CN114993389A - 一种基于物联网的智能蒸汽计量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于物联网的智能蒸汽计量装置及方法，包括待测量蒸汽管路、第一支路和第二支路；第一支路和第二支路的设计流量完全相等，且第一支路上设有插入式流量计，第二支路上与插入式流量计对应的位置设有模拟插入杆，数据处理模块与插入式流量计连接，用于根据插入式流量计的检测流量，获得待测量蒸汽管路的主流量；数据处理模块与电控通断装置连接，基于插入式流量计检测到第一支路的流量与待测量蒸汽管路的设计流量的关系使第二支路开启或关闭；在完成测量和数据处理后，将数据传输至后端服务器，可以准确判断蒸汽管网水力平衡问题，可以准确开展供热能耗指标分析，为节能降碳、经济运行做出贡献，可以推动行业健康发展。

Description

一种基于物联网的智能蒸汽计量装置及方法

技术领域

本发明涉及物联网智能仪表技术领域，特别是涉及一种基于物联网的智能蒸汽计量装置及方法。

背景技术

能耗指标为供热系统关键指标，除了依赖于本身热力系统的节能设计，还严重依赖于计量装置的准确度。但目前计量终端的准确度问题严重制约了供热技术的发展，成为了城镇居民供热和工业集中供热能耗指标控制技术发展的瓶颈，其中工业集中供热蒸汽计量问题尤为严重。

目前，工业供热系统中蒸汽计量一般有差压和涡街两种形式，无论差压流量计还是涡街流量计，它们的安装要求有一定的前后直管段，一般安装环境很难满足要求，这也是测量不准确的一个因素；同时，流量计量装置铭牌量程是适用于特定参考介质、设计温度和压力的测量范围，而实际工业系统中蒸汽真实流量值往往会偏离设计流量值，有的偏差还很大，这种情况下可能已经超出流量计的有效量程，这时测量得到的数值也就没有参考价值，依赖它进行的能耗控制和评价均不准确；综上所述，现有的蒸汽计量方式无法避免蒸汽计量的准确度问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种基于物联网的智能蒸汽计量装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于物联网的智能蒸汽计量装置，包括待测量蒸汽管路、进口对接管、前端母管、后端母管、第一支路和第二支路，所述待测量蒸汽管路通过所述进口对接管与所述前端母管连通，所述前端母管分别与所述第一支路和所述第二支路连通，后端母管分别与所述第一支路和所述第二支路连通；

其中，所述第一支路和所述第二支路的设计流量完全相等，且所述第一支路上设有插入式流量计，所述第二支路上与所述插入式流量计对应的位置设有模拟插入杆，所述第二支路上具有电控通断装置；

还包括数据处理模块，所述数据处理模块与所述插入式流量计连接，用于根据所述插入式流量计的检测流量，获得所述待测量蒸汽管路的主流量；

所述数据处理模块与所述电控通断装置连接，基于所述插入式流量计检测到所述第一支路的流量与所述待测量蒸汽管路的设计流量的关系控制所述电控通断装置，使所述第二支路开启或关闭；

还包括后端服务器，所述数据处理模块与所述后端服务器无线通讯连接，所述后端服务器用于接收所述插入式流量计的数据和所述数据处理模块处理后的待测量蒸汽管路的蒸汽流量数据并储存。

优选地，所述第一支路上还设有温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和所述压力传感器均所述数据处理模块连接，所述数据处理模块还用于接收所述温度传感器和所述压力传感器的数据对所述插入式流量计的检测流量进行修正。

优选地，所述第一支路和所述第二支路的管径为d，所述插入式流量计与所述前端母管之间的管路为前端直管道，所述插入式流量计与所述后端母管之间的管道为后端直管道；

所述插入式流量计在所述第一支路上的位置满足，所述前端直管道的长度≥20d，后端直管道的长度≥15d。

优选地，所述温度传感器和所述压力传感器设置在所述后端直管道上。

优选地，所述后端直管道上并列设有第一手动门和第二手动门；所述第二支路上与所述第一手动门和所述第二手动门对应位置设有第三手动门，所述电控通断装置与所述第三手动门并排设置。

