CN109945936A - 一种基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法，获取节流装置前后差压信号、节流装置前介质压力信号以及节流装置前介质温度信号；计算得出节流装置前后压力比；再得出工作温度下节流装置内径、管道内径以及节流装置孔径比；计算得出工作介质密度、动力黏度和等熵指数；利用节流装置孔径比计算得出初步流出系数；再得出介质可膨胀系数；进而得到流量测量中间值和雷诺数中间值；最后计算得到流出系数；结合流出系数、节流装置直径、可膨胀系数以及流体密度、节流装置差压，得出最终流量值。该方法实现了水及蒸汽流量的精确测量计算，同时逻辑实现简单，满足工业过程运行人员对工艺系统的正常监控和热工过程的精确控制和调节的要求。

Description

一种基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法

技术领域

本发明属于汽轮机发电技术领域，涉及一种采用标准节流装置测量的计算方法，尤其是一种基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法。

背景技术

在工业行业的热力生产过程中，流体(水、蒸汽等)的流量直接反映设备效率、负荷的高低等运行情况，部分流量参数参与热工过程的控制、调节等功能。标准节流装置与差压变送器配套构成的差压式流量计在工业系统流量测量中已被广泛应用，其测量准确性对热工过程的控制、调节至关重要，对提升发工艺系统的经济运行具有一定的积极意义。

标准节流装置的测量原理是以节流装置安装在充满流体的管线中为依据的，节流装置的存在使其上游侧与下游侧之间产生一个静压差，管线中流体的质量流量q_m可用公式(1)确定：

式中，

q_m—质量流量，单位kg/s；

C—流出系数，无量纲；

ε—可膨胀性(膨胀)系数，无量纲，对于液体，取值为1；

d—工作条件下装置节流孔或喉部直径，单位m；

β—节流装置直径d和管线直径D之比(孔径比)，无量纲；

Δp—节流装置前后差压信号，单位p_a；

ρ₁—工作状态下流体的密度，单位kg/m³。

公式中提到的d和D是工作条件下的直径值，任何其他条件下进行的测量，都必须对测量期间由于流体的温度和压力值改变引起节流装置和管道任何可能的膨胀或收缩进行修正。

在已知介质及管道材质、标准环境状态下节流装置及管道内径，即可确定上述公式(1)中的各种参数均可以通过相应的计算得出确切的数值，从而可以较为准确的计算得出工作状态下的介质流量。

目前工业生产过程针对上述测量原理，在工业过程分散控制系统(DCS)中进行组态计算，常规流量测量计算将公式(1)中除差压值Δp和工作状态下介质的密度ρ₁之外的参数简化为一个整体系数k，通过整体系数k和(差压与介质密度乘积的开方)的乘积运算得出要测量的介质流量；工作状态下流体的密度ρ₁是通过实际测量得到的介质压力和温度经过查焓熵表计算得到，实现了在介质参数变化时的补偿计算，然而此种计算方法并不能补偿因介质参数变化导致的公式(1)中其他参数的变化情况；经计算，在被测介质工作压力及温度偏离原设计工作压力及温度较严重时，会导致整体系数k偏离原设计值30％甚至50％以上，计算得出的介质流量准确性较差而不可用，严重影响运行人员的正常监控和对热工过程的控制和调节。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法，该方法利用介质实际工作压力和温度，结合原设计管道及节流装置材质等信息，通过逻辑实时计算得出各参数的实际值，从而在分散控制系统中进行逻辑组态，实现介质流量的精确测量，确保运行人员正常监控和对热工过程的控制和调节。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法，包括以下步骤：

