形成氣液兩相co2混合流體，此外，雜質(zhì)氣體的引入以及靈活發(fā)電帶來的負荷波動導致管輸co2流量實時動態(tài)變化，致使其流量難以采用傳統(tǒng)方法進行精確測量。國內(nèi)外研究表明：科里奧利流量計可直接測量co2質(zhì)量流量，對單相氣、單相液或穩(wěn)態(tài)co2流體測量精度較高，但對氣液兩相或含雜質(zhì)co2流量測量誤差較大，現(xiàn)有商業(yè)化科氏計只能在小管徑使用，無法滿足實際ccus網(wǎng)絡(luò)管道(≥dn80)，超聲和文丘里流量計屬于體積流量計，已知流體密度和含率方可實現(xiàn)大管徑下co2質(zhì)量流量的準確測量，文丘里管對密度變化敏感性更小，有望在不同管徑和相態(tài)的co2測量中大規(guī)模使用。然而，基于單一傳感原理的測量技術(shù)測量范圍有限，且難以實現(xiàn)所有參數(shù)的精確測量，不同傳感測量數(shù)據(jù)與流量、相含率等參數(shù)相互耦合嚴重，為氣液兩相co2流量準確測量帶來嚴峻挑戰(zhàn)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)的目的是提供一種基于差壓電容傳感和數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的兩相流量測量方法，實現(xiàn)動態(tài)ccus中管輸氣液兩相co2流量的準確測量。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了如下方案：
3、一種基于差壓電容傳感和數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的兩相流量測量方法，包括：
4、對標準文丘里管進行喉部延長設(shè)計，得到長喉頸文丘里管；
5、將多層電容傳感器陣列嵌入所述長喉頸文丘里管中；
6、在所述長喉頸文丘里管上安裝各類變送器，并利用多通道數(shù)據(jù)采集模塊同步獲取各類所述變送器的差壓、溫度及壓力數(shù)據(jù)；
7、為多層電容傳感器陣列配置電容傳感器陣列激勵-測量模塊，以同步獲取電容陣列數(shù)據(jù)；
8、開發(fā)基于數(shù)據(jù)-知識驅(qū)動的氣液兩相流量計算模型，并將氣液兩相流量計算模型封裝在氣液兩相流流量計算模塊中；
9、將所述電容陣列數(shù)據(jù)、所述差壓、溫度及壓力數(shù)據(jù)輸入到所述氣液兩相流流量計算模塊，并利用在現(xiàn)場工況條件下采集的實測數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場學習，以實現(xiàn)氣液兩相流流量在線實時解算。
10、優(yōu)選地，所述長喉頸文丘里管內(nèi)置有收縮段、擴展喉部段以及擴張段，收縮段位于長喉頸文丘里管的入口處，擴張段位于長喉頸文丘里管的出口處，擴展喉部段用于連接所述收縮段和所述擴張段；所述收縮段和擴展段為管徑漸變結(jié)構(gòu)；所述擴展喉部段為直管結(jié)構(gòu)；所述擴展喉部段的長度大于管徑的10倍；所述收縮段、所述擴展喉部段與所述擴張段的兩端均分別設(shè)置取壓孔和取溫孔；所述取壓孔和所述取溫孔與各個所述變送器連接；各個所述變送器與所述多通道數(shù)據(jù)采集模塊連接。
11、優(yōu)選地，將多層電容傳感器陣列嵌入所述長喉頸文丘里管中，包括：
12、在長喉頸文丘里管的收縮段、擴展喉部段與擴張段分別安裝電容傳感器陣列；所述電容傳感器陣列包括多層電容傳感器；收縮段和擴張段的電容傳感器采用梯形設(shè)計，擴展喉部段的電容傳感器采用矩形設(shè)計；針對電容傳感器陣列，每層電容傳感器的數(shù)量為6、8、12或16，多個電容傳感器均勻分布在不同段的管壁上，相鄰電容傳感器之間保持一定間隔，每層電容傳感器的兩端安裝預設(shè)寬度的屏蔽環(huán)。
13、優(yōu)選地，所述變送器包括：差壓變送器、溫度變送器及壓力變送器；所述差壓變送器與所述壓力變送器共用同一個所述取壓孔。
14、優(yōu)選地，所述氣液兩相流量計算模型包括流型識別網(wǎng)絡(luò)、相含率計算網(wǎng)絡(luò)和氣液兩相總流量計算網(wǎng)絡(luò)；所述流型識別網(wǎng)絡(luò)用于對預設(shè)的多傳感測量數(shù)據(jù)進行時域特征提取，得到時域特征參數(shù)，并根據(jù)所述時域特征參數(shù)將多傳感測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成時域特征矩陣，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)cnn-1構(gòu)建時域特征矩陣與多種流型之間的分類模型，以實現(xiàn)氣液兩相流流型準確識別；所述時域特征參數(shù)分別為平均值、標準差、方差、均方根、峰值、方根幅值、峰值因子、波形因子、脈沖因子、裕度因子、偏度和峰度；所述多傳感測量數(shù)據(jù)包括電容陣列數(shù)據(jù)、差壓、溫度及壓力數(shù)據(jù)；所述相含率計算網(wǎng)絡(luò)包含卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)cnn-2和全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)dnn-1；其中，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)cnn-2的輸出作為全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)dnn-1的部分輸入；所述卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)cnn-2用于實現(xiàn)電容陣列數(shù)據(jù)到截面含氣率的有效映射，所述卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)cnn-2的輸入數(shù)據(jù)為對電容陣列數(shù)據(jù)進行歸一化后的電容矩陣特征值序列，利用扁平化層將所述電容矩陣特征值序列作為全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)dnn-