CN111854893A - 天然气流量计检定环道系统及其气体温度的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气流量计检定环道系统及其气体温度的控制方法，属于流量计检定技术领域。本发明通过离心压缩单元、换热单元与流量检测单元来对被检流量计进行检定，其中，离心压缩单元用于对气体进行压缩，换热单元用于对气体进行冷却。通过将增压后的高温气体经过换热单元进行冷却，可以使标准流量计和被检流量计中通过的气体的温度在预设范围内，不会对使用该装置测得的被检流量计的不确定度产生影响，使检定结果更准确。

Description

天然气流量计检定环道系统及其气体温度的控制方法

技术领域

本发明涉及流量计检定技术领域，特别涉及一种天然气流量计检定环道系统及其气体温度的控制方法。

背景技术

根据国家检定规定，所有贸易交接用天然气流量计都需要送到天然气流量计检定机构进行检定。

目前检定机构常采用环道检定系统进行检定。常用的环道检定系统是通过将气体进行增压后分别使用标准流量计和被检流量计测量流量，通过对比标准流量计和被检流量计的所测的流量值来获取该被检流量计的流量示值误差。

上述环道检定系统中，增压后的气体温度较高，如果不及时对该气体进行冷却，将会增大该测量结果的不确定度，使该环道检定方法得到的检定结果不准确。

发明内容

本发明实施例提供了一种天然气流量计检定环道系统及其气体温度的控制方法，能够解决目前常用的环道检定系统中，增压后的气体温度较高，得到的检定结果不准确的问题。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种天然气流量计检定环道系统，所述天然气流量计检定环道系统包括：离心压缩单元、换热单元、流量检测单元、水循环系统和控制器；

所述离心压缩单元的出口与所述换热单元的管程进口连通，所述换热单元的管程出口与所述流量检测单元的进口连通，所述流量检测单元的出口与所述离心压缩单元的进口连通；

所述水循环系统包括：顺次连通的第一储水罐、调温单元、第二储水罐、水泵与流量调节单元；

所述流量调节单元的出口与所述换热单元的壳程进口连通，所述换热单元的壳程出口与所述第一储水罐的第一进口连通；

所述控制器与所述调温单元、所述流量调节单元电性耦接。

在一种可能的设计中，所述天然气流量计检定环道系统还包括：

设置在所述换热单元的管程进口处的第一温度传感器；

设置在所述换热单元的管程出口处的第二温度传感器；

设置在所述流量检测单元上的流量传感器；

所述控制器与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述流量传感器分别电性耦接。

在一种可能的设计中，所述天然气流量计检定环道系统中弯曲管道的曲率半径为120毫米(mm)-140mm。

在一种可能的设计中，所述离心压缩单元的压缩比为1:(1.05-1.2)。

在一种可能的设计中，所述离心压缩单元和所述换热单元之间连通有呈并联分布的多个管道；

每个管道上设有阀门。

在一种可能的设计中，所述离心压缩单元中设有振动发声器。

在一种可能的设计中，所述水循环系统还包括：与所述第一储水罐的第二进口连通的补水罐。

在一种可能的设计中，所述天然气流量计检定环道系统还包括补气单元；

所述补气单元与所述离心压缩单元的进口连通。

一方面，提供了一种天然气流量计检定环道系统的气体温度的控制方法，所述控制方法包括：

获取从换热单元流出的气体的多个第一温度以及流经流量检测单元的气体的多个第二温度，每个第一温度与每个第二温度一一对应；

对所述多个第一温度与所述多个第二温度进行拟合，得出当流经所述流量检测单元的气体温度为目标温度时，从所述换热单元流出的气体的第三温度；

基于所述第三温度以及流入至所述换热单元的气体的第四温度、气体流量，计算得到将所述换热单元中的气体从所述第四温度冷却至所述第三温度的热交换量；

基于所述热交换量，控制水循环系统向所述换热单元提供的冷却水的流量和温度。

在一种可能的实现方式中，所述对所述多个第一温度与所述多个第二温度进行拟合，包括：

以第一温度为横坐标、第二温度为纵坐标，拟合出第一温度与第二温度之间的关系曲线。

本发明实施例提供的天然气流量计检定环道系统，通过离心压缩单元、换热单元与流量检测单元来对被检流量计进行检定，其中，离心压缩单元用于对气体进行压缩，换热单元用于对气体进行冷却。通过将增压后的高温气体经过换热单元进行冷却，可以使标准流量计和被检流量计中通过的气体的温度在预设范围内，不会对使用该装置测得的被检流量计的不确定度产生影响，使检定结果更准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种天然气流量计检定环道系统的装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种天然气流量计检定环道系统的气体温度的控制方法的流程图；

