CN104316115A - 一种通过管线压降测量管道流量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过管线压降测量管道流量的方法，其特征是：在被测管线上选择一段水平直管段作为测量管；在测量管两端安装压差传感器，中间位置安装压力和温度传感器，分别测量管线压降、流体的压力和温度参数；通过试验的手段获得确定该段测量管阻力系数的常数；利用传感器获得参数以及试验获得的常数根据管线压降公式得到测量管段的平均速度，平均速度乘以管道截面积和流体密度得到实际流量。本发明方法是基于流体在管道中的流动产生压降获得管道流量，其测量的速度为该段测量管的平均速度，可以有效提高对于管道流体流量测量的精确度。

Description

一种通过管线压降测量管道流量的方法

技术领域

本发明涉及一种管道流量的测量方法。

背景技术

目前，在火力发电厂，管道中空气，液态水和水蒸汽的流动特性很难准确测量，而流量的准确测量对机组的安全稳定运行又具有重要作用。在现有技术中，火力发电厂对于管道流体的流量测量主要是采用孔板流量计，但孔板流量计的节流部分会对流体的流场产生影响，是流体流动中一个较大的阻力部件，因此会带来能量的消耗，不利于节能降耗。在火力发电厂应用中发现孔板流量计测量误差较大，很难真实的反映管道中的实际流量，从而影响机组的有效控制和可靠运行。部分流量计测量管中某点的速度而不是平均速度，由于流体在管道中流速分布不均匀，从而导致测量精度降低。一些流量计，结构复杂，制造成本高，且容易受现场环境影响，比如受到粉尘、震动、潮湿和电磁场的干扰，经过较长时间的运行，流量计的稳定性、灵敏度以及准确性会发生较明显的变化，需要经常维护，增加了使用成本。此外，一些接触式测量会影响实际流体介质在管道中的流动，而且插入部件容易脏污、磨损甚至堵塞测量装置，比如在水质较差的循环水中，孔板流量计的节流部件或涡街流量计的插入部件容易被循环水中的杂质玷污，磨损或堵塞。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种通过管线压降测量管道流量的方法，基于流体在管道中的流动产生压降获得管道流量，其测量的速度为该段测量管的平均速度，提高对于管道流体流量测量的精确度。这种测量方法属于非嵌入式测量，不会干扰流场，不会引起附加的压降，节省能源，且长期运行也不会受到杂质的玷污，磨损或堵塞，维护成本低。该测量方法实施成本低，测量段结构简单，制造成本低，且能够满足不同流体介质的流量测量要求。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明通过管线压降测量管道流量的方法的特点是：

步骤一、在内径d的被测管线上选择一段长度为5d的水平直管段作为测量段，所述测量段与上游弯管的距离不小于10d，与下游弯管的距离不小5d；在所述测量段上设置压差变送器，用于获得测量段两端压差ΔP，在所述测量段的中间位置设置压力传感器和测温热电偶，用于获得测量段中的流体压力P和流体温度T；

步骤二、由式(1)计算获得管道流量Q，实现利用管线压降进行管道流量的在线监测，

$Q=\frac{{\mathrm{\ρ\πd}}^2}{4}b+2\sqrt{\frac{{2\mathrm{\ΔP\ν}}^b{d}^{c+1-b}}{a{K}^c\mathrm{lp}}}---\left(1\right)$

式(1)中，流体密度ρ和运动粘滞系数υ根据流体介质的种类、流体压力P和流体温度T查表获得；a、b和c均为常数；构建实验测试平台获得实验数据，针对实验数据利用最小二乘法拟合经验公式(2)获取常数a、b和c，

$\mathrm{\λ}=a{\mathrm{Re}}^b{\left(\frac{K}{d}\right)}^c---\left(2\right)$

式(2)中，λ为管线阻力系数，Re为雷诺数，K为根据管线材质查表可得的绝对粗糙度。

本发明通过管线压降测量管道流量的方法的特点也在于：所述常数a、b和c按如下方式获得：

建立试验平台，平台中采用水平管线布置，选择与所述测量段在管线材质、内径、厚度均一致的模拟段，所述模拟段安装在试验平台水平管线的中部位置，模拟段上游的水平管线长度不小于10d，下游水平管线长度不小于5d；

