CN103983314B - 一种气体流量测量装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种气体流量测量装置及控制方法，属于流量检测设备及控制方法技术领域，用于对气体管道中的气体流量进行测量。其技术方案是：气体流量测量装置焊接连接在气体管道中安装的差压式气体流量计的高压侧和低压侧，气体流量测量装置中设置有取压主管、取压主支管、取压副支管、主三阀组、主差压测量装置、副三阀组、副差压测量装置、现场控制站以及手动球阀、电磁阀，在气体管道的气体流量发生变化时，现场控制站可以对测量装置进行切换，采用不同的差压测量装置进行气体流量测量，大大提高了测量精度，解决了工业生产中流量范围过大、且长时间工作在小流量况下，流量计量不准甚至流量计无法使用的问题，是工业气体流量测量设备和方法领域的创新。

Description

一种气体流量测量装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种气体流量测量装置及控制方法，属于流量检测设备及控制方法技术领域。

背景技术

在很多工业生产过程中需要进行气体流量测量，气体流量测量是工艺生产的重要参数之一。在实际的大口径气体流量测量过程中，90%的用户均采用差压式气体流量计。由于差压式气体流量计的量程比小，加上设计时工艺管径大多数选择过大，或给仪表专业提供的流量参数过大，或用户使用量不定，有时大有时小，流量变化范围较大，因此差压式气体流量计必须选择较大的仪表量程，这样就有可能在小流量时测量不准，而很多用户遇到的实际问题是系统投运后，气体流量测量大部分工作在小流量状态下，因此测量不准的问题更显突出。目前的解决办法是在工艺粗管道设置旁路细管道，并在粗管和细管上分别安装差压式气体流量计和切断阀，大流量测量时打开粗管道切断阀，关闭细管道切断阀，使用粗管道测量装置，小流量测量时打开细管道切断阀，关闭粗管道切断阀，使用细管道测量装置。但是此种方法对于工艺管道改动大，必须停产，在正常生产过程中不允许且没有充足检修时间改动工艺管道，并且投资较大，所以上述方式无法解决正常生产过程中大管径、流量范围变化大的差压式气体流量计测量小流量时流量不准或无法测量的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种气体流量测量装置及控制方法，这种气体流量测量装置及控制方法能够有效解决大管径、大量程、差压式气体流量计测量小流量不准确的问题，并且投资小，实施简单、迅速。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种气体流量测量装置，它包括差压式气体流量计、取压主管、取压主支管、取压副支管、主三阀组、主差压测量装置、副三阀组、副差压测量装置、现场控制站以及手动球阀、电磁阀，差压式气体流量计安装在气体管道中，两根取压主管分别与差压式气体流量计的高压侧和低压侧焊接连接，在两根取压主管上安装手动球阀，两根取压主支管的一端分别通过三通管接头与两根取压主管相连接，两根取压主支管的另一端依次连接主三阀组和主差压测量装置，两根取压副支管的一端分别通过三通管接头与两根取压主支管相连接，两根取压副支管的另一端依次连接副三阀组、副差压测量装置，在两根取压主支管和两根取压副支管上分别安装电磁阀，主差压测量装置、副差压测量装置、电磁阀与现场控制站相连接。

上述气体流量测量装置，所述手动球阀为多组，多组手动球阀分别安装在取压主管与取压主支管连接的三通管接头的两侧的取压主管上。

上述气体流量测量装置，在气体管道上还安装有压力测量装置、温度测量装置，压力测量装置、温度测量装置分别与现场控制站相连接。

上述气体流量测量装置，所述现场控制站由输入模件、输出模件、电源模件、CPU控制器件、总线底板模件组成，输入模件、输出模件、电源模件、CPU控制器件、接口模件通过总线底板模件连接并安装在总线底板模件上，现场控制站的接口模件为工业交换机、以太网模板、现场总线，操作员站为工业计算机或工业触摸屏。

