CN113154258B - 一种监测低压燃气管道特征流量的方法 - Google Patents

一种监测低压燃气管道特征流量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种监测低压燃气管道特征流量的方法，设有调压装置，调压装置两侧分别连接低压燃气管道和中压燃气管道，调压装置经低压燃气管道与用气设备连接，低压燃气管道上设有压力变送器，压力变送器用于采集低压燃气管道内的实时压力，建立压力与时间的p‑t曲线，并通过不断计算Δt时间内压力变化量Δp，得出p‑t曲线的斜率k，根据斜率k判断调压装置的状态及低压燃气管道内流量的变化。其解决了现有低压燃气管道监测主要采用人工巡检的方式，需要耗费大量的人力和时间、成本高、巡检频率较低、安全可靠性差的技术问题。本发明可广泛应用于低压燃气管道监测中。

Description

一种监测低压燃气管道特征流量的方法
技术领域
本发明涉及一种流量监测方法，特别是涉及一种监测低压燃气管道特征流量的方法。
背景技术
天然气是人类最重要的清洁能源之一，随着探明储量的增加与开采技术的进步，天然气的使用也越来越普及。目前，下游燃气管网监测主要采用人工巡检的方式，对于存在诸多分支管路的下游低压管网监测来说，需要耗费大量的人力和时间，成本高，并且巡检频率较低，安全可靠性差。
发明内容
本发明针对现有下游低压燃气管网监测主要采用人工巡检的方式，需要耗费大量的人力和时间、成本高、巡检频率较低、安全可靠性差的技术问题，提供一种能够实时监测预警、检测速度快、效率高、可靠性好的监测低压燃气管道特征流量的方法。
为此，本发明的技术方案是，一种监测低压燃气管道特征流量的方法，设有调压装置，调压装置两侧分别连接低压燃气管道和中压燃气管道，调压装置经低压燃气管道与用气设备连接，低压燃气管道上设有压力变送器，压力变送器用于采集低压燃气管道内的实时压力，建立压力与时间的p-t曲线，并通过不断计算Δt时间内压力变化量Δp，得出p-t曲线的斜率k，根据斜率k判断调压装置的状态及低压燃气管道内流量的变化。
优选的，根据斜率k的变化判断调压装置状态及低压燃气管道内流量变化的具体方法为：
(1)当压力变化幅值|Δp|超过压力变化阈值M时，将压力变化量Δp分为n段，设这n段的压差分别为Δp1、Δp2......Δpn，且|Δp|＝|Δp1|+|Δp2|+......+|Δpn|，令斜率Kn＝Δpn/Δt，若前后测得的斜率分别为K1、K2、......Kn，依次求出前后斜率的差值ΔK1＝K2-K1、ΔK2＝K3-K2、........ΔKn-1＝Kn-Kn-1，并根据如下条件判断流量变化：
a.若测得的斜率Kn＜0，ΔKn-1＞0，则认定流量不变，判断调压装置处于稳定的状态；若ΔKn-1＜0，则认定流量发生变化，即调压装置开始动作，管道内流量发生变化；
b.若测得斜率Kn＞0，ΔKn-1＜0，则认定流量不变，判断调压装置处于稳定的状态；若ΔKn-1＞0，则认定流量发生变化，即调压装置开始动作，低压燃气管道内流量发生变化；
(2)当压力变化幅值|Δp|在压力变化阈值M内时，则判定调压装置处于稳定状态。
优选的，低压燃气管道内压力突变时，调压装置调整存在滞后性，在滞后时间段内，低压燃气管道内流量的变化可以通过理想气体状态方程进行计算：
PV＝(P+ΔP)(V+ΔV)
Figure BDA0003091950180000021
其中：P为流量发生变化前的压力值；
ΔP为流量变化后管压变化值；
Δt为滞后时长；
ΔV为低压管道中Δt时间内进出气体变化量；
V为阀后管道与器具的总容量。
ΔQ为流量的变化。
优选的，当低压燃气管道上有较大用气设备启动时，调压装置在这个启动流量下所花费的时间为Δt′，为防止较大用气设备因调压装置阀口开启的延迟导致熄火，低压燃气管道设计容量V应满足如下条件：
Figure BDA0003091950180000031
其中：Q：设备的流量；Φ：设备的熄火保护压力；P气：环境中大气的压力；P′：低压燃气管道中设备开启后的绝对压力；P′-P气：管道最低压力。
