CN105091967B - 一种利用管道本身或管道内障碍物的流量测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用管道本身或管道内障碍物的流量测量方法，包括以下步骤：1）选定管道本身或管道内部的支撑架、弯头、膨胀节、插入件、阀或分流器做测量元件；（2）流场仿真，确定高低压取压位置；（3）数字化标定，确认K值和准确度；（4）连接差压变送器、温度、压力等信号进入计算仪，输入标定的K值，组成一套流量计进行测量。与现有的技术相比，本发明的有益效果是：本发明不需要单独安装节流元件，利用现有管道本身或管道内障碍物做测量元件达到准确测量流量的目的，实现了现场安装的灵活方便，避免了大型管道的拆卸和安装，有效的提高了工作效率，节约了生产成本，具有广泛推广的价值。
Description
技术领域
本发明涉及流量计技术领域，特别涉及一种利用管道本身或管道内障碍物的流量测量方法。
背景技术
在流体动力学中，众所周知当流体在管道中流动因与管壁摩擦会产生压力损失，当遇到置于管道内的障碍物时会产生漩涡导致压力在局部发生较大变化。
现在工业产业中，管道内介质测量的各项数据都是生产中的重要参考资料。而测量介质流量，需要在管道上安装单独的感测元件，通过感测元件传递出流量信号。由于感测元件必须有一定的精度和线性度才能满足测量要求，因此要求流体是充分发展流体，前后都必须有足够长的光滑直管段。但有一些复杂管道和现场工况环境下，不具备安装流量计的条件，即使勉强安装现有流量计无法保证测量的线性度和精度，而同时在工业管道中又存在一定的障碍物，比如支撑架、弯头、膨胀节、插入件、阀、分流器等障碍物，这些障碍物也影响了流量的测试结果。在工业生产早期，曾有现场工人凭个人感觉根据管道压力变化估算流量大小，因无科学依据，无法验证准确度，一直不被业界认可。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、设计合理、使用方便的利用管道本身或管道内障碍物的流量测量方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种利用管道本身或管道内障碍物的流量测量方法，包括以下步骤：
(1)选定管道本身或管道内部的支撑架、弯头、膨胀节、插入件、阀或分流器做测量元件；
(2)流场仿真，确定高低压取压位置
a.根据测量处管道的尺寸、结构进行建模，或管道内的障碍物的结构进行建模，根据温度、压力、流量工况参数进行流场仿真；
b.根据国家标准GB/T2624.2-2006，差压式流量计的质量流量方程为：
式中，G是质量流量kg/s，C是流出系数，ε是可膨胀系数，β是直径比β＝d/D，d是节流孔直径，D是管道内径，ΔP是计算差压Pa，γ是实际密度kg/m3
在仪表行业中，常将引入仪表系数K，令即可得到：
测量过程即按流量方程，已知仪表系数、密度，通过测量差压便可求得流量，而标定是测量的逆过程，就是已知流量、密度和差压求取仪表系数，即标定算法公式：
K的线性度决定流量计的精度，在一定的流量和密度情况下差压的大小决定最小流量的测量能力，所以K的线性度和差压的大小是选择取压点的标准；
c.根据上述原理便可从K的线性度和差压的大小选择出取压点：
设管道壁面压力为P+，管道一组取压点壁面压力分别为P-′和P-，对应的差压分别为ΔP′和ΔP，便有：
ΔP′＝P+-P-′和ΔP＝P+-P-
对不同流量有：
ΔPi′＝P+i-P-′i
式中，i是校验点，根据给出的最大、最小和常用流量可取三点进行计算i＝1,2,3
根据差压便可求得仪表系数，
根据Ki可求取平均仪表系数：
根据和Ki可求线性误差，
取δi最大值便可确定仪表系数最大线性误差δmax；
d.比较原有的取压点的线性误差和设定的两组取压点的线性误差，选择线性误差较小作为最终的取压点，进而确定了障碍物流量计取压点的取压位置；
(3)数字化标定，确认K值和准确度
根据差压便可求得仪表系数，
根据Ki可求取平均仪表系数：
根据和Ki可求线性误差，
取δi最大值便可确定仪表系数最大线性误差δmax；