一种使用上述气体流量测量装置的气体流量测量控制方法，它采用以下步骤：

1．当主差压测量装置测得瞬时流量小于最大流量的1/3时，即：

式中：---瞬时流量，Nm³/h；

---流量下行死区设定值，Nm³/h；

---被测介质的最大流量，Nm³/h；

现场控制站切断取压主支管中的电磁阀，打开取压副支管中的电磁阀，采用副差压测量装置进行流量计算； ₁ 为在操作员站上人工设定，一般取 ₁为的10%；

2. 当测得瞬时流量大于最大流量的1/3时，即

式中：---瞬时流量，Nm³/h；

---流量上行死区设定值，Nm³/h；

---被测介质的最大流量，Nm³/h；

现场控制站切断取压副支管中的电磁阀，打开取压主支管中的电磁阀，采用主差压测量装置进行流量计算； ₂ 为在操作员站上人工设定，一般取 ₂为的10%；

3．副差压测量装置量程的计算

首先主差压测量装置最大差压值由工况下差压式气体流量计计算得出；

副差压测量装置差压值上限计算公式为：

*1000

式中：---瞬时流量，Nm³/h；

---被测介质的最大流量，Nm³/h；

---副差压测量装置的差压值，Pa；

---主差压测量装置的差压值，kPa；

由于当瞬时流量或时进行流量测量管路切换，其中、为死区设定值，在计算副差压测量装置差压值时，、可设定为0，根据上述公式得：

*1000。

本发明的有益效果在于：

本发明的气体流量测量装置焊接连接在气体管道中安装的差压式气体流量计的高压侧和低压侧，气体流量测量装置中设置有取压主管、取压主支管、取压副支管、主三阀组、主差压测量装置、副三阀组、副差压测量装置、现场控制站以及手动球阀、电磁阀，在气体管道的气体流量发生变化时，现场控制站可以对测量装置进行切换，采用不同的差压测量装置进行气体流量测量，大大提高了测量精度，解决了工业生产中流量范围过大、且长时间工作在小流量况下，流量计量不准甚至流量计无法使用的问题。

本发明不用对现有的工艺管道进行改动，不但节约了改建费用，而且不会影响生产的正常进行，保证了生产的连续性。

本发明有效解决了长期困扰生产的难题，是工业气体流量测量设备和方法领域的创新，对生产控制过程起到了重要作用，具有显著的经济效益，在生产中有极大的推广使用价值。

附图说明

图1是本发明的气体流量测量装置的结构示意图。

图中标记如下：气体管道1、差压式气体流量计2、取压主管3、手动球阀4、三通管接头5、取压主支管6、电磁阀7、主三阀组8、主差压测量装置9、取压副支管10、副三阀组11、副差压测量装置12、压力测量装置13、温度测量装置14、现场控制站15、操作员站16。

具体实施方式

本发明的气体流量测量装置由差压式气体流量计2、取压主管3、取压主支管6、取压副支管10、主三阀组8、主差压测量装置9、副三阀组11、副差压测量装置12、压力测量装置13、温度测量装置14、现场控制站15、操作员站16以及手动球阀4、电磁阀7组成。

图中显示，差压式气体流量计2安装在气体管道1中，两根取压主管3分别与差压式气体流量计2的高压侧和低压侧焊接连接，在两根取压主管3上分别通过三通管接头5与两根取压主支管6的一端相连接，三组手动球阀4分别安装在取压主管3与取压主支管6连接的三通管接头5的两侧的取压主管3上。三组手动球阀4由6个内螺纹球阀组成，以便于后端设备安装与维护。

图中显示，两根取压主支管6的另一端依次连接主三阀组8和主差压测量装置9，在两根取压主支管6上安装电磁阀7，主差压测量装置9、电磁阀7与现场控制站15相连接。电磁阀7用于控制主差压测量装置9的投用与否，主三阀组8用于对主差压测量装置9维修和调校的操作之用，主差压测量装置9为差压变送器，取压主支管6回路用于检测气体管道1流量较大时的气体流量。

图中显示，两根取压副支管10的一端分别通过三通管接头5与两根取压主支管6相连接，两根取压副支管10的另一端依次连接副三阀组11、副差压测量装置12，在两根取取压副支管10上安装电磁阀7，副差压测量装置12、电磁阀7与现场控制站15相连接。电磁阀7用于控制副差压测量装置12的投用与否，副三阀组11用于对副差压测量装置12维修和调校的操作之用，副差压测量装置12为微差压变送器，取压副支管10回路用于检测气体管道1流量较小时的气体流量。