S100，获取节流装置前后差压信号、节流装置前介质压力信号以及节流装置前介质温度信号；

S200，依据节流装置前后差压信号和节流装置前介质压力信号计算得出节流装置前后压力比；

由节流装置前介质温度信号和已知的节流装置内径、管道内径、节流装置和管道各自的金属线膨胀系数，计算得出工作温度下节流装置内径、管道内径以及节流装置孔径比；

依据节流装置前介质压力信号和节流装置前介质温度信号，利用水和水蒸汽焓熵表计算得出工作介质密度、动力黏度和等熵指数；

S300，利用节流装置孔径比计算得出初步流出系数；

利用压力比、节流装置孔径比、等熵指数以及介质性质，得出介质可膨胀系数；

S400，利用介质密度、节流装置差压、节流装置内径、初步流出系数及可膨胀系数，得到流量测量中间值；

S500，利用介质动力黏度、流量测量中间值、管道直径，计算得到雷诺数中间值；

S600，利用雷诺数中间值和节流装置孔径比计算得到流出系数；

S700，结合流出系数、节流装置直径、可膨胀系数以及流体密度、节流装置差压，得出最终流量值。

作为本发明的进一步改进，S200中，将所述节流装置前后差压信号与节流装置前介质压力信号经过第一减法运算，得到除法运算的第一输入值；将第一减法运算的输出与节流装置前介质压力信号经除法运算，得到压力比τ作为第一函数的第三输入值；

将节流装置前介质压力信号与节流装置前介质温度信号经第一焓熵表运算得出工作状态下介质密度ρ₁分别作为第三函数的第二输入值和第六函数的第二输入值；

将节流装置前介质压力信号与节流装置前介质温度信号经第二焓熵表运算得出工作状态下动力黏度μ分别作为第四函数的第一输入值；

将节流装置前介质压力信号与节流装置前介质温度信号经第三焓熵表运算得出工作状态下等熵指数κ分别作为第一函数的第一输入值。

作为本发明的进一步改进，S300中，将节流装置前介质温度信号和第三定值经过第二减法运算，得到第一乘法运算的第三输入值和第二乘法运算的第一输入值；

将数值为20℃时的节流装置开孔直径的第二定值以及数值为节流装置线膨胀系数的第一定值分别作为第一乘法运算的第一输入值和第二输入值，结合第一乘法运算的第三输入值，得到工作状态下的节流装置内径d，分别作为第三函数的第三输入值、第六函数的第四输入值以及第三乘法运算的第一输入值；

将数值为介质管道线膨胀系数的第四定值以及数值为20℃时的管道直径的第五定值分别作为第二乘法运算的第二输入值和第三输入值，结合第二乘法运算的第一输入值，得到工作状态下的管道孔径D，分别作为第三乘法运算的第二输入值、第四函数的第三输入值；

第三乘法运算计算得出的孔径比β分别作为第二函数的输入值、第五函数的第二输入值以及第一函数的第二输入值；第二函数的输出值流出系数C₀作为第三函数的第四输入值；

经第一函数运算的输出值作为切换运算块的N端输入值，数值为1的第六定值作为切换运算块Y端的输入值，当被测介质为水时，切换块输出为Y端的输入值，当被测介质不为水时，切换块输出为N端的输入值，切换运算块计算的输出值可膨胀系数ε分别作为第三函数的第五输入值以及第六函数的第五输入值。

作为本发明的进一步改进，S400中，节流装置前后差压信号作为第三函数的第一输入值与其他输入值一起，经过第三函数的运算后，得到输出值流量计算中间值q_m0。

作为本发明的进一步改进，S500中，第三函数的输出值作为第四函数的第二输入值；第四函数的各输入值经过运算后，得到雷诺数计算中间值R_eD0。

作为本发明的进一步改进，S600中，第四函数输出值作为第五函数的第一输入值；第五函数的两个输入值经函数运算后得到流出系数C₁。

作为本发明的进一步改进，S700中，第五函数的输出值流出系数C₁作为第六函数的第三输入值；节流装置前后差压信号作为第六函数的第一输入值，同第六函数的其他输入值一起，经过第六函数运算，输出得到最终的介质流量。

