CN114186838A - 一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的设备和方法，所述设备包括：高精度质量片，安装于气固两相流测量装置内部且安装方向与检测射线的投射方向垂直，作为质量流量测量校验的比对标准件，对气固两相流测量的整体测量精确度进行校验和评价；校验控制单元，对整个校验过程进行流程控制；校验记录单元，对校验过程中的检测数据进行记录；检测精度计算显示单元，将校验过程中的测量数据与高精度质量片的理论质量进行比对，并完成精确度的自动计算与显示。本发明能够对应用无损射线检测技术的两相流测量设备进行检测精确度校验，且能按照校验标准要求，自动连续实现校验检测过程并输出精确度数据。
Description
技术领域
本发明涉及两相流测量装置的精确度校验技术领域，更具体涉及一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的设备和方法。
背景技术
火力发电、化工、钢铁、矿山等行业广泛应用气力输送技术在封闭管道输送固体颗粒介质形成气固两相流，如火力发电厂的锅炉一次风管道煤粉燃料的输送即属于典型的稀相气固两相流。气固两相流由于存在固体颗粒浓度、分布、速度、廓形高度、不均匀性等复杂变化特性，长期以来无法实现气相、固相物质精确质量流量的在线测量，导致工业生产过程中物料输入质量测量数据缺失，不能有效开展精细化监控调整，限制了这些行业综合节能减排能力的进一步提升。
电力行业实时测量一次风粉管道内的物料状况尤为重要。锅炉风粉混合物的质量流量测量数据缺失会导致锅炉各燃烧器风粉比、燃料量均衡度差等问题，进一步引发锅炉燃烧中心偏斜，局部受热面超温、结焦并引发爆管、换热恶化、喷燃器烧损等事故。燃料量、风煤比的不均衡导致理想均衡配风模式下的燃烧率差异，引起飞灰含碳量升高，为燃料提高燃尽率锅炉被迫增大整体风量，最终导致锅炉效率下降。部分燃料集中的区域反应温度升高，燃烧过程中氮氧化物等有害物质排放量增大，引起环保排放指标劣化，综合生产成本升高。由此可见，风粉两相流的精确检测和调整控制对于电力行业安全、经济、清洁生产具有重要的意义。
基于对工业生产过程两相流测量重要性的认识，近年来国内外的研究学者为解决检测两相流流动参数的问题进行了大量的理论和实验工作，在气固两相流参数的测量方面出现了多种不同的方法，如微波技术、放射技术、静电技术、X射线技术等。上述测量技术及产品在应用过程中仍存在较多问题，针对两相流测量设备的精确度校验及评价方法问题尤为突出。由于进行两相流测量本身就是初步解决的技术难题，对该类设备进行精确度校验，就需要提供比现有检测技术精确度等级更高的检测方法及检测数据作为校验比对标准；而检测精确度数据直接决定了两相流检测技术的应用推广与现场实施效果评价等一系列关键问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的设备和方法，以解决背景技术中的问题，以能够对应用无损射线检测技术的两相流测量设备进行检测精确度校验，且能按照校验标准要求，自动连续实现校验检测过程并输出精确度数据。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的设备，包括：
高精度质量片，安装于气固两相流测量装置内部且安装方向与检测射线的投射方向垂直，作为质量流量测量校验的比对标准件，对气固两相流测量的整体测量精确度进行校验和评价；
校验控制单元，对整个校验过程进行流程控制；
校验记录单元，对校验过程中的检测数据进行记录；
检测精度计算显示单元，将校验过程中的测量数据与高精度质量片的理论质量进行比对，并完成精确度的自动计算与显示。
进一步优化技术方案，所述高精度质量片成组设置，单个高精度质量片的质量设置为某固定风速下两相流满量程一定比例的质量流量。
进一步优化技术方案，单个高精度质量片的质量设置为某固定风速下20％两相流满量程质量流量；每组高精度质量片至少包含5片高精度质量片，以模拟0％、20％、40％、60％、80％、100％质量流量，对气固两相流测量装置的线性度进行校验评价。
进一步优化技术方案，所述校验控制单元包括：
电源；
开关；
控制电缆；
可编程控制器，能够对整体检测、校验流程进行控制；
继电器，所述可编程控制器将校验指令通过控制电缆输出到继电器，控制气固两相流测量装置的电源导通。
进一步优化技术方案，所述校验记录单元包括：
数据电缆，通过数据电缆将校验记录单元与气固两相流测量装置及校验控制单元连接；
存储设备；
指令输入接口，接收校验控制单元的数据读取指令；
数据输入接口，将气固两相流测量装置的检测数据读入存储设备中进行存储。
进一步优化技术方案，所述检测精度计算显示单元包括：
数据电缆，通过数据电缆将检测精度计算显示单元与校验控制单元及校验记录单元连接；
指令输入接口，接收校验控制单元的检测精度计算显示指令；
数据输入接口；
