CN107063413A - 一种高压密闭系统流体介质的静态标准称重装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于标准计量技术领域的一种高压密闭系统流体介质的静态标准称重装置及方法，该标准称重装置由存储容器、手阀、封闭管道、循环泵、空压机、被检流量计、压力变送器、温度变送器、稳压装置、称重容器、电子秤、出口手阀和出口快速接头组成；通过稳压装置中的三通换向阀、快速接头、蓄能器和压力控制阀的联合配套工作，能够在高压密闭条件下进行普通流量计的校准和流体质量的精确计量。由于稳压装置的存在，使三通换向阀突然换向后，系统的压力和流量突变能够快速重新趋于稳定，该装置保护了整套称重系统和仪表装置的安全、可靠，确保了高压密闭条件下称重的效果和准确度。尤其适用于管道内压力较高且易发生相变的流体介质。

Description

一种高压密闭系统流体介质的静态标准称重装置及方法

技术领域

本发明属于标准计量领域。特别涉及一种高压密闭系统流体介质的静态标准称重装置及方法。

背景技术

对于保持生产工艺要求的介质相态，需要依赖于高压密闭环境的系统中，流体介质的精确质量检测占据重要的地位；由于某些流体介质特有的物理性质，使其相态极容易发生显著的变化，导致流体在传输管道中呈现复杂的流动形式，使得流体质量的精确测量面临诸多挑战。

传统的基于标准质量法的液体静态称重标准系统主要是由稳压液体源、管路试验段、被检流量计、电子秤、换向器、称重容器和计时器等组成，并且通常是在常温常压状态下进行标定和计量。但是对于某些气体、液体或者气液两相混合流体，只有在高压密闭条件下才能保持其正确相态，如：CO₂、天然气、氮气等。用于这些流体的标准称重装置必须是高压封闭的系统，现有的基于标准质量法的液体标准称重装置无法满足该要求。因此，迫切需要建立一套流体质量标准装置，在高压密闭条件下完成普通流量计的校准和流体质量的精确计量。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压密闭系统流体介质的静态标准质量称重装置及方法；其特征在于，所述高压密闭系统流体介质的静态标准称重装置由存储容器、上下手阀、封闭管道、循环泵、空压机、被检流量计、压力变送器、温度变送器、稳压装置、称重容器、电子秤、出口手阀和出口快速接头组成；其中存储容器通过上下手阀分别通过液体管道与气体管道与循环泵和空压机连接，循环泵和空压机与被检流量计连接，被检流量计通过混合流体管道与三通换向阀入口A连接，三通换向阀直通出口B通过直通管道的分叉点G分别与直通蓄能器16和直通压力控制阀15连接，直通压力控制阀15与存储容器1连接；三通换向阀旁通出口C分别与压力变送器9、温度变送器10和入口快速接头13连接，入口快速接头13通过旁通管道的分叉点D分别与旁通蓄能器18和旁通压力控制阀17连接，其中，入口快速接头为耐高压气动自锁式接头，通过旁通管道的分叉点D分叉后，使该接头能够消除软管硬化产生的附加力；旁通压力控制阀17与称重容器19连接；旁通蓄能器18和称重容器19同时置于电子称22上；称重容器19的出口手阀20通过出口快速接头21与下手阀2.2和循环泵5的连接节点连接。

所述入口快速接头和出口快速接头均由阴接头和阳接头组成；其入口快速接头13由入口快速接头阴接头12与入口快速接头阳接头14组成。

所述稳压装置由三通换向阀11、入口快速接头13、旁通蓄能器18、直通蓄能器16、旁通压力控制阀17、直通压力控制阀15组成；其中所述入口快速接头连接在三通换向阀与旁通压力控制阀之间，通过接头的快速连通和自锁，起到消除软管硬化产生的附加力影响称重精度的作用；所述稳压装置各部件间的连接距离应尽量缩短，以便更好地发挥蓄能器的稳压功能。