作为本发明的进一步改进，第一函数、第二函数、第三函数、第四函数、第五函数、第六函数运算数学公式如下：

第一函数为计算蒸汽介质可膨胀系数ε的计算公式，对于不同类型的标准节流装置，其可膨胀系数ε的计算公式如下：

其中，

β—节流装置直径d和管线直径D之比(孔径比)，无量纲；

p₂—节流装置之后的压力值，p_a；

p₁—节流装置之后的压力值，p_a；

τ—压力比，τ＝p₂/p₁；

κ—等熵指数，无量纲；

第二函数为第一次计算初步流出系数C₀的计算公式，对于不同类型的标准节流装置，其初步流出系数C₀的计算公式如下：

第三函数为第一次计算得出的初步流量计算中间值q_m0的计算公式，其计算公式为：

式中，

q_m0—第一次计算的初步质量流量，单位kg/s；

C₀—第一次参数计算得到的初步流出系数，无量纲；

ε—可膨胀性系数，无量纲，对于液体，取值为1；

d—工作条件下装置节流孔或喉部直径，单位m；

Δp—节流装置前后差压信号，单位p_a；

ρ₁—工作状态下流体的密度，单位kg/m³；

第四函数为计算流出系数C₁所需要的雷诺数R_eD0的计算公式，其计算公式为：

式中，

R_eD0—初步计算流量下的管道雷诺数，无量纲；

q_m0—第一次计算的初步质量流量，单位kg/s；

D—工作条件下的管道直径，单位m；

μ—被测流体的动力黏度，单位m²/s；

第五函数为第二次参数计算的流出系数C₁的计算公式，对于不同类型的标准节流装置，其初步流出系数C₁的计算公式如下：

其中，

β—节流装置直径d和管线直径D之比，无量纲；

R_eD0—根据介质管道D计算出的雷诺数，第四函数的计算输出结果；

第六函数为第二次计算得出的最终流量计算的流量值q_m的计算公式，其计算公式为：

式中，

q_m—最终计算得到的质量流量，单位kg/s；

C₁—第二次参数计算的流出系数，无量纲；

ε—可膨胀性系数，无量纲，对于水，取值为1；

d—工作条件下装置节流孔或喉部直径，单位m；

Δp—节流装置前后差压信号，单位p_a；

ρ₁—工作状态下流体的密度，单位kg/m³。

作为本发明的进一步改进，所述的流量计算方法采用两次参数计算最终得到最终流量值。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提出的水和蒸汽流量精确计算方法是基于原设计节流装置计算进行的，结合工业过程分散控制系统计算复杂度和逻辑实现的可行性，通过获取节流装置前后差压信号、节流装置前介质压力信号以及节流装置前介质温度信号作为原始计算数据，经过计算得出节流装置前后压力比；再得出工作温度下节流装置内径、管道内径以及节流装置孔径比；计算得出工作介质密度、动力黏度和等熵指数；利用节流装置孔径比计算得出初步流出系数；再得出介质可膨胀系数；进而得到流量测量中间值和雷诺数中间值；最后计算得到流出系数；结合流出系数、节流装置直径、可膨胀系数以及流体密度、节流装置差压，得出最终流量值。该方法将原本需要迭代计算的过程进行了相应简化，将分散控制系统(DCS)的逻辑组态简化为两次计算。一方面，分散控制系统(DCS)的运算过程是采用逐页逻辑组态、逐个运算块扫描计算的模式，每个扫描周期内每页逻辑组态、每个运算块仅计算一次，如果采用循环迭代的方案，则每一次计算需要经过多个扫描周期的运算，严重影响数据监控的实时性；另一方面，结合设计文档中的节流装置计算书的已知条件，基于节流装置测量的水及蒸汽流量的迭代计算过程必然收敛，且前两步计算的收敛率达到90％以上，经过简化的两步计算之后的计算结果不确定度已经在合理范围之内；基于以上分析，本发明提出的两步计算确保整个计算过程在一个扫描周期内完成，满足监控实时性的要求，同时计算得出的标准节流装置流量测量计算值完全可以满足工业过程运行人员对工艺系统的正常监控和热工过程的精确控制和调节的要求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法的逻辑运算回路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法，所述计算方法对被测介质在工作状态下偏离设计值的各个流量计算参数进行全面计算修正，结合工业过程分散控制系统计算复杂度和逻辑实现的可行性，搭建一种简化的水及蒸汽流量计算控制回路，如图1所示，所述计算方法包括以下步骤：

