浅谈软测量技术实现多相流计量

张永川　　雍清绪（永清中石油昆仑燃气有限公司，河北　　廊坊　065600）

浅谈软测量技术实现多相流计量

张永川雍清绪
（永清中石油昆仑燃气有限公司，河北廊坊065600）

摘要：多相流计量技术在国民经济中涉及范围广泛，是关乎石油行业、制药行业、化学工业发展的关键技术。多相流技术能够实现不用相分离而同时对其各成分进行测量，测量具有工艺简单、实时、连续、一次投资、维护费用低等特点。对于简化流程、降低成本具有重要意义。而软测量技术是通过测量容易测量的过程变量，然后根据测得的过程变量与无法直接测量的待测变量之间的各种复杂数学关系，利用数学公式的推导、经验估算法的估计来保证对于待测变量的测量。其具有准确性强、简单灵活、实用性强、计量成本低等方面的优势。软测量技术为多相流这一非线性的复杂的难以计量的系统提供了一个准确计量新思路，从而受到了社会及行业的广泛关注。特别是近年来，国内外对软测量技术进行了大量的研究，是未来计量研究领域的主要方向，具有广阔的应用前景。

关键词：多相流；计量；软测量

一、　多相流

（一）多相流简介

多相流中的“相”，在物理学中是指一个宏观物理系统所具有的一组状态，在化学中是根据系统中物质存在的形态和分布不同，将系统分为相。相是指在没有外力作用下，物理、化学性质完全相同、成分相同的均匀物质的聚集态。而多相流常见于各种形态的两相流。（1）气-固两相流，如气流输送（喷吹）粉料，含尘埃的大气流动等；（2）气-液两相流，如：泄水建筑中的掺气水流等；（3）液-固两相流，如天然河道中的含沙水流等。由于多相流中的各相间有相对速度，流动的同时各相之间是随时变化的，导致了多相流的流动特性、特征参数及计量要比单相流复杂。

（二）多相流存在的特点

多相流的流型复杂多变，相与相之间相互作用强，相界面之间存在界面扰动。由此造成多相流存在参数多、流型复杂多样、各相间存在相对流动、影响流动因素多、各相间存在传热和传质及化学反应等特点。因此，我们可以把多相流认为是存在变动分界面的多种独立物质系统组成的物体的流动。

（三）难于计量多相流的原因

多相流计量难度很大主要有以下几个原因：（1）多相流中含有多种不相溶混的相且个向组分之间是不均匀混合的，他们各自具有一组流动变量。即使两相流，也可划分为气液、气固、液液、液固四种，描述多相流的参数要比单相流的参数多。（2）多相流中各相的体积百分数以及分散相的颗粒大小变化范围宽，各组分之间存在相互作用，引起流动性质及流动结构变化大。（3）多相流中有多种流动形式，流型的不同及各相间相对速度不同也会引起流动状况的很大改变。例如气固流化床中气流速度对流动结构影响很大。（4）多相流中各相的物理性质及相与相之间界面的表面现象都是影响多相流的重要因素及各相的性质、含量及流动参数决定了流动形态，不同的流型可用不同的方法来处理。

二、通过现代技术手段和信号处理技术相结合的方法实现多相流计量

（一）通过软测量技术实现多相流计量

软测量是一种利用较容易在线测量的的过程变量（称为辅助变量）和离线分析信息去估计不可测或难以直接测量的待测变量（称为主导变量）的方法。软测量一般情况下是在成熟的硬件传感器基础上，以计算机技术为支撑平台，通过应用数学模型运算处理而完成的。因此，也可把实现软测量功能的实体看成是一种软仪表，它可利用多种易测变量传感器信息和先验分析信息，通过软测量模型计算处理得到所需检测的难测或不可测参数的信息。通过软测量技术实现多相流的计量主要包括以下四个步骤：（1）选取辅助变量：正确选取辅助变量是能够准确、简洁计算各相流量的基本；（2）处理辅助变量的相关数据：数据的处理直接决定了流量计算的准确性；（3）建立软测量模型：基于多种模型的存在，正确选择软测量模型才能保证简单、快捷、准确的计量；（4）软测量模型的在线校正。

（二）实现多相流计量的软测量建模方法

目前，在多相流检测领域存在多种软测量建模的方法，其常用的方法主要有以下几种：（1）基于工艺机理分析的软测量建模；（2）基于回归分析的软测量建模；（3）基于人工神经网络的软测量建模；（4）基于模式识别的软测量建模；（5）基于模糊数学的软测量建模；（6）基于支持向量机（SupportVector Machines，SvMs）的方法；（7）基于现代非线性信息处理技术的软测量建模；（8）基于多传感器数据融合技术的测量方法；（9）基于虚拟仪器技术的测量方法。

结语

软测量计量技术为解决多相流计量这一技术难题提供了一条有效途径，近年来得到了迅速发展，国内外很多机构也积极探索研究将软测量技术完全应用于工业生产技术中，从而实现多相流计量的计量准确、稳定、适应性强、成本低。但是虽然经过多年的发展形成了一定的理论体系，也达到了一定的技术水平，但距离将软测量技术应用到实际计量中，尚有很长的路。相信随着科技的发展及多相流体力学的深入研究，将软测量的理论技术应用到实际的诸多问题终将得以克服，使软测量技术完全应用于多相流的计量领域。

参考文献

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中图分类号：TB937

文献标识码：A