國產(chǎn)ERT/ECT工業(yè)電阻/電容層析成像系統(tǒng)在多相流領(lǐng)域的應(yīng)用

層析成像技術(shù)，是通過射線掃描與反演計算，重建物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖像，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。其中，電學成像技術(shù)作為層析成像的重要分支，具備無輻射、響應(yīng)快、成本低等優(yōu)勢。它通過對被測物體施加電學激勵并檢測邊界測量值變化，反演內(nèi)部電學參數(shù)分布，實現(xiàn)非侵入式成像，為科學研究和工業(yè)生產(chǎn)提供了有力支持。

認識ECT與ERT

電容層析成像（ECT）

ECT是一種基于電磁場理論的測量技術(shù)，通過測量被測物體內(nèi)介電常數(shù)的變化來重建其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖像。在ECT系統(tǒng)中，多個電極被均勻安裝在被測管道或容器的外壁上，形成一個傳感器陣列。當被測介質(zhì)（如氣液混合物）在管道中流動時，其某一截面上介電常數(shù)分布將隨介質(zhì)分布的變化而變化，會引起邊界測量電容值的變化。通過測量電容值的變化，結(jié)合相應(yīng)的圖像重建算法，即可得到介質(zhì)在管道內(nèi)的分布圖像。

電阻層析成像（ERT）

ERT則是基于電阻檢測原理的成像技術(shù)。它通過在被測物體表面安裝電極，并施加電流激勵，然后測量邊界電壓來反演物體內(nèi)部的電阻分布情況。ERT系統(tǒng)能夠迅速測量并實時顯示管道或容器內(nèi)橫截面上的電阻（或?qū)щ娐剩┓植?，以層析圖像的形式展現(xiàn)不同電導率介質(zhì)的分布狀況。由于多相系統(tǒng)中不同介質(zhì)的電導率不同，ERT可以進一步計算并顯示相含率參數(shù)。

相較于其他類型的層析成像設(shè)備，ECT和ERT，具有以下幾個顯著的優(yōu)勢：

1. 非侵入性和無輻射性

ECT和ERT技術(shù)分別通過在管道外部和內(nèi)部邊界布置電極陣列來測量流體內(nèi)部的電學參數(shù)變化，不侵入流體內(nèi)部，因此不會對流場產(chǎn)生干擾，也不會破壞被測物體的結(jié)構(gòu)。與X射線、CT等基于輻射的成像技術(shù)不同，ECT和ERT技術(shù)不產(chǎn)生任何輻射，對操作人員和被測物體都是安全的。

2. 實時性和動態(tài)監(jiān)測

ECT和ERT系統(tǒng)能夠連續(xù)、快速地獲取邊界測量數(shù)據(jù)，并通過圖像重建算法反演流動介質(zhì)的截面分布圖像。這使得工程師能夠?qū)崟r監(jiān)測流體狀態(tài)的變化，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的措施。由于具有實時性，ECT和ERT技術(shù)能夠捕捉到流體狀態(tài)的動態(tài)變化過程，如氣泡的生成、運動、合并和破裂等。

3. 適用范圍廣

ECT和ERT技術(shù)特別適用于多相流流動過程的檢測，如油氣水三相流、氣液兩相流等。它們能夠快速檢測流體中不同相的分布和流動狀態(tài)；其中ECT適用于連續(xù)相非導電的多相流動過程，ERT適用于連續(xù)相導電的多相流動過程。

4. 數(shù)據(jù)處理靈活

ECT和ERT系統(tǒng)可配備多種圖像重建算法，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景和需求進行選擇和優(yōu)化，以獲得更準確的成像結(jié)果。ECT和ERT技術(shù)還可以與其他類型的成像技術(shù)（如光學成像、聲學成像等）進行融合，形成多模態(tài)成像系統(tǒng)，獲取更全面的流體信息，提高成像的準確性和可靠性。

在多相流領(lǐng)域有哪些應(yīng)用？

ECT和ERT技術(shù)在石油、化工、冶金等多個行業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用實例，它們?yōu)楣I(yè)過程的監(jiān)測、控制和優(yōu)化提供了重要的技術(shù)支持。在多相流測試領(lǐng)域，尤其是在需要實時監(jiān)測流體內(nèi)部參數(shù)分布的工業(yè)過程中，具備良好的應(yīng)用。