获取节流装置前后差压信号、节流装置前介质压力信号以及节流装置前介质温度信号；

依据节流装置前后差压信号和节流装置前介质压力信号计算得出节流装置前后压力比；

由节流装置前介质温度信号和已知的节流装置内径、管道内径、节流装置和管道各自的金属线膨胀系数，计算得出工作温度下节流装置内径、管道内径以及节流装置孔径比；

依据节流装置前介质压力信号和节流装置前介质温度信号，利用水和水蒸汽焓熵表计算得出工作介质密度、动力黏度和等熵指数；

利用节流装置孔径比计算得出初步流出系数；

利用压力比、节流装置孔径比、等熵指数以及介质性质，得出介质可膨胀系数；

利用介质密度、节流装置差压、节流装置内径、初步流出系数及可膨胀系数，得到流量测量中间值；

利用介质动力黏度、流量测量中间值、管道直径，计算得到雷诺数中间值；

利用雷诺数中间值和节流装置孔径比计算得到流出系数；

结合流出系数、节流装置直径、可膨胀系数以及流体密度、节流装置差压，得出最终流量值。

本发明还提供了采用标准节流装置测量水及蒸汽流量精确计算逻辑回路的结构示意图，具体如图2所示。

将所述节流装置前后差压信号与节流装置前介质压力信号经过第一减法运算，得到除法运算的第一输入值；将减法运算的输出与节流装置前介质压力信号经除法运算，得到压力比τ作为第一函数的第三输入值；

将节流装置前介质压力信号与节流装置前介质温度信号经第一焓熵表运算得出工作状态下介质密度ρ₁分别作为第三函数的第二输入值和第六函数的第二输入值；

将节流装置前介质压力信号与节流装置前介质温度信号经第二焓熵表运算得出工作状态下动力黏度μ分别作为第四函数的第一输入值；

将节流装置前介质压力信号与节流装置前介质温度信号经第三焓熵表运算得出工作状态下等熵指数κ分别作为第一函数的第一输入值；

将节流装置前介质温度信号和数值为20的第三定值经过减法运算，得到第一乘法运算的第三输入值和第二乘法运算的第一输入值；

将数值为20℃时的节流装置开孔直径的第二定值以及数值为节流装置线膨胀系数的第一定值分别作为第一乘法运算的第一输入值和第二输入值，结合第一乘法运算的第三输入值，得到工作状态下的节流装置内径d，分别作为第三函数的第三输入值、第六函数的第四输入值以及第三乘法运算的第一输入值；

将数值为介质管道线膨胀系数的第四定值以及数值为20℃时的管道直径的第五定值分别作为第二乘法运算的第二输入值和第三输入值，结合第二乘法运算的第一输入值，得到工作状态下的管道孔径D，分别作为第三乘法运算的第二输入值、第四函数的第三输入值；

第三乘法运算计算得出的孔径比β分别作为第二函数的输入值、第五函数的第二输入值以及第一函数的第二输入值；第二函数的输出值流出系数C0作为第三函数的第四输入值；

经第一函数运算的输出值作为切换运算块的N端输入值，数值为1的第六定值作为切换运算块Y端的输入值，当被测介质为水时，切换块输出为Y端的输入值，当被测介质不为水时，切换块输出为N端的输入值，切换运算块计算的输出值可膨胀系数分别作为第三函数的第五输入值以及第六函数的第五输入值；