所述三通换向阀与入口快速接头的阴接头之间用竖直不锈钢管连接，以确保此段不会存留液态流体介质，只存留气态流体介质，提高称重精度。

所述蓄能器为气囊式，当三通换向阀突然换向，使高压密闭管道内的流体产生压力突变和流量突变时，蓄能器用于稳定压力，平稳流体介质波动，减弱突变对标准称重过程带来的影响。

所述压力变送器和温度变送器，安装于稳压装置中的三通换向阀旁通管道上，用于检测三通换向阀与入口快速接头之间管段气体介质的实时压力和温度值，再根据压力和温度与气体介质密度的关系，计算出气体密度；根据该管段已知的管道内径和高度，求出管段内气体介质的体积，由此可以得到该段管道内残存气体介质的质量，作为标准计量结果的质量修正值。

一种高压密闭系统流体介质的静态标准质量称重装置的静态标准质量称重方法如下：

第一步，称重未开始，三通换向阀保持直通状态，断开称重容器的入口快速接头和出口快速接头，记录电子秤的初始值；

第二步，称重准备计时开始，通过该步让待称重流体介质流入称重通道；首先将入口快速接头连通，然后三通换向阀切向与旁通管道连接C口，启动计时器开始计时，此时由于三通换向阀突然换向，导致三通换向阀阀门入口A和三通换向阀阀门的旁通出口C之间的压差突然增大，因此主管路的流量出现突变，致使主管路流体介质不稳定；为了缓释三通换向阀换向给称重系统和流体介质带来的连锁影响，此时稳压装置开始工作，流体介质经三通换向阀换向后流入旁路，由于压力差的作用，流体介质首先从旁通管道的分叉点D流入旁通蓄能器中，用于缓释管道中的压力和流量突变；当蓄能器中的流体介质压力到达一定的压力限后，并大于旁通压力控制阀的压力设定上限时，流体介质从旁通蓄能器中流出，经过旁通压力控制阀，流入称重容器中，等待电子称启动；

第三步，称重准备计时结束，结束流体介质向称重通道流入；三通换向阀切向直通出口B，入口快速接头仍处于连通状态，同时结束计时器的计时，此时三通换向阀仍是突然换向，导致三通换向阀入口A和三通换向阀直通出口B之间的压差突然增大，主管路的流量仍然出现突变，此时稳压装置开始工作，流体介质经三通换向阀直通出口B流出后，由于压力差的作用，流体首先从直通管道的分叉点G流入直通蓄能器进行压力缓释和平稳流量的脉动，当直通蓄能器中的流体压力到达一定的压力限后，并且高于直通压力控制阀的压力时，流体介质从直通蓄能器中流出，经过直通压力控制阀，流入存储容器中，进入主管路循环；

第四步，称重开始，三通换向阀仍处于直通，此时切断入口快速接头，电子称开始称重；

第五步，称重结束，电子称开始读取所称质量，三通换向阀仍处于直通，此时入口快速接头重新连通，准备下次称重；

第六步，排空称重容器，连通称重容器下方的出口手阀和出口快速接头，使称重容器中的流体介质流入主循环管道，电子称称重过程结束。

所述流体介质既适用于单相液体介质，又适用于气液两相流体介质。当装置用于气液两相流体介质的称重和流量计检定时，存储容器同时具备分离气液两相介质的作用，此时在存储容器上方增设一路气体介质的流通管道，该管道在被检流量计前与主管道合并，合并后管道中的两相流体介质，进入主管路循环。

本发明的有益效果是，本发明针对高压密闭系统中流体介质难以精确称重和检定流量计的特点，设计了带有稳压装置的标准称重装置，该装置能够在高压密闭条件下进行普通流量计的校准和流体质量的精确计量。由于稳压装置的存在，使三通换向阀突然换向后，标准称重装置的压力和流量突变能够快速重新趋于稳定，保护了整套称重装置和仪表装置的安全，确保了称重的效果和准确度。该装置可靠性高，尤其适用于管道内压力较高且易发生相变的流体介质，为高压密闭流体的标准称重和流量计的校验提供了一种新的方法，具有较高的理论研究价值和现实应用意义。