1. 管道輸送監(jiān)測

在石油、化工、冶金等行業(yè)中，管道輸送是常見的流體傳輸方式。ECT和ERT技術(shù)都可以用于監(jiān)測管道內(nèi)多相流的流動狀況，如氣液兩相流、液固兩相流等。通過測量管道周圍或內(nèi)部的電學參數(shù)變化，可以實時獲取流體中不同相的分布情況、流動穩(wěn)定性等信息，為管道的安全運行和流程優(yōu)化提供重要數(shù)據(jù)支持。

2. 反應(yīng)器內(nèi)部監(jiān)測

在化工生產(chǎn)過程中，反應(yīng)器是發(fā)生化學反應(yīng)的核心設(shè)備。ECT和ERT技術(shù)可用于監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)部多相流的混合狀態(tài)、反應(yīng)物的分布以及反應(yīng)進度的變化。通過實時監(jiān)測流體中不同相的電學參數(shù)變化，可以了解反應(yīng)器的混合效率、反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率以及產(chǎn)物的生成情況，為優(yōu)化反應(yīng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率提供有力支持。

3. 流體參數(shù)測量

ECT和ERT技術(shù)都可以用于測量流體中不同相的物理參數(shù)，如介電常數(shù)、電導率等。這些參數(shù)對于理解流體的性質(zhì)、行為和相互作用具有重要意義。通過測量這些參數(shù)的變化，可以進一步揭示流體內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和動態(tài)過程，為流體力學、多相流體力學以及化學工程等領(lǐng)域的研究提供重要實驗數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

4. 故障診斷與預(yù)防

在工業(yè)生產(chǎn)中，多相流系統(tǒng)的故障往往會導致生產(chǎn)中斷、設(shè)備損壞甚至安全事故的發(fā)生。ECT和ERT技術(shù)可以通過實時監(jiān)測流體內(nèi)部參數(shù)的變化來發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患并及時采取預(yù)防措施。例如，在管道輸送過程中，如果發(fā)現(xiàn)流體中某相的濃度或流速異常變化，可以立即進行檢查和維修以避免更嚴重的后果發(fā)生。

國產(chǎn)自研-ERT/ECT工業(yè)電阻/電容層析成像系統(tǒng)

應(yīng)用于多相流過程可視化與測試，在石油、化工、冶金、能源等領(lǐng)域的各種氣液混合器和分離器；各種熱交換設(shè)備、精餾塔、化學反應(yīng)設(shè)備和核反應(yīng)堆冷卻等過程。

1.基于CPCI工業(yè)總線標準，系統(tǒng)主板為6U板卡，可與現(xiàn)有工業(yè)級測試總線系統(tǒng)靈活兼容。

2.采用數(shù)字化設(shè)計，集成基于DDS技術(shù)的信號輸出模塊、數(shù)字正交解調(diào)模塊、具有高速、高精度、高穩(wěn)定性的優(yōu)點。

3.采用模塊化設(shè)計，ERT與ECT分別實現(xiàn)，可自由組合成ERT、ECT單模態(tài)或ERT/ECT雙模態(tài)。

4.非侵入式測量，僅需在原有管段基礎(chǔ)上連接傳感器管段即可完成測量，不影響被測物場內(nèi)的介質(zhì)分布和運動狀態(tài)。

5.硬件采集速率：ERT板卡（支持雙截面16電極）典型400幀/秒（最高1200幀/秒）；ECT板卡1200幀/秒（單截面8電極）、700幀/秒（單截面12電極）、600幀/截面/秒（雙截面各8電極）、280幀/秒（單截面16電極），在線成像顯示速率25幀/秒。

6.專用數(shù)據(jù)采集及成像軟件，可實現(xiàn)圖像實時顯示，自定義成像參數(shù)，流動過程可實現(xiàn)回放：可導出原始測試數(shù)據(jù)，離線處理方式靈活。

審核編輯 黃宇