在试验平台上分别获得流体以不同的速度v_i通过模拟段时引起的管线压降ΔP_i，同时记录测量段上的流体压力P_i、流体温度T_i，以及由电磁流量计标准表获得的流体流量实测值Q_i实；

根据所述流体压力P_i和流体温度T_i以及流体介质的种类查表获得流体密度ρ_i和运动粘滞系数υ_i，分别计算获得：获得流体速度v_i，雷诺数Re_i以及管线阻力系数λ_i：

其中：i＝1、2、3、4、5；

最后，通过最小二乘法拟合经验公式(2)获取常数a、b和c。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明方法是基于流体在管道中的流动产生压降获得管道流量，其测量的速度为该段测量管的平均速度，提高对于管道流体流量测量的精确度。

2、本发明方法属于非嵌入式测量，不会干扰流场，不会引起附加的压降，节省能源，且长期运行也不会受到杂质的玷污，磨损或堵塞，维护成本低。

3、本发明方法所述测量段结构简单，制造成本低，且能够满足不同流体介质的流量测量要求，能长期运行在高温高压的环境中，不受环境中可能出现的粉尘、震动、潮湿和电磁场的干扰。

4、本发明方法利用试验平台获取测量段流量公式中常数，管道流体流量测量精度较高，不受流体介质种类，流动状态等因素的影响。

附图说明

图1为本发明方法示意图；

图2为本发明拟合常数a,b,c的流量校正试验平台示意图；

具体实施方式：

本实施例中通过管线压降测量管道流量的方法是：

步骤一、在内径d的被测管线上选择一段长度为5d的水平直管段作为测量段，所述测量段与上游弯管的距离不小于10d，与下游弯管的距离不小5d；在所述测量段上设置高精度压差变送器，用于获得测量段两端压差ΔP，在所述测量段的中间位置设置压力传感器和测温热电偶，用于获得测量段中的流体压力P和流体温度T。

步骤二、由式(1)计算获得管道流量Q，实现利用管线压降进行管道流量的在线监测，

$Q=\frac{{\mathrm{\ρ\πd}}^2}{4}b+2\sqrt{\frac{{2\mathrm{\ΔP\ν}}^b{d}^{c+1-b}}{a{K}^c\mathrm{lp}}}---\left(1\right)$

式(1)中，流体密度ρ和运动粘滞系数υ根据流体介质的种类、流体压力P和流体温度T查表获得；a、b和c均为常数；构建实验测试平台获得实验数据，针对实验数据利用最小二乘法拟合经验公式(2)获取常数a、b和c，

$\mathrm{\λ}=a{\mathrm{Re}}^b{\left(\frac{K}{d}\right)}^c---\left(2\right)$

公式(2)中，λ为管线阻力系数，Re为雷诺数，K为根据管线材质查表可得的绝对粗糙度。

具体实施中，常数a、b和c按如下方式获得：

如图2所示，建立试验平台，平台中采用水平管线布置，选择与所述测量段在管线材质、内径、厚度均一致的模拟段，所述模拟段安装在试验平台水平管线的中部位置，模拟段上游的水平管线长度不小于10d，下游水平管线长度不小于5d。

在试验平台上分别获得流体以不同的速度v_i通过模拟段时引起的管线压降ΔP_i，同时记录测量段上的流体压力P_i、流体温度T_i，以及由电磁流量计标准表获得的流体流量实测值Q_i实。

根据所述流体压力P_i和流体温度T_i以及流体介质的种类查表获得流体密度ρ_i和运动粘滞系数υ_i，分别计算获得：获得流体速度v_i，雷诺数Re_i以及管线阻力系数λ_i：

其中：i＝1、2、3、4、5；

最后，通过最小二乘法拟合经验公式(2)获取常数a、b和c。

试验一：

被测流体为空气按如下过程操作：

1、开启计算机和测量系统电源，确保泵B1、泵B2和蒸汽发生器、冷凝器和水加热器处于关闭状态，关闭调节阀VF1_蒸汽、VF1_水、VF2_蒸汽、VF2_水和截止阀V1_蒸汽、V1_水、V2_蒸汽、V2_水、V3_蒸汽、V3_水。