节流装置前后差压信号作为第三函数的第一输入值与其他输入值一起，经过第三函数的运算后，得到输出值流量计算中间值，第三函数的输出值作为第四函数的第二输入值；第四函数的各输入值经过运算后，得到雷诺数计算中间值R_eD0，该输出值作为第五函数的第一输入值；第五函数的两个输入值经函数运算后得到流出系数C1作为第六函数的第三输入值；

节流装置前后差压信号作为第六函数的第一输入值，同第六函数的其他输入值一起，经过函数运算，输出得到最终的介质流量。

其中，第一函数、第二函数、第三函数、第四函数、第五函数、第六函数基本运算数学公式如下：

第一函数为计算蒸汽介质可膨胀系数ε的计算公式，对于不同类型的标准节流装置，其可膨胀系数ε的计算公式如下表。

表中，

β—节流装置直径d和管线直径D之比(孔径比)，无量纲；

p₂—节流装置之后的压力值，p_a；

p₁—节流装置之后的压力值，p_a；

τ—压力比，τ＝p₂/p₁；

κ—等熵指数，无量纲；

第二函数为第一次计算初步流出系数C₀的计算公式，对于不同类型的标准节流装置，其初步流出系数C₀的计算公式如下表。

第三函数为第一次参数计算得出的初步流量计算流量计算中间值q_m0的计算公式，其计算公式为：

式中，

q_m0—第一次参数计算的初步质量流量，单位kg/s；

C₀—第一次参数计算的初步流出系数，无量纲；

ε—可膨胀性(膨胀)系数，无量纲，对于液体，取值为1；

d—工作条件下装置节流孔或喉部直径，单位m；

Δp—节流装置前后差压信号，单位p_a；

ρ₁—工作状态下流体的密度，单位kg/m³。

第四函数为计算流出系数C₁所需要的雷诺数R_eD0的计算公式，其基本计算公式为：

式中，

R_eD0—初步计算流量下的管道雷诺数，无量纲；

q_m0—第一次参数计算的初步质量流量，单位kg/s；

D—工作条件下的管道直径，单位m；

μ—被测流体的动力黏度，单位m²/s；

第五函数为第二次参数计算的流出系数C₁的计算公式，对于不同类型的标准节流装置，其初步流出系数C₁的计算公式如下表。

表中，

β—节流装置直径d和管线直径D之比(孔径比)，无量纲；

R_eD0—根据介质管道D计算出的雷诺数，第四函数的计算输出结果；

第六函数为参数计算得出的最终流量计算的流量值q_m的计算公式，其计算公式为：

式中，

q_m—最终计算得到的质量流量，单位kg/s；

C₁—第二次参数计算的流出系数，无量纲；

ε—可膨胀性(膨胀)系数，无量纲，对于水，取值为1；

d—工作条件下装置节流孔或喉部直径，单位m；

Δp—节流装置前后差压信号，单位p_a；

ρ₁—工作状态下流体的密度，单位kg/m³。

实施例

结合附图1，因本发明所提标准节流装置主要包含标准孔板、ISA1932喷嘴、长径喷嘴三种型式的节流装置，示例性的，实施例中以标准孔板为例进行描述。

将所述节流装置前后差压信号与节流装置前介质压力信号经过第一减法运算，得到除法运算的第一输入值；将减法运算的输出与节流装置前介质压力信号经除法运算，得到压力比τ作为第一函数的第三输入值；

将节流装置前介质压力信号与节流装置前介质温度信号经第一焓熵表运算得出工作状态下介质密度ρ₁分别作为第三函数的第二输入值和第六函数的第二输入值；

将节流装置前介质压力信号与节流装置前介质温度信号经第二焓熵表运算得出工作状态下动力黏度μ分别作为第四函数的第一输入值；

将节流装置前介质压力信号与节流装置前介质温度信号经第三焓熵表运算得出工作状态下等熵指数κ分别作为第一函数的第一输入值；

将节流装置前介质温度信号和数值为20的第三定值经过减法运算，得到第一乘法运算的第三输入值和第二乘法运算的第一输入值；

将数值为20℃时的节流装置开孔直径的第二定值以及数值为节流装置线膨胀系数的第一定值分别作为第一乘法运算的第一输入值和第二输入值，结合第一乘法运算的第三输入值，得到工作状态下的节流装置内径d，分别作为第三函数的第三输入值、第六函数的第四输入值以及第三乘法运算的第一输入值；