图中显示，在气体管道1上还安装有压力测量装置13、温度测量装置14，压力测量装置13、温度测量装置14分别与现场控制站15相连接。用于对气体流量测量时的温压补偿。压力测量装置13为压力变送器，温度测量装置14为Pt100热电阻。

现场控制站15由输入模件、输出模件、电源模件、CPU控制器件、总线底板模件组成，输入模件、输出模件、电源模件、CPU控制器件、接口模件通过总线底板模件连接并安装在总线底板模件上，现场控制站15的接口模件为工业交换机、以太网模板、现场总线，操作员站16为工业计算机或工业触摸屏，现场控制站15的接口模件与操作员站16连接。

使用上述气体流量测量装置的气体流量测量控制方法，它采用以下步骤：

1．当主差压测量装置10测得瞬时流量小于最大流量的1/3时，即：

式中：---瞬时流量，Nm³/h；

---流量下行死区设定值，Nm³/h；

---被测介质的最大流量，Nm³/h。

现场控制站15切断取压主支管6中的电磁阀7，打开取压副支管10中的电磁阀7，采用副差压测量装置12进行流量计算。为保证测量切换的稳定性，避免在瞬时流量处于临界值时，即测量导压管路频繁切换的情况，故设置死区设定值 ₁。在切换的瞬间，为保持数据的稳定性，现场控制站15保持切换前的数值3s。 ₁ 为在操作员站16上人工设定，一般取 ₁为的10%。

2. 当主差压测量装置9测得瞬时流量大于最大流量的1/3时，即

式中：---瞬时流量，Nm³/h；

---流量上行死区设定值，Nm³/h；

---被测介质的最大流量，Nm³/h。

现场控制站15切断取压副支管10中的电磁阀7，打开取压主支管6中的电磁阀7，采用主差压测量装置9进行流量计算。为保证测量切换的稳定性，避免在瞬时流量处于临界值时，即测量导压管路频繁切换的情况，故设置死区设定值 ₂。在切换的瞬间，为保持数据的稳定性，现场控制站15保持切换前的数值3s。 ₂ 为在操作员站16上人工设定，一般取 ₂为的10%。