优选地，所述数据处理模块与距离最近的5G基站通讯连接；所述5G基站和所述后端服务器通过专用物联网无线通讯连接。

优选地，所述后端服务器包括云端服务器和设置在热源地的本地服务器，所述云端服务器和所述本地服务器通讯连接。

为实现上述目的，本发明还采用了如下技术方案：

一种基于物联网的智能蒸汽计量方法，采用上述的基于物联网的智能蒸汽计量装置进行蒸汽计量，包括如下步骤：

设计生产步骤，

根据所述待测量蒸汽管路的管道型号，选择所述进口对接管的管径D及壁厚；

根据所述待测量蒸汽管路的设计蒸汽流量Q，选择Q/2作为所述第一支路和所述第二支路的设计流量，并保证所述第一支路和所述第二支路的结构、管径d和壁厚基本一致；

在所述第一支路在设置插入式流量计作为蒸汽流量计，并保证所述插入式流量计的前端直管道长度至少为20d，后端直管道至少为15d；

在所述第二支路上与所述插入式流量计对应的位置设置一根模拟插入杆，所述模拟插入杆的尺寸和插入深度与所述插入式流量计的尺寸和插入深度一致；

在所述第二支路上设置电控通断装置；

设置数据处理模块，连接所述数据处理模块和所述插入式流量计，连接所述数据处理模块和所述电控通断装置；

测量步骤：

所述插入式流量计检测所述第一支路的蒸汽流量，测量数据通过信号线传送到所述数据处理模块，所述数据处理模块处理获得所述第一支路的蒸汽流量q；

当2q小于设计蒸汽流量Q的一半时，所述数据处理模块控制关闭所述电控通断装置，将所述插入式流量计的数据通过信号线传送到所述数据处理模块，所述数据处理模块处理获得所述第一支路的蒸汽流量q，作为待测量蒸汽管路的蒸汽流量；

当2q大于等于设计蒸汽流量Q的一半时，所述数据处理模块控制开启所述电控通断装置，使待测量蒸汽管路平均流入第一支路和第二支路，所述插入式流量计的数据通过信号线传送到所述数据处理模块，所述数据处理模块处理获得所述第一支路的蒸汽流量q，再内部乘以2，作为待测量蒸汽管路的蒸汽流量；

信息储存步骤，

所述数据处理模块对后端服务器发送所述插入式流量计的数据和所述数据处理模块处理后的待测量蒸汽管路的蒸汽流量数据；

所述后端服务器接收所述插入式流量计的数据和所述数据处理模块处理后的待测量蒸汽管路的蒸汽流量数据并储存。

优选地，所述设计生产步骤还包括：

在所述第一支路上设置温度传感器和压力传感器，且所述温度传感器和所述压力传感器位于所述后端直管道上；

设置所述温度传感器和压力传感器与所述数据处理模块通讯连接；

所述测量步骤还包括：

所述数据处理模块接收所述温度传感器和所述压力传感器的数据，根据伯努利方程流体密度与流速的关系，对所述插入式流量计的检测流量进行修正。

优选地，所述测量步骤还包括：

所述数据处理模块通过5G网络将数据传输至距离最近的5G基站，而后通过专用物联网将数据传输至后端服务器；

所述后端服务器中的云端服务器接收到数据后，将数据解码并存储到本地服务器的数据库中。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

上述技术方案中所提供的基于物联网的智能蒸汽计量装置及方法，通过设置设计流量完全相等的第一支路和第二支路来平均分配待测量蒸汽管路的蒸汽流量，解决流量变化范围大时蒸汽测量不准确的问题，在待测量蒸汽管路的蒸汽流量较小，第一支路的蒸汽流量q的两倍小于设计蒸汽流量Q的一半时，为提高测量精度，关闭第二支路，使待测量蒸汽管路的所有蒸汽全部通过第一支路，插入式流量计的测量数据即为待测量蒸汽管路的蒸汽流量；当待测量蒸汽管路的蒸汽流量较大，第一支路的蒸汽流量q的两倍大于等于设计蒸汽流量Q的一半时，为避免通过第一支路的蒸汽流量超过插入式流量计的量程，打开第二支路，使待测量蒸汽管路的蒸汽平均进入第一支路和第二支路中，通过测量第一支路的蒸汽流量q，再内部乘以2，作为待测量蒸汽管路的蒸汽流量。在完成测量和数据处理后，将数据传输至后端服务器，可以准确判断蒸汽管网水力平衡问题，可以准确开展供热能耗指标分析，为节能降碳、经济运行做出贡献，可以推动行业健康发展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明的实施方式中提供的基于物联网的智能蒸汽计量装置的结构示意图。