将数值为介质管道线膨胀系数的第四定值以及数值为20℃时的管道直径的第五定值分别作为第二乘法运算的第二输入值和第三输入值，结合第二乘法运算的第一输入值，得到工作状态下的管道孔径D，分别作为第三乘法运算的第二输入值、第四函数的第三输入值；

第三乘法运算计算得出的孔径比β分别作为第二函数的输入值、第五函数的第二输入值以及第一函数的第二输入值；第二函数的输出值流出系数C₀作为第三函数的第四输入值；

示例性的，对于标准孔板，第二函数对第一次参数计算得到初步流出系数C₀的计算公式为：其中：q_m0为第一次计算得到的初步质量流量；ε为可膨胀性(膨胀)系数，对于液体，取值为1；d为工作条件下装置节流孔或喉部直径；Δp为节流装置前后差压信号；ρ₁为工作状态下流体的密度；

经第一函数运算的输出值作为切换运算块的N端输入值，数值为1的第六定值作为切换运算块Y端的输入值，当被测介质为水时，切换块输出为Y端的输入值，当被测介质不为水时，切换块输出为N端的输入值，切换运算块计算的输出值可膨胀系数分别作为第三函数的第五输入值以及第六函数的第五输入值；

示例性的，对于标准孔板，第一函数对可膨胀系数ε的计算公式为：其中：β为节流装置直径d和管线直径D之比(孔径比)；p₂为节流装置之后的压力值；p₁为节流装置之后的压力值；τ为节流装置前后压力比，τ＝p₂/p₁；κ为等熵指数；

节流装置前后差压信号作为第三函数的第一输入值与其他输入值一起，经过第三函数的运算后，得到输出值流量计算中间值，第三函数的输出值作为第四函数的第二输入值；

示例性的，对于标准孔板，第三函数对初步流量计算中间值q_m0的计算公式为：其中：C₀为第一次参数计算的初步流出系数；ε为可膨胀性(膨胀)系数，对于液体，取值为1；d为工作条件下装置节流孔或喉部直径；Δp为节流装置前后差压信号；ρ₁为工作状态下流体的密度；

第四函数的各输入值经过运算后，得到雷诺数计算中间值R_eD0，该输出值作为第五函数的第一输入值；

示例性的，对于标准孔板，第四函数对雷诺数计算中间值R_eD0的计算公式为：其中，q_m0为第一次基三得到的初步质量流量；D为工作条件下的管道直径；μ为被测流体的动力黏度；

第五函数的两个输入值经函数运算后得到流出系数C₁作为第六函数的第三输入值；

示例性的，对于标准孔板，第五函数得到第二次参数计算得到流出系数C₁的计算公式为：其中，β为节流装置直径d和管线直径D之比(孔径比)；R_eD0为根据介质管道D计算出的雷诺数，也即第四函数的计算输出结果；

节流装置前后差压信号作为第六函数的第一输入值，同第六函数的其他输入值一起，经过函数运算，输出得到最终的介质流量。

示例性的，对于标准孔板，第六函数对最终流量计算的流量值q_m的计算公式为：其中，C₁为第二次参数计算的流出系数；ε为可膨胀性(膨胀)系数，对于水，取值为1；d为工作条件下装置节流孔直径；Δp为节流装置前后差压信号；ρ₁为工作状态下流体的密度；