附图说明

图1为标准称重装置结构组成框图。

图2为高压密闭系统流体介质的标准称重系统工艺图；

图中：1.存储容器/分离罐；2.1上手阀；2.2下手阀；3.液体管道；4.气体管道；5.循环泵；6.空压机；7.被检流量计；8.混合流体管道；9.压力变送器；10.温度变送器；11.三通换向阀；12.入口快速接头阴接头；13.入口快速接头；14.入口快速接头阳接头；15.直通压力控制阀；16.直通蓄能器；17.旁通压力控制阀；18.旁通蓄能器；19.称重容器；20.出口手阀；21.出口快速接头；22.电子称。A—三通换向阀入口；B—三通换向阀直通出口；C—三通换向阀旁通出口；D—旁通管道分叉点；G—直通管道分叉点；

图3为智能仪表信号处理装置组成框图。

图中：23.计时器；24.PCI板卡；25.PC机

图4为标准称重系统的稳压称重流程图。

具体实施方式

本发明提供一种高压密闭系统流体介质的静态标准质量称重装置及方法；下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

图1、图2所示为高压密闭系统流体介质的标准称重装置结构示意图。图中，所述高压密闭系统流体介质的静态标准称重装置由存储容器、上下手阀、封闭管道、循环泵、空压机、被检流量计、压力变送器、温度变送器、稳压装置、称重容器、电子秤、出口手阀和出口快速接头组成；其中存储容器1通过上手阀2.1、液体管道3与循环泵5连接；下手阀2.2、气体管道4与空压机6连接；循环泵5和空压机6共同与被检流量计7连接，被检流量计7通过混合流体管道8与三通换向阀11的入口A连接，三通换向阀直通出口B通过直通管道的分叉点G分别与直通蓄能器16和直通压力控制阀15连接，直通压力控制阀15与存储容器1连接；三通换向阀旁通出口C分别与压力变送器9、温度变送器10和入口快速接头13连接，入口快速接头13通过旁通管道的分叉点D分别与旁通蓄能器18和旁通压力控制阀17连接，其中，入口快速接头为耐高压气动自锁式接头，通过旁通管道的分叉点D分叉后，使该接头能够消除软管硬化产生的附加力；旁通压力控制阀17与称重容器19连接；旁通蓄能器18和称重容器19同时置于电子称22上；称重容器19的出口手阀20通过出口快速接头21与下手阀2.2和循环泵5的连接节点连接。

在图2中，入口快速接头和出口快速接头均由阴接头和阳接头组成；其入口快速接头13由入口快速接头阴接头12与入口快速接头阳接头14组成。

在图2中，由三通换向阀11、入口快速接头13、旁通蓄能器18、直通蓄能器16、旁通压力控制阀17和直通压力控制阀15组成稳压装置；其中，所述入口快速接头13连接在三通换向阀11与旁通压力控制阀17之间，通过接头的快速连通和自锁，起到消除软管硬化产生的附加力影响称重精度的作用；该稳压装置各部件间的连接距离应尽量缩短，以便更好地发挥蓄能器的稳压功能；并且三通换向阀11与入口快速接头13的阴接头12之间用竖直不锈钢管连接，以确保此段不会存留液态流体介质，只存留气态流体介质，提高称重精度。

所述旁通蓄能器18为气囊式，当三通换向阀11突然换向，使高压密闭管道内的流体产生压力突变和流量突变，则旁通蓄能器起到稳定压力，平稳流体介质波动的作用，减弱突变对标准称重过程带来的影响。