优选的，低压燃气管道后大设备启动的管道最低压力P′-P气应大于设备的熄火保护压力Φ。
优选的，通过监测流量增量可以计算出计量表具的计量偏差，具体方法为：
(1)特征流量的标定：
首先逐一记录每次大设备启动的流量增量Δq1、Δq2、Δq3.....Δqi.....Δqn，其中，1≤i≤n，i为整数，将其作为大设备的特征流量；其次，在表具计量性能校准合格的情况下，记录发生上述特征流量时对应的相关联表具的流量增量值ΔQ1、ΔQ2、ΔQ3......ΔQi......ΔQn，实现特征流量与表具流量增量的一一对应，并进行存储；
(2)表具计量偏差计算：
在日常的使用过程中，当监测到任一记录过的特征流量，读取当前表具的流量增量ΔQii，与特征流量标定时对应的流量增量ΔQi进行如下计算，即可得到表具的计量偏差：
Figure BDA0003091950180000032
优选的，低压燃气管道上还设有放散阀，当放散阀出现具有间歇周期的放气行为时，可以判定低压燃气管道中调压装置出现故障，放散阀单次放散流量的计算方法为：
Figure BDA0003091950180000033
其中：
P为流量发生变化前的压力值；
ΔP为流量变化后管压变化值；
Δt为滞后时长；
ΔV为低压管道中Δt时间内进出气体变化量；
V为阀后管道与器具的总容量；
单次放散流量乘以放散时间得到单次的放气量，单次放气量累加可以得到总的放散气量。
本发明的有益效果如下：
(1)通过在低压燃气管道上设置压力变送器，实时监测低压燃气管道中的压力状态，并通过调压装置的动作，计算出低压燃气管道中的流量变化量；
(2)通过实时监测调压装置后的流量，可以辅助调压装置后的管容设计，还可以检测计量表具的计量精度，以便及时发现偷盗气现象；
(3)通过设置放散阀可以实时监测调压装置是否正常运行，以及计算放散气量。
附图说明
图1为系统架构图；
图2为调压阀后阀口状态的判断流程；
图3为新增流量后调压阀响应时间曲线示意图；
图4为放散曲线周期性示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
如图1所示，市政燃气管道向用户供气时，需要进行减压处理，减压系统主要包括调压阀和放散阀，其作用是调节下游压力的稳定，从而保证燃气用具得到稳定的燃空比(燃气与空气的配合比例)。
在调压阀与用气设备之间的低压管道上安装压力变送器，用于实时采集低压燃气管道上的压力，用于实现下游阀口状态的判断、调压阀后流量的监测、相关联表具计量精度的监测以及及时发现偷盗气的行为。
如图2所示，通过监测调压阀阀口后特征流量可以判断调压阀的阀口状态，进而实现对实际用气状态及管路状态的判断。判断调压阀阀口状态的具体方法为：通过压力变送器采集低压管道内的实时压力，建立压力与时间的p-t曲线，并通过不断计算Δt时间内压力变化量Δp，得出p-t曲线的斜率k，根据斜率k的变化判断调压装置的状态及低压燃气管道内流量的变化。
根据斜率k的变化判断调压装置状态及低压燃气管道内流量变化的具体方法为：
(1)当压力变化幅值|Δp|超过压力变化阈值M时(M值与具体管容及调压阀本身特性有关，取值范围正常为20～50Pa)，将压力变化量Δp分为n段，设这n段的压差分别为Δp1、Ap2......Δpn，且|Δp|＝|Δp1|+|Δp2|+......+|Δpn|，令斜率Kn＝Δpn/Δt，若前后测得的斜率分别为K1、K2、......Kn，依次求出前后斜率的差值ΔK1＝K2-K1、ΔK2＝K3-K2、........ΔKn-1＝Kn-Kn-1，并根据如下条件判断流量变化：
a.若测得的斜率Kn＜0，ΔKn-1＞0，则认定流量不变，判断调压装置处于稳定的状态；若ΔKn-1＜0，则认定流量发生变化，即调压装置开始动作，管道内流量发生变化；
b.若测得斜率Kn＞0，ΔKn-1＜0，则认定流量不变，判断调压装置处于稳定的状态；若ΔKn-1＞0，则认定流量发生变化，即调压装置开始动作，管道内流量发生变化；
(2)当压力变化幅值|Δp|在压力变化阈值M内时，则判定调压装置处于稳定状态。