附图标记说明：

1、进口对接管；2、出口对接管；3、前端母管；4、后端母管；5、第一支路；51、插入式流量计；52、温度传感器；53、压力传感器；54、前端直管道；55、后端直管道；56、第一手动门；57、第二手动门；6、第二支路；61、电控通断装置；62、模拟插入杆；63、第三手动门；7、数据处理模块；71、5G基站；8、后端服务器；81、云端服务器；82、本地服务器；83、防火墙。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如附图1所示，本发明实施例提供了一种基于物联网的智能蒸汽计量装置，包括待测量蒸汽管路(未画出)、进口对接管1、前端母管3、后端母管4、第一支路5和第二支路6，待测量蒸汽管路通过进口对接管1与前端母管3连通，前端母管3分别与第一支路5和第二支路6连通，后端母管4分别与第一支路5和第二支路6连通；第一支路5和第二支路6并排平行设置。后端母管4上还设有出口对接管2，用于与用户侧连接。

其中，第一支路5和第二支路6的设计流量完全相等，具体为，根据待测量蒸汽管路的设计蒸汽流量Q，选择Q/2作为第一支路5和第二支路6的设计流量，并保证第一支路5和第二支路6的结构、管径d和壁厚基本一致，从而保证待测量蒸汽管路能够平均流入第一支路5和第二支路6。且第一支路5上设有插入式流量计51，第二支路6上与插入式流量计51对应的位置设有模拟插入杆62，设置模拟插入杆62的目的在于，插入式流量计51会对第一支路5中的蒸汽流向造成干扰，设置模拟插入杆62可保证第一支路和第二支路的蒸汽管损一致，从而确保第一支路和第二支路的流量完全相等；同时，可作为后期定期校准和更换的一个技术措施，可以随时更换为一个标准流量计进行测量验证。优选地，模拟插入杆62的尺寸和插入深度与插入式流量计51的尺寸和插入深度一致，或存在可接受范围内的偏差。

第二支路6上具有电控通断装置61，可根据待测量蒸汽管路的实际蒸汽流量控制第二支路6的通断，从而保证流经第一支路5的蒸汽流量在插入式流量计51的较为准确的量程中，提高蒸汽计量的准确性。

基于物联网的智能蒸汽计量装置还包括数据处理模块7，数据处理模块7与插入式流量计51连接，用于根据插入式流量计51的检测流量，获得待测量蒸汽管路的主流量，数据处理模块7与插入式流量计51可为有线连接或无线连接；具体为测量方法为：

插入式流量计51检测第一支路5的蒸汽流量，测量数据通过信号线传送到数据处理模块7，数据处理模块7处理获得第一支路5的蒸汽流量q；

当2q小于设计蒸汽流量Q的一半时，数据处理模块7控制关闭电控通断装置61，将插入式流量计51的数据通过信号线传送到数据处理模块7，数据处理模块7处理获得第一支路5的蒸汽流量q，作为待测量蒸汽管路的蒸汽流量；

当2q大于等于设计蒸汽流量Q的一半时，数据处理模块7控制开启电控通断装置61，使待测量蒸汽管路平均流入第一支路5和第二支路6，插入式流量计51的数据通过信号线传送到数据处理模块7，数据处理模块7处理获得第一支路5的蒸汽流量q，再内部乘以2，作为待测量蒸汽管路的蒸汽流量；

数据处理模块7与电控通断装置61连接，可为有线连接或无线连接，基于插入式流量计51检测到第一支路5的流量与待测量蒸汽管路的设计流量的关系控制电控通断装置61，使第二支路6开启或关闭，可根据流量的变化进行测量回路选择，进行宽参数范围的蒸汽流量检测。电控通断装置61可为电控门或电控阀。

本发明实施例从一根待测量蒸汽管道上分出两路几乎一样的支路，将大的蒸汽流量平均分为两个均等的小流量，缩小了流量变化绝对范围；通过测量小流量的流量值，从而计算出待测量蒸汽管道的蒸汽流量值。当实际蒸汽流量值只有设计蒸汽流量的一半时，可自动关闭第二支路6，这时第一支路5的流量值接近于设计值，且流量值在插入式流量值的量程范围内，测量准确度大大提高。

考虑到工业供热用户大都是小散远用热企业，距离热源较远，而现有的蒸汽终端计量装置均为2G或4G技术产品，且与供热监控系统数据交互方式均是借助于PLC等控制设备，为传统的自控技术，通讯方式落后，因此，本发明实施例的基于物联网的智能蒸汽计量装置还包括后端服务器8，数据处理模块7与后端服务器8无线通讯连接，后端服务器8用于接收插入式流量计51的数据和数据处理模块7处理后的待测量蒸汽管路的蒸汽流量数据并储存，后端服务器8可包括热源厂的任何一台服务器上，大大减少了中间自控设备，降低造价、简化数据链路和提高了数据传递效率。