所述压力变送器9和温度变送器10安装于稳压装置中的三通换向阀11的旁通管道上，用于检测三通换向阀11与入口快速接头13之间的管段内气体介质的实时压力和温度值，对单相液体和气液两相流体进行称重的两种情况，当称重流体介质为气液两相流体介质时，该管段中的气体为两相流体介质中的气体；再根据压力和温度与气体介质密度的关系，计算出气体密度；根据该管段已知的管道内径和高度，求出管段内气体介质的体积，由此可以得到该段管道内残存气体介质的质量，作为标准计量结果的质量修正值。

当称重流体介质为液体时，图中所示气体管道4中的上手阀2.1关闭，气体管道4不予启用，管道4中的空压机6关闭，混合流体管道8中只有被称重液体；当称重流体介质为气液两相流体介质时，存储容器1起到分离罐的作用，在容器1中将容器内的两相混合流体介质通过静置法分为气、液两相，气体管道4中的上手阀2.1开启，管道4中的空压机6开启，气体通过气体管道4与液体管道3中的液体在循环泵5的出口混合，然后进入被检流量计7，作为两相混合流体介质进入混合流体管道8，以备称重使用。

当装置准备称重时，三通换向阀11切至旁通出口C，由于三通换向阀11突然换向，导致三通换向阀入口A、旁通出口C两点的压差突然增大，主管路流量突变，此时稳压装置开始工作，旁通管道内流体介质经由三通换向阀11的旁通出口C以及入口快速接头13，到达入口快速接头13的出口，即旁通管道的分叉点D时，此时由于旁通蓄能器18内的气囊具有一定的初始压力，而旁通压力控制阀17的限定压力值高于旁通蓄能器18内的初始压力，因此有，△P_DE＞△P_DF，流体介质首先经由旁通管道分叉点D流入旁通蓄能器18，旁通蓄能器18随着流体介质的流入，内部的压力逐渐增大，当其压力值增大至△P_DE＜△P_DF时，旁通蓄能器18中的流体介质逆向流出，经由旁通管道分叉点D以及旁通压力控制阀17，流入称重容器19中。

当装置准备称重完毕时，三通换向阀11切至直通出口B，由于三通换向阀11突然换向，导致三通换向阀入口A和直通出口B两点的压差突然增大，主管路流量突变，此时稳压装置继续发挥作用，直通管道流体介质经由三通换向阀11的直通出口B到达直通管道的分叉点G时，此时由于直通蓄能器16内的气囊具有一定的初始压力，而直通压力控制阀15的限定压力值高于直通蓄能器16内的初始压力，因此有，△P_GH＞△P_GI，流体介质首先经由直通管道分叉点G流入直通蓄能器16，直通蓄能器16随着流体介质的流入，内部的压力逐渐增大，当其压力值增大至△P_GH＜△P_GI时，直通蓄能器16中的流体介质流出，经由直通管道分叉点G逆向流入存储容器1中。

图3所示为本发明智能仪表信号处理流程框图。图中被检流量计7用于将检测到的管道内流体介质实时流量值，通过PCI板卡24上传至PC机25，结合计时器23上传的计时时间，在PC机25上进行被检流量计检测质量流量的计算，该质量值为被检表读数。压力变送器9和温度变送器10将检测到的管段内气体的压力和温度值，通过PCI板卡24传至PC机25，在PC机25上进行气体密度以及三通换向阀11与入口快速接头13之间管段内气体质量的计算。电子称22所称得的流体质量值经由PCI板卡24上传至PC机25，与前述计算得到的管段气体质量值相加，再减去称重开始前存储的电子称22的初始示值，得到高压密闭系统流体介质的标准质量值，该标准值用来与被检表读数比较，以校验被检流量计。入口快速接头13和出口快速接头21为高压气动自锁开关，其控制命令由PC机25通过PCI板卡24下传，实现快速接头的上位机自动控制。三通换向阀11为气动阀，其直通和旁通方向的通断状态，均由PC机25通过PCI板卡24下传命令予以控制。