计算设备，通过数据输入接口将校验记录单元的检测数据读入计算设备中进行精确度计算；
显示设备，将计算设备的计算结果进行显示。
一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的方法，其特征在于，该方法基于所述的一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的设备进行，包括以下步骤：
S1、安装气固两相流测量装置，启动待检测工艺流程相关系统设备；
S2、安装一片高精度质量片到气固两相流测量装置中，由高精度质量片模拟待测两相流的质量并由气固两相流测量装置进行两相流质量流量测量；
S3、在校验控制单元操作界面，输入参数，点击“启动校验”按钮，系统自动调整风速，并按照参数执行检测过程，并将检测数据发送到校验记录单元；
S4、完成检测、记录后，校验控制单元发出检测精度计算指令，由检测精度计算显示单元进行精度计算；
S5、显示测量的精确度数值，本次测量完成；
S6、重复步骤S2-步骤S5，每次增加一片高精度质量片，完成相应轮次的检测、校验及精确度计算显示过程，直至校验过程全部完成。
进一步优化技术方案，所述步骤S4中，检测精度计算显示单元按照下式进行精度计算：
式中：
δ——测量值与理论值的精度值；
i——各校验点的序号；
Wi′——各校验点的理论值。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明涉及工业生产、测控领域的数据分析仪器及系统，应用重量、密度已知的高精度加工质量片作为校验标准件，能够对应用无损射线检测技术的两相流测量设备进行检测精确度校验，且能按照校验标准要求，自动连续实现校验检测过程并输出精确度数据。
本发明在进行动态检测校验时，检测及校验系统安装于生产现场。设备的检测及校验过程与静态工况相似，区别在于动态检测校验管道中通过的是气固两相流工质，且不再安装高精度质量片，工质的实际质量由生产系统的在线称重设备给出。在静态检测校验完成后，由于高精度质量片的质量值精确度非常高，可以将静态检测校验的数据作为设备的整体精确度；此时的动态检测校验可实现现场生产过程的控制调整基本数据依据及有效补充。
附图说明
图1为本发明一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的设备的结构示意图；
图2为本发明高精度质量片安装结构示意图；
图3为本发明校验控制单元结构示意图；
图4为本发明实施例中的动态系统图。
其中：1、高精度质量片，2、气固两相流测量装置，3、两相流管道，4、校验控制单元，5、校验记录单元，6、检测精度计算显示单元，7、质量片安装支架，8、测量管道，9、锅炉，10、磨煤机，11、分离器，12、一次风管道，13、燃烧器。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的设备，结合图1所示，包括高精度质量片1、校验控制单元4、校验记录单元5和检测精度计算显示单元6。
高精度质量片，安装于气固两相流测量装置2内部且安装方向与检测射线的投射方向垂直，作为质量流量测量校验的比对标准件，对气固两相流测量的整体测量精确度进行校验和评价。由高精度质量片模拟待测两相流的质量并由气固两相流测量装置进行两相流质量流量测量。
高精度质量片根据现场工艺流程中气固两相流物料输送系统在固定流速下的单位时间质量流量进行设计加工，由高精度质量片的总体质量作为测量精确度的比对标准件，将所测取的固相物料的质量数值与高精度质量片的已知质量进行比对，获得检测设备的整体精确度数值。
高精度质量片在不同方向、尺度上均具有极高厚度、密度的一致性和精密度，以保障多次测量中由安装角度、安装深度的细微差异引起的测量误差最小。
高精度质量片成组设置，单个高精度质量片的质量设置为某固定风速下两相流满量程一定比例的质量流量。
具体地，本发明中单个高精度质量片的质量设置为某固定风速下20％两相流满量程质量流量；每组高精度质量片至少包含5片高精度质量片，以模拟0％、20％、40％、60％、80％、100％质量流量，对气固两相流测量装置的线性度进行校验评价。
高精度质量片包括一组经过高精度加工的质量的高度近似的、在不同方向、尺度上均具有极高厚度、密度的一致性的金属质量片，该组质量片根据校验流程需要，选取不同片数安装于两相流测量装置内部。如图2所示，为校验过程提供标准元件。
校验控制单元，用于对整个校验过程进行流程控制，包括校验启动、数据读取、数据存储及检测精确度校验计算及显示等。校验控制单元根据设备精确度校验方法的要求，对两相流物料流速、测量时间、测量次数进行控制。校验控制单元包括电源、开关、控制电缆、可编程控制器和继电器。
可编程控制器，能够对整体检测、校验流程进行控制。
继电器，可编程控制器将校验指令通过控制电缆输出到继电器，控制气固两相流测量装置的电源导通。
校验控制单元通过控制接口及控制电缆与两相流检测仪表、校验记录单元、检测精度计算显示单元连接，实现校验过程的流程控制。