设某个时段压力变送器采集的压力处于相对平稳状态(预先根据系统实际负载情况设定压力阈值，根据压力阈值判断压力是否处于平稳状态，例如压力阈值设定为15MPa，则压力波动范围在15Pa以内即属于平稳状态)。如果突然增加或减少一个流量，压力也会相应的突然下降或增大。调压阀阀口动作是依靠机械结构自行调整的，阀口的动作响应会出现迟滞，在迟滞时段内，对于流量的变化来说，在较短的时间范围内(假定温度变化忽略不计)，采用理想气体状态方程对流量的变化进行计算：
PV＝(P+ΔP)(V+ΔV)
Figure BDA0003091950180000061
其中：P为流量发生变化前的压力值；
ΔP为流量变化后管压变化值；
Δt为时长；
ΔV为低压管道中Δt时间内进出气体变化量；
V为阀后管道与器具的总容量。
ΔQ为流量的变化。
如图3所示，在低压燃气管道内压力稳定的状态下，在压力到达A点后，因为调压阀阀口后出现较大流量的使用，导致压力降低，在到达B点前的时间为阀后设备启动所需的响应时间Δt′，在B点之后斜率发生变化。
假设在调压阀关闭情况下，阀后出现流量使用时，或是在正常使用情况下，有较大用气设备的启动，根据该调压阀在这个流量下动作所需要的响应时间Δt′，为防止较大用气设备因阀口开启时调压阀动作延迟导致熄火，要求满足P-P气-Φ＞0时才可启动设备，其中，P-P气：管网最低压力；Φ：设备的熄火保护压力；
在设备满足启动条件的前提下，调压阀阀后的管道容量V应该满足：
Figure BDA0003091950180000062
其中：Q：设备的流量；Φ：设备的熄火保护压力；P气：环境中大气的压力；P′：低压管道中设备开启后的绝对压力；P′-P气：管道最低压力。
通过监测流量增量可以计算出计量表具的计量偏差，具体方法为：
(1)特征流量的标定：
首先逐一记录每次大设备启动的流量增量为Δq1、Δq2、Δq3.....Δqi.....Δqn(1≤i≤n，i为整数)，将其作为大设备启动的特征流量；其次，在表具计量性能校准合格的情况下，记录发生上述特征流量时对应的相关联表具的计量流量增量值为ΔQ1、ΔQ2、ΔQ3…ΔQi......ΔQn，实现特征流量与表具计量流量增量的一一对应，并进行存储；
(2)表具计量偏差计算：
在日后的使用过程中，当监测到任一符合步骤(1)中记录的特征流量，如Δqi，读取当前表具的实际计量流量增量ΔQii，与特征流量标定时对应的流量增量ΔQi进行如下计算，即可得到表具的计量偏差：
Figure BDA0003091950180000071
如图4所示，若调压阀的阀口关闭不严或调压阀损坏，当阀后压力上升至放散阀的下限值时，会触发放散阀进行放气，导致压力下降，放散阀关闭，压力再上升，放散阀再放气，这个过程具备一定的间歇周期，即可以判断放散阀有放气行为，根据公式：
Figure BDA0003091950180000072
其中：P为流量发生变化前的压力值；
ΔP为流量变化后管压变化值；
Δt为时长；
ΔV为低压管道中Δt时间内进出气体变化量；
V为阀后管道与器具的总容量。
可以计算出单次的放散流量，乘以放散时间得到单次的放气量，累加可以得到总的放散气量。
通过以上技术方案，可以实时监测低压燃气管道的压力状态，并判断调压阀阀口状态，还可以通过计算得出低压燃气管道中的流量变化量，辅助调压装置后的管容设计；压力状态的监测还可以用于检测计量表具的计量精度，便于及时发现偷盗气现象；通过设置放散阀可以实时监测调压阀是否正常运行，以及计算放散气量。整个系统通过监测压力状态实现下游阀口状态判断、阀后流量监测、表具计量精度监测以及有效监控偷盗气行为，消除了人工巡检的弊端，省时省力，安全可靠。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。

Claims (5)