2、打开截止阀V1_空气、V2_空气；分别开启调节阀VF1_空气、VF2_空气，和VF到100％开度。

3、开启空气加热器和空气压缩机，调节加热器使流体发生罐中的空气温度T达到试验条件，当流体发生罐中的空气温度T稳定后，关闭VF2_空气。当流体发生罐中的空气压力P达到试验条件后，逐渐开大调节阀VF2_空气直到空气压力P稳定在试验要求的数值，稳定一段时间后，开始记录试验数据。通过数据采集卡和计算机获得测量段两端的压差ΔP₁，测量段中空气的压力P₁，温度T₁和管道流量Q_1实。

4、将VF1_空气分别调整到80％，60％，40％和20％开度，同时相应的降低调节阀VF2_空气的开度，保证流体发生罐中的流体压力P和温度T都维持在试验要求的数值，稳定一段时间后，开始记录试验数据。通过数据采集卡和计算机分别获得测量段两端的压差ΔP₂、ΔP₃、ΔP₄、ΔP₅，测量段中流体的压力P₂、P₃、P₄、P₅，温度T₂、T₃、T₄、T₅和管道流量Q_2实、Q_3实、Q_4实、Q_5实。

试验二：

被测流体为水蒸汽按如下过程操作：

1、关闭空气压缩机和空气加热器。当流体发生罐和流体接收罐的压力P都降为0，温度T降为环境温度后，关闭调节阀VF1_空气、VF2_空气和截止阀V1_空气、V2_空气。

2、打开截止阀V1_蒸汽、V2_蒸汽、V3_蒸汽和开启调节阀VF1_蒸汽、VF2_蒸汽到100％开度。

3、开启泵B2和蒸汽发生器。通过蒸汽发生器加热水变成蒸汽，调节蒸汽发生器使流体发生罐中的蒸汽温度T达到试验条件。当流体发生罐中的蒸汽温度达到试验条件稳定一段时间后，关闭VF2_蒸汽。当流体发生罐中的蒸汽压力P达到试验条件，逐渐开大调节阀VF2_蒸汽直到蒸汽压力P稳定在试验要求的数值，稳定一段时间后，开始记录试验数据。通过数据采集卡和计算机获得测量段两端的压差ΔP₁，测量段中蒸汽的压力P1，温度T1和管道流量Q_1实。

4、将VF1_蒸汽分别调整到80％，60％，40％和20％开度，同时相应的降低调节阀VF2_蒸汽的开度，保证流体发生罐中的蒸汽压力P和温度T都维持在试验要求的数值，稳定一段时间后，开始记录试验数据。通过数据采集卡和计算机分别获得测量段两端的压差ΔP₂、ΔP₃、ΔP₄、ΔP₅，蒸汽的压力P₂、P₃、P₄、P₅，温度T₂、T₃、T₄、T₅和管道流量Q_2实、Q_3实、Q_4实、Q_5实。

试验三：

被测流体为水按如下过程操作：

1、关闭蒸汽发生器和泵B2。当流体发生罐和流体接收罐的压力P都降为0，温度T降为环境温度后，关闭调节阀VF1_蒸汽、VF2_蒸汽和截止阀V1_蒸汽、V2_蒸汽和V3_蒸汽。

2、打开截止阀V1_水、V2_水、V3_水和开启调节阀VF1_水、VF2_水到100％开度。

3、开启泵B1，稳定一段时间后，关闭VF2_水。当流体发生罐中水的压力P达到试验条件后，逐渐开大调节阀VF2_水直到水的压力P稳定在试验要求的数值。开启水加热器，通过水加热器恒温控制水的温度，当水的温度T达到试验条件稳定一段时间后，开始记录试验数据。通过数据采集卡和计算机获得测量段两端的压差ΔP₁，测量段中水的压力P₁，温度T₁和管道流量Q_1实。