其中，各附图标记如下：

1-离心压缩单元；

2-换热单元；

3-流量检测单元；

4-水循环系统；

41-第一储水罐；

42-调温单元；

43-第二储水罐；

44-水泵；

45-流量调节单元；

5-控制器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种天然气流量计检定环道系统的装置结构示意图，参见图1，该天然气流量计检定环道系统包括：离心压缩单元1、换热单元2、流量检测单元3、水循环系统4和控制器5；该离心压缩单元1的出口与该换热单元2的管程进口连通，该换热单元2的管程出口与该流量检测单元3的进口连通，该流量检测单元3的出口与该离心压缩单元1的进口连通；该水循环系统4包括：顺次连通的第一储水罐41、调温单元42、第二储水罐43、水泵44与流量调节单元45；该流量调节单元45的出口与该换热单元2的壳程进口连通，该换热单元2的壳程出口与该第一储水罐41的第一进口连通；该控制器5与该调温单元42、该流量调节单元45电性耦接。

下面对该天然气流量计检定环道系统的工作原理进行详述：

该流量检测单元3中设有标准流量计和被检流量计，使用标准流量计和被检流量计同时测量该环道系统中气体的流量，从而用该标准流量计对该被检流量计进行检定。为了使用于检定的气体的压力和温度符合检定要求，本发明实施例使用离心压缩单元1对该气体进行压缩，气体被压缩后温度升高，为了降低气体温度，本发明实施例设置了水循环系统4和控制器5，该控制器5能够控制该水循环系统4为该换热单元2提供一定温度、一定流量的冷却水。其中，该水泵44用于为该水循环系统4提供动力。

其中，水循环系统4中的水从第一储水罐41流经该调温单元42，该调温单元42对该水进行冷却后将该冷却水输入该第二储水罐43，进而该冷却水经该水泵44流入该流量调节单元45，该流量调节单元45将该冷却水的流量调节至设定流量后输入该换热单元2的壳程，对该换热单元2的管程中的气体进行冷却。

具体地，为了对该水循环系统4提供的冷却水的温度和流量进行准确的调节，可以获取从换热单元2流出的气体的多个第一温度，以及流经流量检测单元3的气体的多个第二温度，每个第一温度与每个第二温度一一对应；对该多个第一温度与该多个第二温度进行拟合，得出当流经该流量检测单元3的气体温度为目标温度时，从该换热单元2流出的气体的第三温度；基于该第三温度以及流入至该换热单元2的气体的第四温度、气体流量，计算得到将该换热单元2中的气体从该第四温度冷却至该第三温度的热交换量；基于该热交换量，控制水循环系统4向该换热单元2提供的冷却水的流量和温度。

本发明实施例提供的天然气流量计检定环道系统，通过离心压缩单元1、换热单元2与流量检测单元3来对被检流量计进行检定，其中，离心压缩单元1用于对气体进行压缩，换热单元2用于对气体进行冷却。通过将增压后的高温气体经过换热单元2进行冷却，可以使标准流量计和被检流量计中通过的气体的温度在预设范围内，不会对使用该装置测得的被检流量计的不确定度产生影响，使检定结果更准确。

在一种可能的设计中，该天然气流量计检定环道系统还包括：设置在该换热单元2的管程进口处的第一温度传感器；设置在该换热单元2的管程出口处的第二温度传感器；设置在该流量检测单元3上的流量传感器；该控制器5与该第一温度传感器、该第二温度传感器、该流量传感器分别电性耦接。

其中，该换热单元2可以是换热器。该换热器具有用于使气体通过的管程以及在该管程外部设置的具有一定空腔的壳程，该壳程设有进口和出口，用于使该冷却水流过，以便该冷却水对该管程内的气体进行冷却。