图4所示为标准称重装置的稳压称重流程，首先询问系统是否需要称重，如果不称重，那么流体介质正常在主管路中流动，断开入口快速接头，此时记录电子称的示值，作为称重的初始重量；如果需要称重，那么首先将入口快速接头13连通，然后启动计时器23进行称重计时，同时将三通换向阀11由原先的直通状态切至旁通；此时主管路的流体介质通过三通换向阀11的旁通出口C和入口快速接头13流入旁通蓄能器18中，进行系统稳压；当旁通蓄能器18中的流体压力达到旁通压力控制阀17的压力设定上限时，流体介质从旁通蓄能器18中流出，经旁通压力控制阀17，流入称重容器19中；程序再次检测三通换向阀11的状态，如果三通换向阀11被切至直通出口B，说明待称重流体介质准备完毕，同时停止计时器23，流体介质经三通换向阀11的直通出口B流入直通蓄能器16，进行稳压；当直通蓄能器16中的流体介质压力达到直通压力控制阀15的压力设定上限时，流体介质从直通蓄能器16中流出，经直通压力控制阀15流入存储容器1中；此时入口快速接头13被切断，电子秤22开始称重，PC机25存储上传的称重数据；入口快速接头13重新连通，出口手阀20开通，出口快速接头21连通，称重容器19中的流体介质通过出口手阀20和出口快速接头21排出，流体介质重新进入主管路中，等待开启下次称重。

Claims (8)

1.一种高压密闭系统流体介质的静态标准质量称重装置；其特征在于，所述高压密闭系统流体介质的静态标准称重装置由存储容器、手阀、封闭管道、循环泵、空压机、被检流量计、压力变送器、温度变送器、稳压装置、称重容器、电子秤、出口手阀和出口快速接头组成；其中存储容器(1)通过上手阀(2.1)、下手阀(2.2)分别通过液体管道(3)与气体管道(4)和循环泵(5)、空压机(6)连接，循环泵(5)、空压机(6)与被检流量计(7)连接，被检流量计(7)通过混合流体管道(8)与三通换向阀(11)的入口(A)连接，三通换向阀(11)的直通出口(B)通过直通管道的分叉点G分别与直通蓄能器(16)和直通压力控制阀(15)连接，直通压力控制阀(15)与存储容器(1)连接；三通换向阀旁通出口(C)分别与压力变送器(9)、温度变送器(10)和入口快速接头(13)连接，入口快速接头(13)通过旁通管道的分叉点D分别与旁通蓄能器(18)和旁通压力控制阀(17)连接，其中，入口快速接头为耐高压气动自锁式接头，通过旁通管道的分叉点D分叉后，使该接头能够消除软管硬化产生的附加力；旁通压力控制阀(17)与称重容器(19)连接；旁通蓄能器(18)和称重容器(19)同时置于电子称(22)上；称重容器(19)的出口手阀(20)通过出口快速接头(21)与下手阀(2.2)和循环泵(5)的连接节点连接。

2.根据权利要求1所述一种高压密闭系统流体介质的静态标准质量称重装置，其特征在于，所述入口快速接头和出口快速接头均由阴接头和阳接头组成；其入口快速接头(13)由入口快速接头阴接头(12)与入口快速接头阳接头(14)组成。

3.根据权利要求1所述一种高压密闭系统流体介质的静态标准质量称重装置，其特征在于，所述稳压装置由三通换向阀(11)、入口快速接头(13)、旁通蓄能器(18)、直通蓄能器(16)、旁通压力控制阀(17)、直通压力控制阀(15)组成；其中所述入口快速接头连接在三通换向阀与旁通压力控制阀之间，通过接头的快速连通和自锁，起到消除软管硬化产生的附加力影响称重精度的作用；所述稳压装置各部件间的连接距离应尽量缩短，以便更好地发挥蓄能器的稳压功能。

