CN116659630A - 基于雷诺数补偿的质量流量计标准表在线检定系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于雷诺数补偿的质量流量计标准表在线检定系统，油品计量检定技术领域，通过分析模块将管道数据与油品数据综合计算生成预测系数，通过预测系数与预测阈值的对比结果判断油品输送是否存在异常，从而在判断油品输送存在异常时，及时控制输送模块停止输送油品并发出警报，避免造成经济损失，当判断油品输送不存在异常时，处理模块将管道数据以及油品数据依据雷诺数生成精确的质量流量计标准表修正系数，在测量得到油品质量流量值后。本发明通过修正系数修正油品质量流量值得到修正流量值，控制模块将修正流量值与预设流量值进行比较，控制流量调节阀调节油品修正流量值与预设流量值相等，从而达到精准调节油品流量的目的。
Description
技术领域
本发明涉及油品计量检定技术领域，具体涉及基于雷诺数补偿的质量流量计标准表在线检定系统。
背景技术
油品质量流量计是用于测量油品质量流量的设备，广泛应用于石油、化工、能源等行业，油品质量流量的准确测量对于产品质量控制、生产过程优化和能源消耗管理至关重要；
传统的油品质量流量计检定方法通常需要将设备送往实验室进行离线检定，这不仅费时费力，还会中断生产过程，对生产效率产生不利影响，因此，开发一种在线检定系统能够实时监测和校准油品质量流量计成为行业的迫切需求；
油品质量流量计标准表在线检定系统是一种利用先进的传感技术和计算方法，实时监测和校准油品质量流量计的设备，该系统通过与标准表的比对，检测和校正油品质量流量计的测量误差，确保其准确性和可靠性，与传统的离线检定方法相比，在线检定系统无需停机和拆卸设备，可以在生产过程中持续监测和校准，大大提高了检定的效率和便捷性。
现有技术存在以下不足：
现有检定系统在油品输送过程中，对油品输送异常无预测处理，当油品输送过程中出现异常时，容易导致油品泄漏或设备损坏，带来更大的经济损失；
检定系统通常只是单一的对油品进行流量检测，然而，在油品的实际输送过程中，油品流量受其他因素影响时误差大，检定系统对该误差无修正处理，从而无法精准调节和检测油品的流量。
发明内容
本发明的目的是提供基于雷诺数补偿的质量流量计标准表在线检定系统，以解决背景技术中不足。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于雷诺数补偿的质量流量计标准表在线检定系统，包括输送模块、计量模块、数据采集模块、处理模块、分析模块、预警模块、控制模块；
输送模块：用于输送油品，并通过流量调节阀调节油品的输送流量；
计量模块：在输送模块输送油品时，用于实时测量通过管道的油品流量；
数据采集模块：在输送模块输送油品时，采集管道数据以及油品数据，并将管道数据以及油品数据进行预处理；
处理模块：将管道数据以及油品数据依据雷诺数生成精确的质量流量计标准表修正系数，在测量得到油品质量流量值后，通过修正系数修正油品质量流量值得到修正流量值；
分析模块：将管道数据综合计算生成预测系数，通过预测系数与预测阈值的对比结果判断油品输送是否存在异常；
预警模块：当接收的判断结果为油品输送存在异常，发出预警信号；
控制模块：接收预警信号时，控制输送模块停止输送油品并发出警报，未接收预警信号时，控制流量调节阀调节油品修正流量值与预设流量值相等。
在一个优选的实施方式中，所述分析模块将管道数据与油品数据综合计算生成预测系数，管道数据包括管道压力标准差、管道振动幅度，油品数据包括油品流量变化率。
在一个优选的实施方式中，所述分析模块将管道压力标准差、管道振动幅度、油品流量变化率去除量纲后，综合计算得到预测系数，计算表达式为：；
式中，为管道压力标准差，/>为管道振动幅度，/>为油品流量变化率，/>为油品输送管道上设置的不同计量模块采集的油品流量，/>为预设油品流量，/>、/>、/>分别为管道压力标准差、管道振动幅度、油品流量变化率的比例系数，且/>、/>、/>均大于0。在一个优选的实施方式中，所述分析模块获取预测系数/>后，将预测系数/>与异常阈值进行对比，若预测系数大于等于异常阈值，分析模块判断油品输送存在异常，此时预警模块发出预警信号，若预测系数小于异常阈值，分析模块判断油品输送不存在异常。
在一个优选的实施方式中，所述管道压力标准差的获取逻辑为：
计算压力值的平均值ylx，将所有观测到的压力值ylxi相加，然后除以观测次数sn，计算表达式为：ylx=(sum(ylxi))/sn；
计算每个观测压力值与平均值的差的平方，即（ylxi-ylx)2；
将所有（ylxi-ylx)2的值相加，得到sum((ylxi-ylx)2)；
将sum((ylxi-ylx)2)除以观测次数sn，得到1/sn*sum((ylxi-ylx)2)；
对1/sn*sum((ylxi-ylx)2)进行开平方，得到管道压力标准差，计算表达式为：。
在一个优选的实施方式中，所述处理模块获取雷诺数包括以下步骤：通过管道中的流速、油品密度以及管道的直径计算得到雷诺数，计算表达式为：
；
式中，为雷诺数，/>为流体的动力粘度，/>为油品密度，/>为管道中的流速，/>为管道的直径。
在一个优选的实施方式中，所述处理模块获取雷诺数后，建立修正公式，将雷诺数与修正系数关联起来，计算表达式为：
；
式中，为修正系数，/>为修正系数与雷诺数关系曲线的纵向偏移量，/>为修正系数与雷诺数关系曲线的斜率。
在一个优选的实施方式中，所述处理模块获取修正系数后，通过修正系数/>修正计量模块获取的油品流量，得到修正流量值，计算表达式为：/>，式中，为计量模块获取的油品流量，/>为修正流量值。