该调温单元42也可以是热交换器，或者，该调温单元42包括加热和/或冷却构件，可根据不同气候条件来升高或降低该第一储水罐41和该第二储水罐43中水体的温度。该流量调节单元45可以是阀门。该冷却水可以使用软水，从而减少设备和管道的结垢和阻垢，减少设备维修次数，延长设备使用寿命。

上述设置使得：在该控制器5的控制作用下，该调温单元42和该流量调节单元45可以实时地对流经该换热单元2的壳程中的水的温度和流量进行调节，以便为该换热单元2提供换热所需的热交换量。

具体地，该第一温度传感器和该第二温度传感器用于向该控制器5传输温度信号，该控制器5基于该上述温度信号和热交换量对该调温单元42进行调节，确保为该换热单元2提供符合温度要求的冷却水。

该流量传感器用于向该控制器5传输流量信号，该控制器5基于该流量信号和热交换量对该流量检测单元3进行调节，确保为该换热单元2提供符合流量要求的水。

该控制器5可以通过模糊PID控制方法对该换热单元2进行控制，针对目标温度偏离设定温度的差值所在的温度区间，以及管道与流量值，确定相应的该PID参数。将该环道系统内的温度变化量控制在±0.2摄氏度(℃)/6分钟(min)以内。

在一种可能的设计中，该天然气流量计检定环道系统中弯曲管道的曲率半径为120mm-140mm。从而能够有效衰减气体脉动，以免气体脉动对检定结果产生影响。还可以采用变径异型汇管来进一步衰减气体脉动。

进一步的，该管道上还可以设置保温层，以避免或减弱环境温度变化对气体温度的影响。

在一种可能的设计中，该离心压缩单元1的压缩比为1:(1.05-1.2)。

采用低压缩比的离心压缩单元1能够有效衰减气体脉动，以免气体脉动对检定结果产生影响。其中，该离心压缩单元1可以是离心压缩机。

进一步的，该水循环系统4还可以对该离心压缩单元1中的离心压缩机进行冷却，提高离心压缩机的运转效率，降低离心压缩机出口处的气体温度。

在一种可能的设计中，该离心压缩单元1和该换热单元2之间连通有呈并联分布的多个管道；每个管道上设有阀门。

该多个管道的设置可以防止该离心压缩单元1发生喘振，具体地，在使用该系统进行流量计检定时，可以使用一个或少量管道进行工作，当该离心压缩单元1中传输啸叫声音时，可以打开其余的多个管道，使气体通过多个管道由离心压缩单元1流入该换热单元2中，从而保证气体流量平稳，有利于气体温度的控制，以及冷却水体的稳定，进一步确保该被检流量计的不确定度不受检定设备的影响。

在一种可能的设计中，该离心压缩单元1中设有振动发声器。

该振动传感器传输啸叫声音，通过该啸叫声音，能够及时准确的判断该离心压缩单元1是否已经发生喘振或轻微喘振，以便及时采取措施减弱喘振。

在一种可能的设计中，该水循环系统4还包括：与该第一储水罐41的第二进口连通的补水罐。

该补水罐用于对该第一储水罐41和该第二储水罐43进行补水，通过补水的方式对该第一储水罐41和该第二储水罐43中的水温进行调节，也能补充该水循环系统4中的水体损耗。

进一步地，该第一储水罐41和该第二储水罐43之间设置连通通道，通过该连通通道，使该第一储水罐41和该第二储水罐43之间的水体能够循环流通，从而使冷却水体的温度更加均匀和稳定，使对水体的冷却过程更易控制。

在一种可能的设计中，该天然气流量计检定环道系统还包括补气单元；该补气单元与该离心压缩单元1的进口连通。

该补气单元用于向该离心压缩单元1中补充气体，从而补充由于装置漏气等原因造成的气体损耗，保证该系统中气体的压力。

进一步地，该第一储水罐41和该第二储水罐43还可以包括呼吸单元，呼吸单元可包括吸气构件和呼气构件。呼吸单元与第一储水罐41和该第二储水罐43结合并能够形成可间歇性开合的密封腔体。呼吸单元可安装在第一储水罐41和该第二储水罐43的罐体的顶部，以形成密封腔体。吸气构件可将惰性气体供给第一储水罐41和该第二储水罐43，呼气构件可与第一储水罐41和该第二储水罐43连通。

