CN104713603B - 临界速度流量计量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种临界速度流量计量系统，包括节流机构和数据采集测量机构，所述节流机构包括阀体和设置在阀体内的孔板，所述数据采集测量机构包括PC机、控制箱、温度传感器和两个压力变送器，所述的温度传感器和两个压力变送器均固定在阀体上，且其中一个压力变送器位于孔板的下游侧，另一个压力变送器和温度传感器位于孔板的上游侧；所述控制箱内设置有数据采集模块和通讯模块，所述温度传感器和两个压力变送器均与数据采集模块连接，所述数据采集模块通过通讯模块将采集到的数据传递给PC机。本发明能够根据采集的数据自动而准确地快速测量出流体在临界速度时的流量，实现了数据采集、传输和计量一体化的目的。

Description

临界速度流量计量系统

技术领域

本发明涉及一种流体流量测量领域，尤其涉及一种临界速度流量计量系统，主要用于天然气矿井和新井等流量测试过程中临界速度的流量计量。

背景技术

天然气流经孔板产生节流，当上游压力P₁大于下游压力P₂约一倍，即P₂≤0.546 P₁时，达到临界气流。在临界气流时，流速断面最小处，天然气的流速等于该处温度下天然气的声速。此时，进一步降低孔板出口外界压力，丝毫不会引起气产量的增加，而增加上流压力，虽断面最小处的流速并不增加，但会使密度增加气流量增加。说明气体流量与下流压力无关，仅取决于上流压力。因此，利用孔板前的压力即可算出气体流量。

现有的技术是采用临界速度流量计来计量临界速度时的天然气流量，如中国专利号为“200720187244.0”的现有技术在2008年11月5日还公开了一种临界速度流量计，其技术方案为所述一种临界速度流量计由孔板节流结构和数据采集测量结构两部分构成，由孔板、孔板支架、孔板室、密封压板、承压板、密封胶板组合构成孔板节流结构；由测量直管、压力表接头、温度表接头构成数据采集测量结构；其特征在于：孔板室位于孔板支架中间，是一个径向上开口，内为下窄上宽三层的槽式结构，孔板支架下部连接一个短管，短管与孔板室通过孔板室下层窄槽连通，孔板径向挡在短管中间，依次由位于孔板室内的密封胶板、密封压板、承压板、螺丝、顶丝将短管与孔板室连通的下层窄槽密封，压力表接头、温度表接头置于两根测量直管上，两根测量直管分别连接在短管的两端，中间由直管密封垫密封。但该专利在数字化自动采集到相关的压力数据和温度数据时，需要人工计算流量，存在着计算效率低、计算结果准确度低和人工劳动强度大的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种临界速度流量计量系统，本发明能够根据采集的数据自动而准确地快速测量出流体在临界速度时的流量，实现了数据采集、传输和计量一体化的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种临界速度流量计量系统，其特征在于：包括节流机构和数据采集测量机构，所述节流机构包括阀体和设置在阀体内的孔板，所述数据采集测量机构包括PC机、控制箱、温度传感器和两个压力变送器，所述的温度传感器和两个压力变送器均固定在阀体上，且其中一个压力变送器位于孔板的下游侧，另一个压力变送器和温度传感器位于孔板的上游侧；所述控制箱内设置有数据采集模块和通讯模块，所述温度传感器和两个压力变送器均与数据采集模块连接，所述数据采集模块通过通讯模块将采集到的数据传递给PC机。

所述控制箱内还设置有安全栅，所述的温度传感器和两个压力变送器均通过安全栅与数据采集模块连接。

所述安全栅的数量为三个，所述的温度传感器和两个压力变送器分别通过三个安全栅与数据采集模块连接。

所述节流机构还包括顶板、压板和防雨罩，所述阀体上开设有插槽，所述孔板通过插槽安装在阀体内，所述压板和顶板依次固定在孔板上方的阀体上，压板与顶板配合固定孔板，所述防雨罩固定在阀体上，且顶板和压板均位于防雨罩内。

所述孔板上游侧的压力变送器到孔板的距离与输送流体的管道的直径相同，所述孔板下游侧的压力变送器到孔板的距离与输送流体的管道的半径相同。

采用本发明的优点在于：

一、本发明通过数据采集测量机构中的PC机、数据采集模块、压力变送器和温度传感器的配合，能够根据采集的数据自动而准确地快速测量出流体在临界速度时的流量，实现了数据采集、传输和计量一体化的目的，有利于在降低人工劳动强度的前提下，提高计量效率和计量准确性。并且，压力变送器和温度传感器每一次采集的数据和每次的计量结果都能够实时地在PC机上显示、存储，既有利于建立各种数据库和报表，又有利于人们根据流量大小随时更换孔板，从而使流体的输送达到最佳状态。