除此之外，设计生产步骤中，还需要根据待测量蒸汽管路的管道型号，选择进口对接管1的管径D及壁厚，避免因为进口对接管1影响待测量蒸汽管路的蒸汽传输。

本实施例采用插入式流量计51，其对安装环境有一定要求，为避免安装导致的测量误差，插入式流量计51与前端母管3之间的管路为前端直管道54，插入式流量计51与后端母管4之间的管道为后端直管道55，并保证插入式流量计51的前端直管道54长度为20d，后端直管道55为15d。

优选地，第一支路5上还设有温度传感器52和压力传感器53，温度传感器52和压力传感器53均数据处理模块7连接，数据处理模块7还用于接收温度传感器52和压力传感器53的数据，根据伯努利方程流体密度(与温度、压力有关)与流速的关系，对插入式流量计51的检测流量进行修正。温度传感器52和压力传感器53可与数据处理模块7有线或无线连接，数据处理模块7可为控制芯片，为现有技术，在此不再赘述。

为避免温度传感器52和压力传感器53对蒸汽的影响，温度传感器52和压力传感器53设置在后端直管道55上。

优选地，后端直管道55上并列设有第一手动门56和第二手动门57；第二支路6上与第一手动门56和第二手动门57对应位置设有第三手动门63，电控通断装置61与第三手动门63并排设置，用户可手动关闭第一支路5和第二支路6。电控通断装置可为电动门，而由于电动门存在关不严的情况，考虑电动门前设置一道手动门；为了保持第一支路和第二支路的局部阻力损失的一致性，因此在第一支路上对应位置设置了两道门，为了降低造价和实用性，选择了两道手动门。第一手动门的位置和第三手动门的位置对应，第二手动门的位置和电动门的位置对应。

本发明实施例的蒸汽计量方法中，信息储存步骤为：数据处理模块7对后端服务器8发送插入式流量计51的数据和数据处理模块7处理后的待测量蒸汽管路的蒸汽流量数据；后端服务器8接收插入式流量计51的数据和数据处理模块7处理后的待测量蒸汽管路的蒸汽流量数据并储存。

具体的，数据处理模块7与距离最近的5G基站71通讯连接，可为有线通讯连接或5G通讯连接，当为5G通讯连接时，数据处理模块7上设有5G信号发射芯片，用于与5G基站71无线通讯连接；5G基站71和后端服务器8通过专用物联网无线通讯连接，具体为，5G基站71按照预先定好的通讯协议将各测点及数据处理模块7中数据传统到服务器上，中间不需要任何其它硬件单元，实现物联网直接通讯，大大简化了数据采集流程，降低了设备投资造价，也提高了数据采集与发送的效率和准确度。

为了降低成本，提高储存效率，后端服务器8包括云端服务器81和设置在热源地的本地服务器82，云端服务器81和本地服务器82通讯连接，数据处理模块7发出的数据可存储在本地服务器82或云端服务器81。本地服务器82上设有防火墙83。

由此，本发明实施例的蒸汽计量装置完成了数据感知、采集与存储，并可结合待测量蒸汽管道的实际蒸汽流量进行测量回路的选择，选择仅流经第一支路5或平均流入第一支路5和第二支路6，使插入式流量计51可进行宽参数范围的蒸汽流量检测；同时结合5G网络，实现专用物联网的专项数据传输，实现了灵活、准确、高效、便捷的数据采集与传送，对行业内蒸汽计量带来革命性的变化。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于物联网的智能蒸汽计量装置，其特征在于，包括待测量蒸汽管路、进口对接管、前端母管、后端母管、第一支路和第二支路，所述待测量蒸汽管路通过所述进口对接管与所述前端母管连通，所述前端母管分别与所述第一支路和所述第二支路连通，后端母管分别与所述第一支路和所述第二支路连通；

其中，所述第一支路和所述第二支路的设计流量完全相等，且所述第一支路上设有插入式流量计，所述第二支路上与所述插入式流量计对应的位置设有模拟插入杆，所述第二支路上具有电控通断装置；

还包括数据处理模块，所述数据处理模块与所述插入式流量计连接，用于根据所述插入式流量计的检测流量，获得所述待测量蒸汽管路的主流量；

所述数据处理模块与所述电控通断装置连接，基于所述插入式流量计检测到所述第一支路的流量与所述待测量蒸汽管路的设计流量的关系控制所述电控通断装置，使所述第二支路开启或关闭；