例如，吸气构件可与第一储水罐41和该第二储水罐43的罐体顶部连接，并将惰性气体提供至密封腔体。呼气构件可与第一储水罐41和该第二储水罐43的罐体顶部连接，呼气构件能够将第一储水罐41和该第二储水罐43中的非惰性气体从该密封腔体中导出。吸气构件可具有能够延伸到罐体的水体内的出气端口，以便将惰性气体输送至水体中。这里，惰性气体可以为氮气和氩气等中的一种或多种。在本发明中通入惰性气体主要是为了隔绝非惰性气体(例如，氧气)，防止其与装置发生诸如氧化等反应而造成设备腐蚀。因此，惰性气体的类型不限于以上所描述的。非惰性气体可包括罐体中的氧气和水中的氧气等能够引起设备腐蚀的气体。

在使用时，冷却水可通过进水口注入第一储水罐41和该第二储水罐43。惰性气体可通过呼吸单元的吸气构件注入罐体及其内的水体中，以使惰性气体覆盖在水体表面并溶解在液体中，进而消除液体中所溶解的非惰性气体并进一步防止空气中氧渗入水体，进而起到防腐的作用。罐体和水体中的非惰性气体从呼气构件排出。经惰性气体处理后的冷却水可通过出水口流出罐体，并分别进入离心压缩机和换热器。

该第一储水罐41和该第二储水罐43上可以设置溢流口和排污口，该吸气构件的出气端口略高于溢流口。

图2是本发明实施例提供的一种天然气流量计检定环道系统的气体温度的控制方法的流程图，参见图2，该控制方法包括：

201、获取从该换热单元2流出的气体的多个第一温度以及流经该流量检测单元3的气体的多个第二温度，每个第一温度与每个第二温度一一对应。

其中，该第一温度与该第二温度表示同一个气体循环过程中的气体温度，该第一温度与该第二温度之间的对应关系可以是基于时间关系，例如，该检定过程可以包括多个气体循环过程，在每一个气体循环过程中，基于该气体流速和管道长度，获取气体从换热单元2流到该流量检测单元3的时间差，基于该时间差获取一一对应的第一温度和第二温度。该第二温度表示该标准流量计和该被检流量计测量的气体的温度。

202、对该多个第一温度与该多个第二温度进行拟合，得出当流经该流量检测单元3的气体温度为目标温度时，从该换热单元2流出的气体的第三温度。

通过获取第一温度与该第二温度之间的关系，来获取符合检定要求的第二温度。

在一种可能的实现方式中，该对该多个第一温度与该多个第二温度进行拟合，包括：以第一温度为横坐标、第二温度为纵坐标，拟合出该第一温度与该第二温度之间的关系曲线。

上述关系曲线用于表示该第一温度和该第二温度之间的数学关系，基于该关系曲线，可以计算当流经该流量检测单元3的气体温度为目标温度时，该换热单元2流出的气体的第三温度，从而便于后续计算该系统中换热单元2所需的热交换量。采用该关系曲线来表示该第一温度与该第二温度之间的关系较为直观，也使得计算该第三温度的过程更为快捷。

其中，基于该目标温度计算该第三温度的过程可以是：在该关系曲线图中，获取纵坐标为该目标温度的点，该点的横坐标即为该第三温度。

进一步的，还可以基于该关系曲线获取该第一温度和该第二温度之间的关系式，基于该关系式和该目标温度，也可以计算出该第三温度。

203、基于该第三温度以及流入至该换热单元2的气体的第四温度、气体流量，计算得到将该换热单元2中的气体从该第四温度冷却至该第三温度的热交换量。

基于上述数据计算所得的热交换量快速准确，有利于对该水循环系统4进行快速配置。

具体的，可以基于该第三温度、该第四温度、该气体流量以及热量计算公式：Q＝cm△t，计算该热交换量：

其中，Q表示热交换量，单位为焦(J)；c表示比热容，单位是焦每千克摄氏度(J/(kg·℃))；m表示气体质量，单位为千克(kg)；△t表示温度差，单位为℃。

204、基于该热交换量，控制该水循环系统4向该换热单元2提供的冷却水的流量和温度。

从流量和温度两个层面对该水循环系统4进行配置，迅速快捷，便于调控。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。