4、将VF1_水分别调整到80％，60％，40％和20％开度，同时相应的降低调节阀VF2_水的开度，保证流体发生罐中的水压力P和温度T都维持在试验要求的数值，稳定一段时间后，开始记录试验数据。通过数据采集卡和计算机分别获得测量段两端的压差ΔP₂、ΔP₃、ΔP₄、ΔP₅，流体的压力P₂、P₃、P₄、P₅，温度T₂、T₃、T₄、T₅和管道流量Q_2实、Q_3实、Q_4实、Q_5实。

通过试验平台中电磁流量计测量流量Q_i(i＝1,2,3,4,5)，计算得到测量段中流体的平均速度v_i(i＝1,2,3,4,5)。利用测量段上的压力传感器和热电偶获得流体的压力P_i(i＝1,2,3,4,5)和温度T_i(i＝1,2,3,4,5)，从而获得流体物性参数υ_i(i＝1,2,3,4,5)和ρ_i(i＝1,2,3,4,5)。测量段两端的压差传感器测得流体以不同的速度v_i通过该测量段时引起的管线压降ΔP_i(i＝1,2,3,4,5)。计算得到雷诺数Re_i(i＝1,2,3,4,5)和管线阻力系数λ_i(i＝1,2,3,4,5)。最后，通过最小二乘法拟合经验式(2)获取常数a，b，c。

Claims (2)

1.一种通过管线压降测量管道流量的方法，其特征是：

步骤一、在内径d的被测管线上选择一段长度为5d的水平直管段作为测量段，所述测量段与上游弯管的距离不小于10d，与下游弯管的距离不小5d；在所述测量段上设置压差变送器，用于获得测量段两端压差ΔP，在所述测量段的中间位置设置压力传感器和测温热电偶，用于获得测量段中的流体压力P和流体温度T；

步骤二、由式(1)计算获得管道流量Q，实现利用管线压降进行管道流量的在线监测，

$Q=\frac{{\mathrm{\ρ\πd}}^2}{4}\sqrt[b+2]{\frac{2\mathrm{\ΔP}{\mathrm{\υ}}^b{d}^{c+1-b}}{{\mathrm{aK}}^c\mathrm{l\ρ}}}---\left(1\right)$

式(1)中，流体密度ρ和运动粘滞系数υ根据流体介质的种类、流体压力P和流体温度T查表获得；a、b和c均为常数；构建实验测试平台获得实验数据，针对实验数据利用最小二乘法拟合经验公式(2)获取常数a、b和c，

$\mathrm{\λ}=a{\mathrm{Re}}^b{\left(\frac{K}{d}\right)}^c---\left(2\right)$

式(2)中，λ为管线阻力系数，Re为雷诺数，K为根据管线材质查表可得的绝对粗糙度。

2.根据权利要求1所述的通过管线压降测量管道流量的方法，其特征是：所述常数a、b和c按如下方式获得：

建立试验平台，平台中采用水平管线布置，选择与所述测量段在管线材质、内径、厚度均一致的模拟段，所述模拟段安装在试验平台水平管线的中部位置，模拟段上游的水平管线长度不小于10d，下游水平管线长度不小于5d；

在试验平台上分别获得流体以不同的速度v_i通过模拟段时引起的管线压降ΔP_i，同时记录测量段上的流体压力P_i、流体温度T_i，以及由电磁流量计标准表获得的流体流量实测值Q_i实；

根据所述流体压力P_i和流体温度T_i以及流体介质的种类查表获得流体密度ρ_i和运动粘滞系数υ_i，分别计算获得：获得流体速度v_i，雷诺数Re_i以及管线阻力系数λ_i：

其中： ${\mathrm{Re}}_i=\frac{v_{i}d}{{\mathrm{\υ}}_i};$ ${\mathrm{\λ}}_i=\frac{2\mathrm{\Δ}{P}_i}{{5\mathrm{\ρ}}_i{v_i}^2}$ ；i＝1、2、3、4、5；

最后，通过最小二乘法拟合经验公式(2)获取常数a、b和c。