1的部分輸入；所述全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)dnn-1用于將所述多傳感測量數(shù)據(jù)中與相含率相關(guān)的輸入?yún)?shù)映射到質(zhì)量含氣率，所述全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)dnn-1的輸入數(shù)據(jù)為氣液密度比、動力粘度比、多差壓波動系數(shù)、多差壓比值以及卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)cnn-2的輸出數(shù)據(jù)，其中，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)cnn-2的輸出數(shù)據(jù)、氣液密度比和動力粘度比為利用電容陣列數(shù)據(jù)擬合質(zhì)量含氣率的輸入?yún)?shù)，多差壓波動系數(shù)及多差壓比值為利用多差壓數(shù)據(jù)擬合質(zhì)量含氣率的輸入?yún)?shù)。
15、優(yōu)選地，所述氣液兩相總流量計算網(wǎng)絡(luò)的計算公式為：其中，wtp表示氣液兩相流總質(zhì)量流量；ε表示熱膨脹系數(shù)；c表示流出系數(shù)；at表示長喉頸文丘里管的擴展喉部段的截面積；ρg和ρl分別表示氣相和液相流體密度；δpcon表示氣液兩相流體流過長喉頸文丘里管收縮段產(chǎn)生的差壓；x表示質(zhì)量含氣率；β為長喉頸文丘里管的入口段與喉部的直徑比；φg和φl分別表示氣相和液相虛高修正系數(shù)。采用全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)dnn-2來構(gòu)建長喉頸文丘里管多差壓數(shù)據(jù)到氣相或液相虛高的非線性映射模型，該模型的輸入?yún)?shù)分別為多差壓比值、氣液密度比、l-m參數(shù)和質(zhì)量含氣率。當氣相或液相虛高獲得后，結(jié)合獲得的質(zhì)量含氣率，便可根據(jù)上述公式解算出氣液兩相流的總流量。
16、根據(jù)本專利技術(shù)提供的具體實施例，本專利技術(shù)公開了以下技術(shù)效果：
17、本專利技術(shù)提供了一種基于差壓電容傳感和數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的兩相流量測量方法，包括：對標準文丘里管進行喉部延長設(shè)計，得到長喉頸文丘里管；將多層電容傳感器陣列嵌入所述長喉頸文丘里管中；在所述長喉頸文丘里管上安裝各類變送器，并利用多通道數(shù)據(jù)采集模塊同步獲取各類所述變送器的差壓、溫度及壓力數(shù)據(jù)；為多層電容傳感器陣列配置電容傳感器陣列激勵-測量模塊，以同步獲取電容陣列數(shù)據(jù)；開發(fā)基于數(shù)據(jù)-知識驅(qū)動的氣液兩相流量計算模型，并將氣液兩相流量計算模型封裝在氣液兩相流流量計算模塊中；將所述電容陣列數(shù)據(jù)、所述差壓、溫度及壓力數(shù)據(jù)輸入到所述氣液兩相流流量計算模塊，并利用在現(xiàn)場工況條件下采集的實測數(shù)本文檔來自技高網(wǎng)
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【技術(shù)保護點】
1.一種基于差壓電容傳感和數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的兩相流量測量方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于差壓電容傳感和數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的兩相流量測量方法，其特征在于，所述長喉頸文丘里管內(nèi)置有收縮段、擴展喉部段以及擴張段，收縮段位于長喉頸文丘里管的入口處，擴張段位于長喉頸文丘里管的出口處，擴展喉部段用于連接所述收縮段和所述擴張段；所述收縮段和擴展段為管徑漸變結(jié)構(gòu)；所述擴展喉部段為直管結(jié)構(gòu)；所述擴展喉部段的長度大于管徑的10倍；所述收縮段、所述擴展喉部段與所述擴張段的兩端均分別設(shè)置取壓孔和取溫孔；所述取壓孔和所述取溫孔與各個所述變送器連接；各個所述變送器與所述多通道數(shù)據(jù)采集模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于差壓電容傳感和數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的兩相流量測量方法，其特征在于，將多層電容傳感器陣列嵌入所述長喉頸文丘里管中，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于差壓電容傳感和數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的兩相流量測量方法，其特征在于，所述變送器包括：差壓變送器、溫度變送器及壓力變送器；所述差壓變送器與所述壓力變送器共用同一個所述取壓孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于差壓電容傳感和數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的兩相流量測量方法，其特征在于，所述氣液兩相流量計算模型包括流型識別網(wǎng)絡(luò)、相含率計算網(wǎng)絡(luò)和氣液兩相總流量計算網(wǎng)絡(luò)；所述流型識別網(wǎng)絡(luò)用于對預設(shè)的多傳感測量數(shù)據(jù)進行時域特征提取，得到時域特征參數(shù)，并根據(jù)所述時域特征參數(shù)將多傳感測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成時域特征矩陣，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN-1構(gòu)建時域特征矩陣與多種流型之間的分類模型，以實現(xiàn)氣液兩相流流型準確識別；所述時域特征參數(shù)分別為平均值、標準差、方差、均方根、峰值、方根幅值、峰值因子、波形因子、脈沖