3．副差压测量装置12量程的计算

首先主差压测量装置9最大差压值由工况下差压式气体流量计2计算得出。

副差压测量装置12差压值上限计算见公式：

*1000

式中：---瞬时流量，Nm³/h；

---被测介质的最大流量，Nm³/h；

---副差压测量装置12的差压值，Pa；

---主差压测量装置9的差压值，KPa。

由于当瞬时流量或时进行流量测量管路切换，其中、为死区设定值，在计算副差压测量装置12差压值时，、可设定为0，所以根据上述公式得：

*1000。

可以根据上述公式计算的差压值来对副差压测量装置12进行选型工作。

以上的数据在操作员站16上进行监视操作。

本发明的一种气体流量测量装置的实施例的各个部件如下：

气体管道1的规格为焊接钢管φ2020*10和焊接钢管φ2620*10（2根管道）；

差压式气体流量计2为节流装置，型号为LGH；

取压主管3的规格为焊接钢管DN20；

手动球阀4的型号为Q11F-16型，PN1.6MPa，DN20；

取压主管3安装的三通管接头5的型号为YZG5-10-22；

取压主支管6的规格为焊接钢管DN15；

取压主支管6安装的三通管接头5的型号为YZG5-10-18；

取压主支管6安装的电磁阀7的型号为224322-446，DN15，ASCO 238系列电磁阀；

主三阀组8为主差压测量装置9附带；

主差压测量装置9的型号为EJA110A型差压变送器；

取压副支管10的规格为焊接钢管DN15；

取压副支管10安装的电磁阀7的型号为224322-446，DN15，ASCO 238系列电磁阀；

副三阀组11为副差压测量装置12附带；

副差压测量装置12的型号为EJA120A型微差压变送器；

压力测量装置13的型号为EJA530A型压力变送器，附带压力表接头和压力表球阀；

温度测量装置14的型号为WZP-240型热电阻，附带M27*2的直型连接头；

现场控制站15的构成器件如下：

输入模件的型号为6ES7 331-7KF02-0AB0和6ES7 321-1BL00-0AA0；输出模件的型号为6ES7 322-1BL00-0AA0；电源模件的型号为6ES7 307-1KA01-0AA0；CPU控制器件的型号为6ES7 315-2AH14-0AB0；接口模件的型号为Moxa EDS-G205、6ES7 343-1EX30-0XE0和6ES7153-1AA03-0XB0；总线底板模件的型号为6ES7390-1GF30-0AA0；

操作员站16的型号为研华IPC-610H型。

气体流量测量实例1：

某现场差压式气体流量计2为节流装置(角接取压孔板)，材质为Q235，测量介质为混合煤气，气体管道1材质为Q235，最大流量120000Nm³/h，常用流量为80000 Nm³/h，工作压力3kPa，管道内径为2000mm，根据差压式气体流量计2计算，主差压测量装置9的差压变送器最大差压为4000Pa，即量程为4kPa，常用差压为1.778kPa。但是气体管道1的工作流量大部分时间为20000～30000 Nm³/h，此时最大差压仅为250Pa，所以如果使用主差压测量装置9（量程为4kPa）测量250Pa的差压值，量程比为16:1，主差压测量装置9所测量得到的流量值将是不准确的，误差很大。

采用本发明的控制方法，主差压测量装置9测得瞬时流量=30000Nm³/h，被测介质的最大流量=120000Nm³/h，流量下行死区设定值：==*10%=≈1333Nm³/h，满足公式：，按本发明的控制方法步骤1工作，现场控制站15切断取压主支管6的电磁阀7，打开取压副支管10的电磁阀7，采用副差压测量装置12进行流量测量。

副差压测量装置12量程按本发明的控制方法步骤3进行计算：

首先主差压测量装置9最大差压值=4kPa，由工况下差压式气体流量计2计算得出。按切换条件，，副差压测量装置12差压值上限：

≈450Pa

当大部分瞬时流量=30000Nm³/h时，副差压测量装置12的工作差压：==250Pa

工作在副差压测量装置12的50%以上，测量精度较高。

当主差压测量装置9测得瞬时流量大于最大流量的1/3时，即：

=40000+1333=41333 Nm³/h时，

按本发明的控制方法步骤2进行工作，现场控制站15切断取压副支管10的电磁阀7，打开取压主支管6的电磁阀7，采用主差压测量装置9进行流量测量。

气体流量测量实例2：

某现场差压式气体流量计2为节流装置(角接取压孔板)，材质为Q235，测量介质为混合煤气，气体管道1材质为Q235，最大流量150000Nm³/h，常用流量为100000 Nm³/h，工作压力3kPa，管道内径为2600mm，根据差压式气体流量计2计算主差压测量装置10的差压变送器最大差压为1600Pa，即量程为1.6kPa，常用差压为0.771kPa。但是现场实际工作的瞬时流量大部分时间为40000m³/h，常用差压仅为114Pa，所以如果仍然使用原使用量程为1.6kPa的主差压测量装置9，量程比为15:1，变送器所测量得到的流量值将是不准确的。

采用本发明的控制方法，主差压测量装置9测得瞬时流量=40000Nm³/h，被测介质的最大流量=150000Nm³/h，流量下行死区设定值：==*10%=≈1667Nm³/h，满足公式：，按本发明的控制方法步骤1工作，现场控制站15切断取压主支管6的电磁阀7，打开取压副支管10的电磁阀7，采用副差压测量装置12进行流量测量。