4.根据权利要求1所述一种高压密闭系统流体介质的静态标准质量称重装置，其特征在于，所述三通换向阀与入口快速接头的阴接头之间用竖直不锈钢管连接，以确保此段不会存留液态流体介质，只存留气态流体介质，提高称重精度。

5.根据权利要求1所述一种高压密闭系统流体介质的静态标准质量称重装置，其特征在于，所述蓄能器为气囊式，当三通换向阀突然换向，使高压密闭管道内的流体产生压力突变和流量突变时，蓄能器用于稳定压力，平稳流体介质波动，减弱突变对标准称重过程带来的影响。

6.根据权利要求1所述一种高压密闭系统流体介质的静态标准质量称重装置，其特征在于，所述压力变送器和温度变送器，安装于稳压装置中的三通换向阀旁通管道上，用于检测三通换向阀与入口快速接头之间管段气体介质的实时压力和温度值，再根据压力和温度与气体介质密度的关系，计算出气体密度；根据该管段已知的管道内径和高度，求出管段内气体介质的体积，由此可以得到该段管道内残存气体介质的质量，作为标准计量结果的质量修正值。

7.一种权利要求1所述的高压密闭系统流体介质的静态标准质量称重装置的静态标准质量称重方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，称重未开始，三通换向阀保持直通状态，断开称重容器的入口快速接头和出口快速接头，记录电子秤的初始值；

第二步，称重准备计时开始，通过该步让待称重流体介质流入称重通道；首先将入口快速接头连通，然后三通换向阀切向与旁通管道连接旁通出口(C)，启动计时器开始计时，此时由于三通换向阀突然换向，导致三通换向阀阀门入口(A)和三通换向阀阀门的旁通出口(C)之间的压差突然增大，因此主管路的流量出现突变，致使主管路流体介质不稳定；为了缓释三通换向阀换向给称重系统和流体介质带来的连锁影响，此时稳压装置开始工作，流体介质经三通换向阀换向后流入旁路，由于压力差的作用，流体介质首先从旁通管道的分叉点D流入旁通蓄能器中，用于缓释管道中的压力和流量突变；当蓄能器中的流体介质压力到达一定的压力限后，并大于旁通压力控制阀的压力设定上限时，流体介质从旁通蓄能器中流出，经过旁通压力控制阀，流入称重容器中，等待电子称启动；

第三步，称重准备计时结束，结束流体介质向称重通道流入；三通换向阀切向直通出口(B)，入口快速接头仍处于连通状态，同时结束计时器的计时，此时三通换向阀仍是突然换向，导致三通换向阀入口(A)和三通换向阀直通出口(B)之间的压差突然增大，主管路的流量仍然出现突变，此时稳压装置开始工作，流体介质经三通换向阀直通出口(B)流出后，由于压力差的作用，流体首先从直通管道的分叉点G流入直通蓄能器进行压力缓释和平稳流量的脉动，当直通蓄能器中的流体压力到达一定的压力限后，并且高于直通压力控制阀的压力时，流体介质从直通蓄能器中流出，经过直通压力控制阀，流入存储容器中，进入主管路循环；

第四步，称重开始，三通换向阀仍处于直通，此时切断入口快速接头，电子称开始称重；

第五步，称重结束，电子称开始读取所称质量，三通换向阀仍处于直通，此时入口快速接头重新连通，准备下次称重；

第六步，排空称重容器，连通称重容器下方的出口手阀和出口快速接头，使称重容器中的流体介质流入主循环管道，电子称称重过程结束。

8.根据权利要求7所述高压密闭系统流体介质的静态标准质量称重装置的静态标准质量称重方法，其特征在于，所述流体介质既适用于单相液体介质，又适用于气液两相流体介质，当该套称重系统用于气液两相流体介质的称重和流量计检定时，存储容器同时具备分离气液两相介质的作用，此时在存储容器上方增设一路气体介质的流通管道，该管道在被检流量计前与主管道合并，合并后管道中的两相流体介质，进入主管路循环。