实施例提出的标准孔板流量测量精确计算方法结合工业过程分散控制系统计算复杂度和逻辑实现的可行性，将需要多步迭代计算的过程进行了相应简化，即程序仅执行两步计算即得出最终结果；因为依据已知条件本发明的计算过程必然收敛，且经两次计算之后，后续计算的不确定度已经在合理范围之内，完全可以满足工业过程运行人员对工艺系统的正常监控和热工过程的精确控制和调节的要求。

因此本发明一种基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法，对被测介质在工作状态下偏离设计值的各个流量计算参数进行全面计算修正，结合工业过程分散控制系统计算复杂度和逻辑实现的可行性，搭建一种采用两阶段计算的简化水及蒸汽流量精确计算控制回路，实现了水及蒸汽流量的精确测量计算，同时逻辑实现简单，满足工业过程运行人员对工艺系统的正常监控和热工过程的精确控制和调节的要求。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100，获取节流装置前后差压信号、节流装置前介质压力信号以及节流装置前介质温度信号；

S200，依据节流装置前后差压信号和节流装置前介质压力信号计算得出节流装置前后压力比；

由节流装置前介质温度信号和已知的节流装置内径、管道内径、节流装置和管道各自的金属线膨胀系数，计算得出工作温度下节流装置内径、管道内径以及节流装置孔径比；

依据节流装置前介质压力信号和节流装置前介质温度信号，利用水和水蒸汽焓熵表计算得出工作介质密度、动力黏度和等熵指数；

S300，利用节流装置孔径比计算得出初步流出系数；

利用压力比、节流装置孔径比、等熵指数以及介质性质，得出介质可膨胀系数；

S400，利用介质密度、节流装置差压、节流装置内径、初步流出系数及可膨胀系数，得到流量测量中间值；

S500，利用介质动力黏度、流量测量中间值、管道直径，计算得到雷诺数中间值；

S600，利用雷诺数中间值和节流装置孔径比计算得到流出系数；

S700，结合流出系数、节流装置直径、可膨胀系数以及流体密度、节流装置差压，得出最终流量值。

2.根据权利要求1所述的基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法，其特征在于：S200中，将所述节流装置前后差压信号与节流装置前介质压力信号经过第一减法运算，得到除法运算的第一输入值；将第一减法运算的输出与节流装置前介质压力信号经除法运算，得到压力比τ作为第一函数的第三输入值；

将节流装置前介质压力信号与节流装置前介质温度信号经第一焓熵表运算得出工作状态下介质密度ρ₁分别作为第三函数的第二输入值和第六函数的第二输入值；

将节流装置前介质压力信号与节流装置前介质温度信号经第二焓熵表运算得出工作状态下动力黏度μ分别作为第四函数的第一输入值；

将节流装置前介质压力信号与节流装置前介质温度信号经第三焓熵表运算得出工作状态下等熵指数κ分别作为第一函数的第一输入值。

3.根据权利要求2所述的基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法，其特征在于：S300中，

将节流装置前介质温度信号和第三定值经过第二减法运算，得到第一乘法运算的第三输入值和第二乘法运算的第一输入值；

将数值为20℃时的节流装置开孔直径的第二定值以及数值为节流装置线膨胀系数的第一定值分别作为第一乘法运算的第一输入值和第二输入值，结合第一乘法运算的第三输入值，得到工作状态下的节流装置内径d，分别作为第三函数的第三输入值、第六函数的第四输入值以及第三乘法运算的第一输入值；

将数值为介质管道线膨胀系数的第四定值以及数值为20℃时的管道直径的第五定值分别作为第二乘法运算的第二输入值和第三输入值，结合第二乘法运算的第一输入值，得到工作状态下的管道孔径D，分别作为第三乘法运算的第二输入值、第四函数的第三输入值；

第三乘法运算计算得出的孔径比β分别作为第二函数的输入值、第五函数的第二输入值以及第一函数的第二输入值；第二函数的输出值流出系数C₀作为第三函数的第四输入值；

经第一函数运算的输出值作为切换运算块的N端输入值，数值为1的第六定值作为切换运算块Y端的输入值，当被测介质为水时，切换块输出为Y端的输入值，当被测介质不为水时，切换块输出为N端的输入值，切换运算块计算的输出值可膨胀系数ε分别作为第三函数的第五输入值以及第六函数的第五输入值。