还包括后端服务器，所述数据处理模块与所述后端服务器无线通讯连接，所述后端服务器用于接收所述插入式流量计的数据和所述数据处理模块处理后的待测量蒸汽管路的蒸汽流量数据并储存。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能蒸汽计量装置，其特征在于，所述第一支路上还设有温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和所述压力传感器均所述数据处理模块连接，所述数据处理模块还用于接收所述温度传感器和所述压力传感器的数据对所述插入式流量计的检测流量进行修正。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的智能蒸汽计量装置，其特征在于，所述第一支路和所述第二支路的管径为d，所述插入式流量计与所述前端母管之间的管路为前端直管道，所述插入式流量计与所述后端母管之间的管道为后端直管道；

所述插入式流量计在所述第一支路上的位置满足，所述前端直管道的长度≥20d，后端直管道的长度≥15d。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的智能蒸汽计量装置，其特征在于，所述温度传感器和所述压力传感器设置在所述后端直管道上。

5.根据权利要求3所述的基于物联网的智能蒸汽计量装置，其特征在于，所述后端直管道上并列设有第一手动门和第二手动门；所述第二支路上与所述第一手动门和所述第二手动门对应位置设有第三手动门，所述电控通断装置与所述第三手动门并排设置。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的智能蒸汽计量装置，其特征在于，所述数据处理模块与距离最近的5G基站通讯连接；所述5G基站和所述后端服务器通过专用物联网无线通讯连接。

7.根据权利要求6所述的基于物联网的智能蒸汽计量装置，其特征在于，所述后端服务器包括云端服务器和设置在热源地的本地服务器，所述云端服务器和所述本地服务器通讯连接。

8.一种基于物联网的智能蒸汽计量方法，其特征在于，采用如权利要求1至7任一项所述的基于物联网的智能蒸汽计量装置进行蒸汽计量，包括如下步骤：

设计生产步骤，

根据所述待测量蒸汽管路的管道型号，选择所述进口对接管的管径D及壁厚；

根据所述待测量蒸汽管路的设计蒸汽流量Q，选择Q/2作为所述第一支路和所述第二支路的设计流量，并保证所述第一支路和所述第二支路的结构、管径d和壁厚基本一致；

在所述第一支路在设置插入式流量计作为蒸汽流量计，并保证所述插入式流量计的前端直管道长度至少为20d，后端直管道至少为15d；

在所述第二支路上与所述插入式流量计对应的位置设置一根模拟插入杆，所述模拟插入杆的尺寸和插入深度与所述插入式流量计的尺寸和插入深度一致；

在所述第二支路上设置电控通断装置；

设置数据处理模块，连接所述数据处理模块和所述插入式流量计，连接所述数据处理模块和所述电控通断装置；

测量步骤：

所述插入式流量计检测所述第一支路的蒸汽流量，测量数据通过信号线传送到所述数据处理模块，所述数据处理模块处理获得所述第一支路的蒸汽流量q；

当2q小于设计蒸汽流量Q的一半时，所述数据处理模块控制关闭所述电控通断装置，将所述插入式流量计的数据通过信号线传送到所述数据处理模块，所述数据处理模块处理获得所述第一支路的蒸汽流量q，作为待测量蒸汽管路的蒸汽流量；

当2q大于等于设计蒸汽流量Q的一半时，所述数据处理模块控制开启所述电控通断装置，使待测量蒸汽管路平均流入第一支路和第二支路，所述插入式流量计的数据通过信号线传送到所述数据处理模块，所述数据处理模块处理获得所述第一支路的蒸汽流量q，再内部乘以2，作为待测量蒸汽管路的蒸汽流量；

信息储存步骤，

所述数据处理模块对后端服务器发送所述插入式流量计的数据和所述数据处理模块处理后的待测量蒸汽管路的蒸汽流量数据；

所述后端服务器接收所述插入式流量计的数据和所述数据处理模块处理后的待测量蒸汽管路的蒸汽流量数据并储存。

9.如权利要求8所述的基于物联网的智能蒸汽计量方法，其特征在于，

所述设计生产步骤还包括：

在所述第一支路上设置温度传感器和压力传感器，且所述温度传感器和所述压力传感器位于所述后端直管道上；

设置所述温度传感器和压力传感器与所述数据处理模块通讯连接；

所述测量步骤还包括：

所述数据处理模块接收所述温度传感器和所述压力传感器的数据，根据伯努利方程流体密度与流速的关系，对所述插入式流量计的检测流量进行修正。

10.根据权利要求8所述的基于物联网的智能蒸汽计量方法，其特征在于，

所述测量步骤还包括：

所述数据处理模块通过5G网络将数据传输至距离最近的5G基站，而后通过专用物联网将数据传输至后端服务器；

所述后端服务器中的云端服务器接收到数据后，将数据解码并存储到本地服务器的数据库中。

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