1.一种监测低压燃气管道特征流量的方法，设有调压装置，所述调压装置两侧分别连接低压燃气管道和中压燃气管道，所述调压装置经所述低压燃气管道与用气设备连接，其特征在于，所述低压燃气管道上设有压力变送器，所述压力变送器用于采集所述低压燃气管道内的实时压力，建立压力与时间的p-t曲线，并通过不断计算Δt时间内压力变化量Δp，得出p-t曲线的斜率k，根据斜率k判断所述调压装置的状态及所述低压燃气管道内流量的变化；
所述根据斜率k的变化判断所述调压装置状态及所述低压燃气管道内流量变化的具体方法为：
(1)当压力变化幅值|Δp|超过压力变化阈值M时，将压力变化量Δp分为n段，设这n段的压差分别为Δp1、Δp2……Δpn，且|Δp|＝|Δp1|+|Δp2|+……+|Δpn|，令斜率Kn＝Δpn/Δt，若前后测得的斜率分别为K1、K2、……、Kn，依次求出前后斜率的差值ΔK1＝K2-K1、ΔK2＝K3-K2、........ΔKn-1＝Kn-Kn-1，并根据如下条件判断流量变化：
a.若测得的斜率Kn＜0，ΔKn-1＞0，则认定流量不变，判断所述调压装置处于稳定的状态；若ΔKn-1＜0，则认定流量发生变化，即所述调压装置开始动作，管道内流量发生变化；
b.若测得斜率Kn＞0，ΔKn-1＜0，则认定流量不变，判断所述调压装置处于稳定的状态；若ΔKn-1＞0，则认定流量发生变化，即所述调压装置开始动作，管道内流量发生变化；
(2)当压力变化幅值|Δp|在压力变化阈值M内时，则判定流量不变，所述调压装置处于稳定状态。
2.一种应用权利要求1所述方法设计管道容量的方法，其特征在于，低压燃气管道内压力突变时，调压装置调整存在滞后性，在滞后时间段内，所述低压燃气管道内流量的变化可以通过理想气体状态方程进行计算：
PV＝(P+ΔP)(V+ΔV)
Figure FDA0003919593420000021
其中：P为流量发生变化前的压力值；
ΔP为流量变化后管压变化值；
Δt为滞后时长；
ΔV为低压管道中Δt时间内进出气体变化量；
V为阀后管道与器具的总容量；
ΔQ为流量的变化；
当所述低压燃气管道上有较大用气设备启动时，所述调压装置响应所述设备启动流量所花费的时间为Δt′，为防止因所述调压装置阀口开启的延迟导致所述较大用气设备熄火，所述低压燃气管道设计容量V应满足如下条件：
Figure FDA0003919593420000022
其中：Q：设备的流量；Φ：设备的熄火保护压力；P气：环境中大气的压力；P′：低压管道中设备开启后的绝对压力；P′-P气：管道最低压力。
3.根据权利要求2所述的设计管道容量的方法，其特征在于，所述低压燃气管道的管道最低压力P′-P气应大于所述设备的熄火保护压力Φ。
4.一种应用权利要求2所述方法的计算表具计量偏差的方法，其特征在于，通过监测流量增量可以计算出计量表具的计量偏差，具体方法为：
(1)特征流量的标定：
首先逐一记录每次大设备启动的流量增量Δq1、Δq2、Δq3.....Δqi.....Δqn，其中，1≤i≤n，i为整数，将其作为大设备的特征流量；其次，在表具计量性能校准合格的情况下，记录发生上述特征流量时对应的相关联表具的流量增量值ΔQ1、ΔQ2、ΔQ3......ΔQi......ΔQn，实现特征流量与表具流量增量的一一对应，并进行存储；
(2)表具计量偏差计算：
在日常的使用过程中，当监测到任一记录过的特征流量，读取当前表具的流量增量ΔQii，与特征流量标定时对应的流量增量ΔQi进行如下计算，即可得到表具的计量偏差：
Figure FDA0003919593420000031
5.一种应用权利要求1所述方法计算放散气量的方法，其特征在于，所述低压燃气管道上还设有放散阀，当所述放散阀出现具有间歇周期的放气行为时，可以判定所述调压装置未正常运行，所述放散阀单次放散流量的计算方法为：
Figure FDA0003919593420000032
其中：P为流量发生变化前的压力值；
ΔP为流量变化后管压变化值；
Δt为滞后时长；
ΔV为低压管道中Δt时间内进出气体变化量；
V为阀后管道与器具的总容量；
所述单次放散流量乘以放散时间得到单次的放气量，单次放气量累加可以得到总的放散气量。
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