(4)连接差压变送器、温度、压力等信号进入计算仪，输入标定的K值，组成一套流量计进行测量。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明不需要单独安装节流元件，利用现有管道本身或管道内障碍物做测量元件达到准确测量流量的目的，实现了现场安装的灵活方便，避免了大型管道的拆卸和安装，有效的提高了工作效率，节约了生产成本，具有广泛推广的价值。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是本发明的示意图；
图3是本发明的示意图；
图4是本发明举例，本例子的整体管道结构图；
图5是本发明数值模拟的管道整体速度场分布图；
图6是本发明数值模拟的轴向水平切面压力分布放大图；
图7是本发明数值模拟的管道轴向水平切面压力云图。
1—流量变送器 2—内部支撑 3—弯管 4—膨胀节 5—支撑件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：
实施例一
如图4所示，某个厂家提供的管道整体结构，需要确定安装位置和流量测量精度。
如图1～图3和图5～图7所示，一种利用管道本身或管道内障碍物的流量测量方法，包括以下步骤：
(1)选定管道本身或管道内部的支撑架、弯头、膨胀节、插入件、阀或分流器做测量元件；
(2)流场仿真，确定高低压取压位置
a.根据测量处管道的尺寸、结构进行建模，或管道内的障碍物的结构进行建模，根据温度、压力、流量工况参数进行流场仿真；
b.根据国家标准GB/T2624.2-2006，差压式流量计的质量流量方程为：
式中，G是质量流量kg/s，C是流出系数，ε是可膨胀系数，β是直径比β＝d/D，d是节流孔直径，D是管道内径，ΔP是计算差压Pa，γ是实际密度kg/m3
在仪表行业中，常将引入仪表系数K，令即可得到：
测量过程即按流量方程，已知仪表系数、密度，通过测量差压便可求得流量，而标定是测量的逆过程，就是已知流量、密度和差压求取仪表系数，即标定算法公式：
K的线性度决定流量计的精度，在一定的流量和密度情况下差压的大小决定最小流量的测量能力，所以K的线性度和差压的大小是选择取压点的标准；
c.根据上述原理便可从K的线性度和差压的大小选择出取压点：
设管道壁面压力为P+，管道一组取压点壁面压力分别为P-′和P-，对应的差压分别为ΔP′和ΔP，便有：
ΔP′＝P+-P-′和ΔP＝P+-P-
对不同流量有：
ΔPi′＝P+i-P-′i
式中，i是校验点，根据给出的最大、最小和常用流量可取三点进行计算i＝1,2,3
根据差压便可求得仪表系数，
根据Ki可求取平均仪表系数：
根据和Ki可求线性误差，
取δi最大值便可确定仪表系数最大线性误差δmax；
d.比较原有的取压点的线性误差和设定的两组取压点的线性误差，选择线性误差较小作为最终的取压点，进而确定了障碍物流量计取压点的取压位置；
(3)数字化标定，确认K值和准确度
根据差压便可求得仪表系数，
根据Ki可求取平均仪表系数：
根据和Ki可求线性误差，
取δi最大值便可确定仪表系数最大线性误差δmax；
(4)连接差压变送器、温度、压力等信号进入计算仪，输入标定的K值，组成一套流量计进行测量。
按上述方法计算结果列表如下：
表一 原取压位置差压与仪表系数
| K值计算 | 正压侧压力Pa | 负压侧压力Pa | 差压 | K系数 |
| 最大流量 | -29.8276 | -118.6125 | 88.784902 | 78.06833 |
| 常用流量 | 49.346209 | -59.68835 | 109.03456 | 64.41299 |
| 最小流量 | 43.438151 | -15.27168 | 58.709833 | 54.8752 |
| 平均K值 | 65.78551 | |||
| 最大K值 | 78.06833 | |||
| 最小K值 | 54.8752 | |||
| 线性误差 | 18.67102 |
表二 3、8位置差压与仪表系数
| 3、8号位取压 | 正压侧压力Pa | 负压侧压力Pa | 差压 | K系数 |