由校验控制单元的可编程控制器进行编程，按照标准校验流程将校验指令通过控制电缆输出到继电器，控制气固两相流测量装置(即检测设备)的电源导通，以及单次检测时间、检测次数等整体检测、校验流程。
校验记录单元，对校验过程中的检测数据进行记录。校验记录单元包括存储设备、指令输入接口、数据输入接口及数据电缆。
数据电缆，通过数据电缆将校验记录单元与气固两相流测量装置及校验控制单元连接。
存储设备，用于存储气固两相流测量装置的检测数据。
指令输入接口，接收校验控制单元的数据读取指令。
数据输入接口，将气固两相流测量装置的检测数据读入存储设备中进行存储。
本发明校验记录单元通过数据电缆与气固两相流测量装置、校验控制单元连接。本发明校验记录单元通过控制接口及控制电缆与校验控制单元连接，由指令输入接口接收校验控制单元的数据读取指令并进行响应，并通过数据输入接口将检测设备的检测数据读入存储设备中进行存储，完成数据读取、处理及存储。本发明校验记录单元通过数据接口及数据电缆与气固两相流测量装置连接，在接收到控制指令后，实现检测数据的读取。
检测精度计算显示单元，按照测量精确度的算法定义，将校验过程中的测量数据与标准件(即高精度质量片)的理论质量进行比对，并完成精确度的自动计算与显示。
检测精度计算显示单元包括指令输入接口、数据输入接口、计算设备、显示设备及数据电缆。
数据电缆，通过数据电缆将检测精度计算显示单元与校验控制单元及校验记录单元连接。
指令输入接口，接收校验控制单元的检测精度计算显示指令。
计算设备，通过数据输入接口将校验记录单元的检测数据读入计算设备中进行精确度计算。
显示设备，将计算设备的计算结果进行显示。
本发明检测精度计算显示单元通过数据电缆与校验控制单元、校验记录单元连接；由指令输入接口接收校验控制单元的检测精度计算显示指令，并通过数据输入接口将校验记录单元的检测数据读入计算设备中进行精确度计算，并将计算结果输出到显示单元进行显示。
检测精度计算显示单元用于对检测到的管道两相流质量数据与标准质量片的已知质量进行偏差及精确度计算，其工作过程为：通过控制接口及控制电缆与校验过程控制单元连接，接收精度计算及显示指令并执行精度计算及显示；通过数据接口及数据电缆与校验记录单元连接，用于接收经过该单元处理、存储后的质量测量数据。
其中，在进行静态测量精确度校验时，检测及校验系统可安装于实验室内。高精度质量片的密度设计为与测量现场气固两相流管道3中特定工质、风速下单位时间内通过的工质密度变化范围内的平均值，其厚度设计为与测量现场气固两相流管道中特定工质、风速下单位时间内通过的工质质量变化范围内的平均值相对应，即利用高精度质量片的质量模拟现场两相流的通过质量，并进行测量精确度校验；高精度质量片安装于测量管道8内部，并固定在位于测量管道(即工质管道)顶部的质量片安装支架7之上，如图3所示。
精确度校验过程由校验控制单元进行整体流程控制，在开展静态校验时，首先进行测量设备、高精度质量片及校验系统的安装，安装完毕后点击校验控制画面的“开始校验”按钮启动校验，校验控制单元通过控制接口发出校验启动指令，并启动测量设备，开始测量及校验过程，具体校验步序如下：
S1、安装气固两相流测量装置，启动待检测工艺流程相关系统设备；
S2、安装一片高精度质量片到气固两相流测量装置中，由高精度质量片模拟待测两相流的质量并由气固两相流测量装置进行两相流质量流量测量。
S3、在校验控制单元操作界面，点击“启动校验”按钮，由校验控制单元发出开始校验指令，并启动测量设备。
检测设备运行后，在校验控制单元操作界面，输入质量片数量、检测时间、检测次数等参数，点击“启动检测”按钮。
校验控制单元自动调整运行系统的风速，并按照检测时间、检测次数等参数执行检测过程，并将检测数据发送到校验记录单元。
S4、完成检测后，由校验控制单元通过控制接口及控制电缆发出读取及处理指令到数据分析记录单元(即校验记录单元)，由数据分析单元通过数据接口及数据电缆将检测数据读入并进行原始检测数据的分析处理及存储。
数据处理完成后，将完成状态返回检测控制单元，由检测控制单元通过控制接口及控制电缆发送数据校验指令到并将检测数据发送到检测精度计算显示单元。
检测精度计算显示单元按照下式进行精度计算：
式中：
δ——测量值与理论值的精度值；
i——各校验点的序号；
Wi′——各校验点的理论值。
S5、检测精度计算显示单元通过数据接口及数据电缆读取数据分析记录单元的检测分析数据，并按照预定计算公式进行精度计算，并将计算结果在显示界面显示出来。显示测量的精确度数值，本次测量完成。
S6、重复步骤S2-步骤S5，每次增加一片高精度质量片，完成相应轮次的检测、校验及精确度计算显示过程，直至校验过程全部完成。