本发明实施例提供的天然气流量计检定环道系统的气体温度的控制方法，通过天然气流量计检定环道系统中的离心压缩单元、换热单元与流量检测单元来对被检流量计进行检定，其中，离心压缩单元用于对气体进行压缩，换热单元用于对气体进行冷却。基于上述天然气流量计检定环道系统中的各项参数，得到该换热单元所需的热交换量，通过控制该水循环系统向该换热单元提供的冷却水的流量和温度，来向该换热单元提供该热交换量，从而使该换热单元中的气体温度能够降低至所需温度，可以使标准流量计和被检流量计中通过的气体的温度在预设范围内，不会对使用该装置测得的被检流量计的不确定度产生影响，使检定结果更准确。

上述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种天然气流量计检定环道系统，其特征在于，所述天然气流量计检定环道系统包括：离心压缩单元(1)、换热单元(2)、流量检测单元(3)、水循环系统(4)和控制器(5)；

所述离心压缩单元(1)的出口与所述换热单元(2)的管程进口连通，所述换热单元(2)的管程出口与所述流量检测单元(3)的进口连通，所述流量检测单元(3)的出口与所述离心压缩单元(1)的进口连通；

所述水循环系统(4)包括：顺次连通的第一储水罐(41)、调温单元(42)、第二储水罐(43)、水泵(44)与流量调节单元(45)；

所述流量调节单元(45)的出口与所述换热单元(2)的壳程进口连通，所述换热单元(2)的壳程出口与所述第一储水罐(41)的第一进口连通；

所述控制器(5)与所述调温单元(42)、所述流量调节单元(45)电性耦接。

2.根据权利要求1所述的天然气流量计检定环道系统，其特征在于，所述天然气流量计检定环道系统还包括：

设置在所述换热单元(2)的管程进口处的第一温度传感器；

设置在所述换热单元(2)的管程出口处的第二温度传感器；

设置在所述流量检测单元(3)上的流量传感器；

所述控制器(5)与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述流量传感器分别电性耦接。

3.根据权利要求1所述的天然气流量计检定环道系统，其特征在于，所述天然气流量计检定环道系统中弯曲管道的曲率半径为120毫米mm-140mm。

4.根据权利要求1所述的天然气流量计检定环道系统，其特征在于，所述离心压缩单元(1)的压缩比为1:(1.05-1.2)。

5.根据权利要求1所述的天然气流量计检定环道系统，其特征在于，所述离心压缩单元(1)和所述换热单元(2)之间连通有呈并联分布的多个管道；

每个管道上设有阀门。

6.根据权利要求5所述的天然气流量计检定环道系统，其特征在于，所述离心压缩单元(1)中设有振动发声器。

7.根据权利要求1所述的天然气流量计检定环道系统，其特征在于，所述水循环系统(4)还包括：与所述第一储水罐(41)的第二进口连通的补水罐。

8.根据权利要求1所述的天然气流量计检定环道系统，其特征在于，所述天然气流量计检定环道系统还包括补气单元；

所述补气单元与所述离心压缩单元(1)的进口连通。

9.一种天然气流量计检定环道系统的气体温度的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

获取从换热单元(2)流出的气体的多个第一温度以及流经流量检测单元(3)的气体的多个第二温度，每个第一温度与每个第二温度一一对应；

对所述多个第一温度与所述多个第二温度进行拟合，得出当流经所述流量检测单元(3)的气体温度为目标温度时，从所述换热单元(2)流出的气体的第三温度；

基于所述第三温度以及流入至所述换热单元(2)的气体的第四温度、气体流量，计算得到将所述换热单元(2)中的气体从所述第四温度冷却至所述第三温度的热交换量；

基于所述热交换量，控制水循环系统(4)向所述换热单元(2)提供的冷却水的流量和温度。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述对所述多个第一温度与所述多个第二温度进行拟合，包括：

以第一温度为横坐标、第二温度为纵坐标，拟合出第一温度与第二温度之间的关系曲线。

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