4.根据权利要求3所述的基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法，其特征在于：S400中，节流装置前后差压信号作为第三函数的第一输入值与其他输入值一起，经过第三函数的运算后，得到输出值流量计算中间值q_m0。

5.根据权利要求4所述的基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法，其特征在于：S500中，第三函数的输出值作为第四函数的第二输入值；第四函数的各输入值经过运算后，得到雷诺数计算中间值R_eD0。

6.根据权利要求5所述的基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法，其特征在于：S600中，第四函数输出值作为第五函数的第一输入值；第五函数的两个输入值经函数运算后得到流出系数C₁。

7.根据权利要求6所述的基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法，其特征在于：S700中，第五函数的输出值流出系数C₁作为第六函数的第三输入值；节流装置前后差压信号作为第六函数的第一输入值，同第六函数的其他输入值一起，经过第六函数运算，输出得到最终的介质流量。

8.根据权利要求3所述的基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法，其特征在于：第一函数、第二函数、第三函数、第四函数、第五函数、第六函数运算数学公式如下：

第一函数为计算蒸汽介质可膨胀系数ε的计算公式，对于不同类型的标准节流装置，其可膨胀系数ε的计算公式如下：

装置名称参数公式

标准孔板ε

喷嘴ε

长径喷嘴ε

其中，

β—节流装置直径d和管线直径D之比(孔径比)，无量纲；

p₂—节流装置之后的压力值，p_a；

p₁—节流装置之后的压力值，p_a；

τ—压力比，τ＝p₂/p₁；

κ—等熵指数，无量纲；

第二函数为第一次计算初步流出系数C₀的计算公式，对于不同类型的标准节流装置，其初步流出系数C₀的计算公式如下：

装置名称参数公式

标准孔板C₀

ISA1932喷嘴C₀

长径喷嘴C₀

第三函数为第一次计算得出的初步流量计算中间值q_m0的计算公式，其计算公式为：

式中，

q_m0—第一次计算的初步质量流量，单位kg/s；

C₀—第一次参数计算得到的初步流出系数，无量纲；

ε—可膨胀性系数，无量纲，对于液体，取值为1；

d—工作条件下装置节流孔或喉部直径，单位m；

Δp—节流装置前后差压信号，单位p_a；

ρ₁—工作状态下流体的密度，单位kg/m³；

第四函数为计算流出系数C₁所需要的雷诺数R_eD0的计算公式，其计算公式为：

式中，

R_eD0—初步计算流量下的管道雷诺数，无量纲；

q_m0—第一次计算的初步质量流量，单位kg/s；

D—工作条件下的管道直径，单位m；

μ—被测流体的动力黏度，单位m²/s；

第五函数为第二次参数计算的流出系数C₁的计算公式，对于不同类型的标准节流装置，其初步流出系数C₁的计算公式如下：

装置名称参数公式

标准孔板C₁

ISA1932喷嘴C₁

长径喷嘴C₁

其中，

β—节流装置直径d和管线直径D之比，无量纲；

R_eD0—根据介质管道D计算出的雷诺数，第四函数的计算输出结果；

第六函数为第二次计算得出的最终流量计算的流量值q_m的计算公式，其计算公式为：

式中，

q_m—最终计算得到的质量流量，单位kg/s；

C₁—第二次参数计算的流出系数，无量纲；

ε—可膨胀性系数，无量纲，对于水，取值为1；

d—工作条件下装置节流孔或喉部直径，单位m；

Δp—节流装置前后差压信号，单位p_a；

ρ₁—工作状态下流体的密度，单位kg/m³。

9.根据权利要求1所述的基于节流装置测量的水及蒸汽流量计算方法，其特征在于：所述的流量计算方法采用两次参数计算最终得到最终流量值。