本发明在进行动态检测校验时，检测及校验系统安装于生产现场，如图4所示。磨煤机10的上方出煤口端设置有分离器11，并通过多个一次风管道12与锅炉9相连接，一次风管道12与锅炉9连接处设置有燃烧器13，每一一次风管道12上分别设置有气固两相流测量装置2。设备的检测及校验过程与静态工况相似，区别在于动态检测校验管道中通过的是气固两相流工质，且不再安装高精度质量片，工质的实际质量由生产系统的在线称重设备给出。在静态检测校验完成后，由于高精度质量片的质量值精确度非常高，可以将静态检测校验的数据作为设备的整体精确度；此时的动态检测校验可实现现场生产过程的控制调整基本数据依据及有效补充。
Claims (8)
1.一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的设备，其特征在于，包括：
高精度质量片，安装于气固两相流测量装置内部且安装方向与检测射线的投射方向垂直，作为质量流量测量校验的比对标准件，对气固两相流测量的整体测量精确度进行校验和评价；
校验控制单元，对整个校验过程进行流程控制；
校验记录单元，对校验过程中的检测数据进行记录；
检测精度计算显示单元，将校验过程中的测量数据与高精度质量片的理论质量进行比对，并完成精确度的自动计算与显示。
2.根据权利要求1所述的一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的设备，其特征在于，所述高精度质量片成组设置，单个高精度质量片的质量设置为某固定风速下两相流满量程一定比例的质量流量。
3.根据权利要求2所述的一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的设备，其特征在于，单个高精度质量片的质量设置为某固定风速下20％两相流满量程质量流量；每组高精度质量片至少包含5片高精度质量片，以模拟0％、20％、40％、60％、80％、100％质量流量，对气固两相流测量装置的线性度进行校验评价。
4.根据权利要求1所述的一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的设备，其特征在于，所述校验控制单元包括：
电源；
开关；
控制电缆；
可编程控制器，能够对整体检测、校验流程进行控制；
继电器，所述可编程控制器将校验指令通过控制电缆输出到继电器，控制气固两相流测量装置的电源导通。
5.根据权利要求1所述的一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的设备，其特征在于，所述校验记录单元包括：
数据电缆，通过数据电缆将校验记录单元与气固两相流测量装置及校验控制单元连接；
存储设备；
指令输入接口，接收校验控制单元的数据读取指令；
数据输入接口，将气固两相流测量装置的检测数据读入存储设备中进行存储。
6.根据权利要求1所述的一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的设备，其特征在于，所述检测精度计算显示单元包括：
数据电缆，通过数据电缆将检测精度计算显示单元与校验控制单元及校验记录单元连接；
指令输入接口，接收校验控制单元的检测精度计算显示指令；
数据输入接口；
计算设备，通过数据输入接口将校验记录单元的检测数据读入计算设备中进行精确度计算；
显示设备，将计算设备的计算结果进行显示。
7.一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至6任意一项所述的一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的设备进行，包括以下步骤：
S1、安装气固两相流测量装置，启动待检测工艺流程相关系统设备；
S2、安装一片高精度质量片到气固两相流测量装置中，由高精度质量片模拟待测两相流的质量并由气固两相流测量装置进行两相流质量流量测量；
S3、在校验控制单元操作界面，输入参数，点击“启动校验”按钮，系统自动调整风速，并按照参数执行检测过程，并将检测数据发送到校验记录单元；
S4、完成检测、记录后，校验控制单元发出检测精度计算指令，由检测精度计算显示单元进行精度计算；
S5、显示测量的精确度数值，本次测量完成；
S6、重复步骤S2-步骤S5，每次增加一片高精度质量片，完成相应轮次的检测、校验及精确度计算显示过程，直至校验过程全部完成。
8.根据权利要求7所述的一种对气固两相流测量装置进行精确度评价的方法，其特征在于，所述步骤S4中，检测精度计算显示单元按照下式进行精度计算：
式中：
δ——测量值与理论值的精度值；
i——各校验点的序号；
Wi′——各校验点的理论值。
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2021
- 2021-12-08 CN CN202111489085.0A patent/CN114186838A/zh active Pending
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