二、本发明中，由于温度传感器和压力变送器均固定在天然气输送现场的阀体上，现场情况较为危险，因此在数据采集模块与温度传感器和数据采集模块之间设置安全栅，既能够保证信号的稳定传输，又不会引起安全事故，提高了使用安全性。

三、本发明中，温度传感器和两个压力变送器分别通过三个安全栅与数据采集模块连接，能够进一步提高使用安全性。

四、本发明中，通过压板与顶板配合固定孔板，既能够防止孔板松动，又有利于孔板的快速安装拆卸，经实验证明，采用该结构后，仅需耗时3～5分钟便可完成孔板的更换，且不需要拆卸阀体的整体。通过防雨罩能够防止外界雨水或灰尘等从顶板与阀体之间的间隙进入阀体内部，减少了外界环境对阀体的影响，有利于提高阀体的使用寿命。

五、本发明中，孔板上游侧的压力变送器到孔板的距离与输送流体的管道的直径相同，孔板下游侧的压力变送器到孔板的距离与输送流体的管道的半径相同，采用这样设置，在使用过程中更换不同节流孔径的孔板时可无需改变流出系数，有利于提高计量效率。

六、本发明的发明点在于将数据采集测量机构与节流机构结合使用，采用系统集成化设计，全套系统集数据采集、流量计算、数据存储管理等功能为一体，不仅具有工作参数输入、修改、查询、现场工况数据查询和日报、月报数据库查询的功能，还具有被测量值超限量时的声光报警功能；能够准确快速地测量出流体在临界速度时的流量，实现了数据采集、传输和计量一体化的目的。

七、本发明中的设备的生产、组装和调试都在工厂内完成，用户只需将流体上下游管道用法兰与阀体连接，再连上相应的数据线和电缆线即可投入运行，便于现场安装、迁移，现场安装工作量少，施工周期短。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中节流机构的结构示意图；

图3为图2的剖面结构示意图；

图中标记为：1、PC机，2、控制箱，3、压力变送器，4、防雨罩，5、温度传感器，6、节流机构，7、数据采集模块，8、安全栅，9、通讯模块，10、阀体，11、孔板，12、顶板，13、压板。

具体实施方式

实施例1

一种临界速度流量计量系统，包括节流机构6和数据采集测量机构，所述节流机构6包括阀体10和设置在阀体10内的孔板11，所述数据采集测量机构包括PC机1、控制箱2、温度传感器5和两个压力变送器3，所述的温度传感器5和两个压力变送器3均固定在阀体10上，且其中一个压力变送器3位于孔板11的下游侧，另一个压力变送器3和温度传感器5位于孔板11的上游侧；所述控制箱2内设置有数据采集模块7和通讯模块9，所述温度传感器5和两个压力变送器3均与数据采集模块7连接，所述数据采集模块7通过通讯模块9将采集到的数据经标准的RS-485和RS-232接口传递给PC机1。

本实施例中，所述控制箱2为防雷防爆控制箱2。

本实施例中，所述控制箱2内还设置有安全栅8，所述的温度传感器5和两个压力变送器3均通过安全栅8与数据采集模块7连接。其中，安全栅8的作用是在控制箱2以外的危险区(非本质安全)和控制箱2内的安全区(非本质安全)之间双向传递电信号时，避免引起火花，并可限制因故障引起的安全区向危险区的能量转递。

进一步的，所述安全栅8的数量为三个，所述的温度传感器5和两个压力变送器3分别通过三个安全栅8与数据采集模块7连接。

本实施例中，所述节流机构6还包括顶板12、压板13和防雨罩4，所述阀体10上开设有插槽，所述孔板11通过插槽安装在阀体10内，所述压板13和顶板12依次固定在孔板11上方的阀体10上，且顶板12通过螺栓固定在阀体10上，压板13与顶板12配合固定孔板11，所述防雨罩4固定在阀体10上，且顶板12和压板13均位于防雨罩4内。

本实施例中，所述安全栅8为智能隔离式安全栅8，其型号为NPEXA-31P，供电电压为24VDC，响应时间为0.2ms，输入信号为4—20mA，输出信号为4—20mA，工作温度为-10℃—5℃。

实施例2

一种临界速度流量计量系统，包括节流机构6和数据采集测量机构，所述节流机构6包括阀体10和设置在阀体10内的孔板11，所述数据采集测量机构包括PC机1、控制箱2、温度传感器5和两个压力变送器3，所述的温度传感器5和两个压力变送器3均固定在阀体10上，且其中一个压力变送器3位于孔板11的下游侧，另一个压力变送器3和温度传感器5位于孔板11的上游侧；所述控制箱2内设置有数据采集模块7和通讯模块9，所述温度传感器5和两个压力变送器3均与数据采集模块7连接，所述数据采集模块7通过通讯模块9将采集到的数据经标准的RS-485和RS-232接口传递给PC机1。