副差压测量装置12量程按本发明的控制方法步骤3进行计算：

首先主差压测量装置9最大差压值=1.6kPa，由工况下差压式气体流量计2计算得出。按切换条件，，副差压测量装置12差压值上限：

≈180Pa

当大部分瞬时流量=40000Nm³/h时，副差压测量装置12的工作差压：==114Pa

工作在副差压测量装置12的60%以上，测量精度较高。

当主差压测量装置9测得瞬时流量大于最大流量的1/3时，即：

=50000+1667=51667 Nm³/h时，

按本发明的控制方法步骤2进行工作，现场控制站15切断取压副支管10的电磁阀7，打开取压主支管6的电磁阀7，采用主差压测量装置9进行流量测量。

以上的数据在操作员站16上进行监视操作。

Claims (4)

1.一种气体流量测量控制方法，所使用的气体流量测量装置包括差压式气体流量计、取压主管、取压主支管、取压副支管、主三阀组、主差压测量装置、副三阀组、副差压测量装置、现场控制站以及手动球阀、电磁阀，差压式气体流量计安装在气体管道中，两根取压主管分别与差压式气体流量计的高压侧和低压侧焊接连接，在两根取压主管上安装手动球阀，两根取压主支管的一端分别通过三通管接头与两根取压主管相连接，两根取压主支管的另一端依次连接主三阀组和主差压测量装置，两根取压副支管的一端分别通过三通管接头与两根取压主支管相连接，两根取压副支管的另一端依次连接副三阀组、副差压测量装置，在两根取压主支管和两根取压副支管上分别安装电磁阀，主差压测量装置、副差压测量装置、电磁阀与现场控制站相连接，其特征在于，它采用以下步骤：

a.当主差压测量装置测得瞬时流量小于最大流量的1/3时，即：

$Q<\frac{1}{3}{Q}_{MAX}-{\mathrm{\&epsiv;}}_1$

式中：Q---瞬时流量，Nm³/h；

ε₁---流量下行死区设定值，Nm³/h；

Q_MAX---被测介质的最大流量，Nm³/h；

现场控制站切断取压主支管中的电磁阀，打开取压副支管中的电磁阀，采用副差压测量装置进行流量计算；ε₁为在操作员站上人工设定，一般取ε₁为的10％；

b.当测得瞬时流量大于最大流量的1/3时，即

$Q>\frac{1}{3}{Q}_{MAX}+{\mathrm{\&epsiv;}}_2$

式中：Q---瞬时流量，Nm³/h；

ε₂---流量上行死区设定值，Nm³/h；

Q_MAX---被测介质的最大流量，Nm³/h；

现场控制站切断取压副支管中的电磁阀，打开取压主支管中的电磁阀，采用主差压测量装置进行流量计算；ε₂为在操作员站上人工设定，一般取ε₂为的10％；

c.副差压测量装置量程的计算

首先主差压测量装置最大差压值ΔP_MAX由工况下差压式气体流量计计算得出；

副差压测量装置差压值上限计算公式为：

$\mathrm{\&Delta;}P={\left(\frac{Q}{Q_{MAX}}\right)}^2{\mathrm{\&Delta;P}}_{MAX}*1000$

式中：Q---瞬时流量，Nm³/h；

Q_MAX---被测介质的最大流量，Nm³/h；

ΔP---副差压测量装置的差压值，Pa；

ΔP_MAX---主差压测量装置的差压值，kPa；

由于当瞬时流量或时进行流量测量管路切换，其中ε₁、ε₂为死区设定值，在计算副差压测量装置差压值时，ε₁、ε₂可设定为0，根据上述公式得：

2.根据权利要求1所述的气体流量测量控制方法，其特征在于，所述手动球阀为多组，多组手动球阀分别安装在取压主管与取压主支管连接的三通管接头的两侧的取压主管上。

3.根据权利要求2所述的气体流量测量控制方法，其特征在于：在气体管道上还安装有压力测量装置、温度测量装置，压力测量装置、温度测量装置分别与现场控制站相连接。

4.根据权利要求3所述的气体流量测量控制方法，其特征在于：所述现场控制站由输入模件、输出模件、电源模件、CPU控制器件、总线底板模件组成，输入模件、输出模件、电源模件、CPU控制器件、接口模件通过总线底板模件连接并安装在总线底板模件上，现场控制站的接口模件为工业交换机、以太网模板、现场总线，操作员站为工业计算机或工业触摸屏。