| 最大流量 | 119.42242 | -98.50422 | 217.92664 | 49.82982 |
| 常用流量 | 103.58617 | -73.05795 | 176.64413 | 50.60646 |
| 最小流量 | 43.356964 | -23.36061 | 66.717575 | 51.47679 |
| 平均K值 | 50.63769 | |||
| 最大K值 | 51.47679 | |||
| 最小K值 | 49.82982 | |||
| 线性误差 | 1.657062 |
表三1、2位置差压与仪表系数
原取压位置最大差压109.03456Pa产生在常用流量点，而最大流量差压88.784902反小于常用流量点，线性误差高达18.67％，故不能实现测量。在1、2位置虽然有较大差压174.73727—671.45401Pa，但线性误差高达5.942666％，也不宜采用；只有3、8位置差压66.717575—217.92664Pa，虽然不比1、2位置差压大，但线性误差较小仅为1.657062％，考虑选择微差压变送器不难满足差压测量，线性误差小是主要优点，故选择3、8位置取压。
数字化标定，确认K值和准确度。
其结果确认如下：
平均仪表系数：50.63769；
差压量程：0.25Kpa.
流量方程：kg/h
仪表误差：δ≤2％
连接差压变送器、温度、压力等信号进入计算仪，输入标定的K值，组成一套流量计，达到准确测量目的。
本发明利用工艺管道内的支撑柱作为节流元件产生差压，采用流场仿真找到线性度好的高压点和低压点进行取压，用数字化标定找到K值和测量准确度，这样测量元件和数学模型均已找到，一套不需要单独安装节流件的障碍物流量计达到准确测量的目的。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种利用管道本身或管道内障碍物的流量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选定管道本身或管道内部的支撑架、弯头、膨胀节、插入件、阀或分流器做测量元件；
(2)流场仿真，确定高低压取压位置
a.根据测量处管道的尺寸、结构进行建模，或管道内的障碍物的结构进行建模，根据温度、压力、流量工况参数进行流场仿真；
b.根据国家标准GB/T2624.2-2006，差压式流量计的质量流量方程为：
式中，G是质量流量kg/s，C是流出系数，ε是可膨胀系数，β是直径比β＝d/D，d是节流孔直径，D是管道内径，ΔP是计算差压Pa，γ是实际密度kg/m3
在仪表行业中，常将引入仪表系数K，令即可得到：
测量过程即按流量方程，已知仪表系数、密度，通过测量差压便可求得流量，而标定是测量的逆过程，就是已知流量、密度和差压求取仪表系数，即标定算法公式：
K的线性度决定流量计的精度，在一定的流量和密度情况下差压的大小决定最小流量的测量能力，所以K的线性度和差压的大小是选择取压点的标准；
c.根据上述原理便可从K的线性度和差压的大小选择出取压点：
设管道壁面压力为P+，管道一组取压点壁面压力分别为P′-和P-，对应的差压分别为ΔP′和ΔP，便有：
ΔP′＝P+-P′-和ΔP＝P+-P-
对不同流量有：
ΔPi′＝P+i-P′-i
式中，i是校验点，根据给出的最大、最小和常用流量可取三点进行计算i＝1,2,3
根据差压便可求得仪表系数，
根据Ki可求取平均仪表系数：
根据和Ki可求线性误差，
取δi最大值便可确定仪表系数最大线性误差δmax；
d.比较原有的取压点的线性误差和设定的两组取压点的线性误差，选择线性误差较小作为最终的取压点，进而确定了障碍物流量计取压点的取压位置；
(3)数字化标定，确认K值和准确度
根据差压便可求得仪表系数，
根据Ki可求取平均仪表系数：
根据和Ki可求线性误差，
取δi最大值便可确定仪表系数最大线性误差δmax；
(4)连接差压变送器、温度、压力信号进入计算仪，输入标定的K值，组成一套流量计进行测量。
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