本实施例中，所述孔板11上游侧的压力变送器3到孔板11的距离与输送流体的管道的直径相同，所述孔板11下游侧的压力变送器3到孔板11的距离与输送流体的管道的半径相同。其中，输送流体的管道的直径和半径分别为流通通道的直径和半径，即分别为管道内。

本发明中带电部件与非带电部件之间施加AC 1.5kV 电压工频交流，保持60s无闪烁、不击穿。

本发明中的阀体10采用整体式铸钢结构，两端与管道采用API标准的法兰连接。相比原有的技术，这种一体式结构的装置没有一处焊接点，减少了不必要的泄漏隐患，密封更加可靠。并且，与管道采用法兰连接的结构，在安装时不需要专用工具，后期维护拆装更加方便。法兰密封面采用API标准下的BX或R系列金属环垫的硬密封，尤其适用于高压、高温差等恶劣工况环境下的天然气井站。

本发明中由于临界速度流量计的计量原理是通过孔板11上游端与下游端之间的压力差来积算出流量，如果孔板11边缘与流体的流通通道没有可靠密封，被测流体将不会全部通过孔板11节流孔流向下游，影响计量精度。而本发明的孔板11采用双重密封结构，则很好地解决了上述问题，具体结构为：阀体10内与孔板11接触部分设有不锈钢密封阀座，密封阀座与阀体10采用一次性精加工而成，保证阀座两侧平行度更好，确保密封阀座与孔板11密封圈两侧端面紧密接触，上游流体通过孔板11时除节流孔外上下游被完全隔断，从而保证计量精度和孔板11流量计数据可重复性的特性。

本发明中，由于孔板11与流通管道的同轴度误差同样影响计量精度，因此本发明采用上定位和侧定位结构来定位孔板11，具体如下：上定位是通过阀体10轴线中心高与孔板11座中心高精密加工尺寸的一致性来保证，侧定位是通过孔板11阀座与压板13的定位销和压板13与阀体10的定位销来双重保证。这种结构设计的最大优点是，反复拆装后，仍可保证孔板11与流通管道的同轴度，进一步提高计量数据的可重复性。

本发明的具体计量过程为:孔板11上游的温度传感器5和孔板11上、下游的压力传感器采集到流体通过时的压力和温度的4～20mA 电流信号后，通过铠装电缆线输入至控制箱2内的安全栅8，进行相应避雷和隔离后，再由数据采集模块7将这些信号转换成数字信号后通过通讯模块9传递给PC机1。PC机1对天然气流量进行高精度的实时计量和流量累积，从而实现计量数据的显示、存储、 统计、查询等管理功能。

Claims (1)

1.一种临界速度流量计量系统，其特征在于：包括节流机构（6）和数据采集测量机构，所述节流机构（6）包括阀体（10）和设置在阀体（10）内的孔板（11），所述数据采集测量机构包括PC机（1）、控制箱（2）、温度传感器（5）和两个压力变送器（3），所述的温度传感器（5）和两个压力变送器（3）均固定在阀体（10）上，且其中一个压力变送器（3）位于孔板（11）的下游侧，另一个压力变送器（3）和温度传感器（5）位于孔板（11）的上游侧；所述控制箱（2）内设置有数据采集模块（7）和通讯模块（9），所述温度传感器（5）和两个压力变送器（3）均与数据采集模块（7）连接，所述数据采集模块（7）通过通讯模块（9）将采集到的数据传递给PC机（1）；

所述控制箱（2）内还设置有安全栅（8），所述的温度传感器（5）和两个压力变送器（3）均通过安全栅（8）与数据采集模块（7）连接；

所述安全栅（8）的数量为三个，所述的温度传感器（5）和两个压力变送器（3）分别通过三个安全栅（8）与数据采集模块（7）连接；

所述节流机构（6）还包括顶板（12）、压板（13）和防雨罩（4），所述阀体（10）上开设有插槽，所述孔板（11）通过插槽安装在阀体（10）内，所述压板（13）和顶板（12）依次固定在孔板（11）上方的阀体（10）上，压板（13）与顶板（12）配合固定孔板（11），所述防雨罩（4）固定在阀体（10）上，且顶板（12）和压板（13）均位于防雨罩（4）内；

所述孔板（11）上游侧的压力变送器（3）到孔板（11）的距离与输送流体的管道的直径相同，所述孔板（11）下游侧的压力变送器（3）到孔板（11）的距离与输送流体的管道的半径相同。