因子、裕度因子、偏度和峰度；所述多傳感測量數(shù)據(jù)包括電容陣列數(shù)據(jù)、差壓、溫度及壓力數(shù)據(jù)；所述相含率計算網(wǎng)絡(luò)包含卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN-2和全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)DNN-1；其中，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN-2的輸出作為全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)DNN-1的部分輸入；所述卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN-2用于實現(xiàn)電容陣列數(shù)據(jù)到截面含氣率的有效映射，所述卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN-2的輸入數(shù)據(jù)為對電容陣列數(shù)據(jù)進行歸一化后的電容矩陣特征值序列，利用扁平化層將所述電容矩陣特征值序列作為全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)DNN-1的部分輸入；所述全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)DNN-1用于將所述多傳感測量數(shù)據(jù)中與相含率相關(guān)的輸入?yún)?shù)映射到質(zhì)量含氣率，所述全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)DNN-1的輸入數(shù)據(jù)為氣液密度比、動力粘度比、多差壓波動系數(shù)、多差壓比值以及卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN-2的輸出數(shù)據(jù)，其中，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN-2的輸出數(shù)據(jù)、氣液密度比和動力粘度比為利用電容陣列數(shù)據(jù)擬合質(zhì)量含氣率的輸入?yún)?shù)，多差壓波動系數(shù)及多差壓比值為利用多差壓數(shù)據(jù)擬合質(zhì)量含氣率的輸入?yún)?shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于差壓電容傳感和數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的兩相流量測量方法，其特征在于，所述氣液兩相總流量計算網(wǎng)絡(luò)的計算公式為：其中，Wtp表示氣液兩相流總質(zhì)量流量；ε表示熱膨脹系數(shù)；C表示流出系數(shù)；AT表示長喉頸文丘里管的擴展喉部段的截面積；
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于差壓電容傳感和數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的兩相流量測量方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于差壓電容傳感和數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的兩相流量測量方法，其特征在于，所述長喉頸文丘里管內(nèi)置有收縮段、擴展喉部段以及擴張段，收縮段位于長喉頸文丘里管的入口處，擴張段位于長喉頸文丘里管的出口處，擴展喉部段用于連接所述收縮段和所述擴張段；所述收縮段和擴展段為管徑漸變結(jié)構(gòu)；所述擴展喉部段為直管結(jié)構(gòu)；所述擴展喉部段的長度大于管徑的10倍；所述收縮段、所述擴展喉部段與所述擴張段的兩端均分別設(shè)置取壓孔和取溫孔；所述取壓孔和所述取溫孔與各個所述變送器連接；各個所述變送器與所述多通道數(shù)據(jù)采集模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于差壓電容傳感和數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的兩相流量測量方法，其特征在于，將多層電容傳感器陣列嵌入所述長喉頸文丘里管中，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于差壓電容傳感和數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的兩相流量測量方法，其特征在于，所述變送器包括：差壓變送器、溫度變送器及壓力變送器；所述差壓變送器與所述壓力變送器共用同一個所述取壓孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于差壓電容傳感和數(shù)據(jù)知識驅(qū)動的兩相流量測量方法，其特征在于，所述氣液兩相流量計算模型包括流型識別網(wǎng)絡(luò)、相含率計算網(wǎng)絡(luò)和氣液兩相總流量計算網(wǎng)絡(luò)；所述流型識別網(wǎng)絡(luò)用于對預設(shè)的多傳感測量數(shù)據(jù)進行時域特征提取，得到時域特征參數(shù)，并根據(jù)所述時域特征參數(shù)將多傳感測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成時域特征矩陣，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)c...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：索鵬，閆勇，徐立軍，孫江濤，陸方皞，
申請(專利權(quán))人：杭州市北京航空航天大學國際創(chuàng)新研究院北京航空航天大學國際創(chuàng)新學院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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