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
本发明通过输送模块输送油品的过程中，通过分析模块将管道数据与油品数据综合计算生成预测系数，通过预测系数与预测阈值的对比结果判断油品输送是否存在异常，从而在判断油品输送存在异常时，及时控制输送模块停止输送油品并发出警报，避免造成经济损失，当判断油品输送不存在异常时，处理模块将管道数据以及油品数据依据雷诺数生成精确的质量流量计标准表修正系数，在测量得到油品质量流量值后，通过修正系数修正油品质量流量值得到修正流量值，控制模块将修正流量值与预设流量值进行比较，控制流量调节阀调节油品修正流量值与预设流量值相等，从而达到精准调节油品流量的目的；
本发明通过分析模块将管道数据与油品数据综合计算生成预测系数，管道数据包括管道压力标准差、管道振动幅度，油品数据包括油品流量变化率，将管道压力标准差、管道振动幅度、油品流量变化率去除量纲后，综合计算得到预测系数，不仅有效提高数据处理效率，而且分析更为全面。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的系统模块图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
实施例1：请参阅图1所示，本实施例所述基于雷诺数补偿的质量流量计标准表在线检定系统，包括输送模块、计量模块、数据采集模块、处理模块、分析模块、预警模块、控制模块；
输送模块：用于输送油品，并通过流量调节阀调节油品的输送流量包括以下步骤：
1）准备就绪：确保输送模块和流量调节阀处于正常工作状态，检查设备的运行条件和安全性，包括管道连接、阀门开关等；
2）设定目标流量：根据需要，设定所需的目标流量值，这可以是根据生产计划或工艺要求确定的特定数值；
3）监测流量：通过流量计或其他流量监测设备实时监测油品的实际流量，流量计可以基于压力差、涡街效应、超声波等原理进行测量；
4）调节阀门：根据实际流量与目标流量之间的差异，通过流量调节阀调节油品的输送流量，流量调节阀根据控制信号自动调整阀门的开度，以增加或减少流体的流量。
计量模块：在输送模块输送油品时，用于实时测量通过管道的油品流量包括以下步骤：
1）安装流量计：在管道上安装合适的流量计设备，常用的流量计类型包括涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计等，选择适合应用场景和油品性质的流量计；
2）校准流量计：对安装的流量计进行校准，确保其准确性和精度，校准可以通过与已知流量标准进行比较或使用校准设备进行实施；
3）连接传感器和监测设备：将流量计与数据采集系统或监测设备连接，这可以是通过电缆连接或其他无线通信技术实现，确保传感器和设备之间的正确连接和通信；
4）实时监测：启动流量计和监测设备，开始实时监测油品的流量，流量计会根据流体通过的速度和管道截面积计算油品的实时流量，并将数据传输到监测设备；
5）数据处理和分析：监测设备接收到流量数据后，进行数据处理和分析，这可以包括数据的存储、实时计算、统计分析等，通过分析数据，可以获取油品的实际流量信息，并进行进一步的处理；
6）报告和记录：根据需要生成流量数据的报告和记录，这可以包括流量的时间序列图、统计摘要、异常报警等，记录数据可以用于后续的分析、审核和验证。
数据采集模块：在输送模块输送油品时，用于采集管道数据以及油品数据，并将管道数据以及油品数据进行预处理，预处理后的管道数据以及油品数据发送至处理模块以及分析模块，将管道数据以及油品数据进行预处理包括以下步骤：
1）数据清洗：对原始数据进行清洗，去除异常值、噪声和无效数据，这可以使用滤波、平滑等技术进行数据清洗，确保数据质量；
2）数据对齐：如果管道数据和油品数据是从不同的设备或传感器获取的，需要对其进行对齐，这可以通过时间戳或其他标识来匹配相应的数据点；
3）数据插值：如果数据中存在缺失值或间断点，可以使用插值方法填补这些空缺，以保持数据的连续性和完整性，常用的插值方法包括线性插值、样条插值等；
4）数据标准化：对管道数据和油品数据进行标准化，使其具有相同的尺度和范围，常用的标准化方法包括最小/最大标准化、z-score标准化等；
5）特征工程：根据具体的分析需求，对数据进行特征提取和转换，这可以包括计算统计特征（均值、方差等）、时域特征、频域特征、波形特征等，以捕捉数据的关键信息；
6）数据降维：如果数据维度较高，可以采用降维技术来减少数据的复杂性和冗余性，常用的降维方法包括主成分分析（PCA）、线性判别分析（LDA）等。
处理模块：将管道数据以及油品数据依据雷诺数生成精确的质量流量计标准表修正系数，在测量得到油品质量流量值后，通过修正系数修正油品质量流量值得到修正流量值，修正流量值发送至控制模块；
分析模块：将管道数据综合计算生成预测系数，通过预测系数与预测阈值的对比结果判断油品输送是否存在异常，判断结果发送至预警模块；
预警模块：当接收的判断结果为油品输送存在异常，向控制模块发出预警信号；
控制模块：控制模块接收预警信号时，控制输送模块停止输送油品并发出警报，控制模块未接收预警信号时，将修正流量值与预设流量值进行比较，控制流量调节阀调节油品修正流量值与预设流量值相等，从而达到精准调节油品流量的目的；
控制模块控制流量调节阀调节油品修正流量值与预设流量值相等，从而达到精准调节油品流量的目的包括以下步骤：
1）比较修正流量值与预设流量值：将修正流量值与预设流量值进行比较，这可以通过控制模块中的比较逻辑或算法实现；
2）确定调节策略：根据修正流量值与预设流量值之间的差异，确定调节策略和控制动作，这可以包括增大或减小流量调节阀的开度，以使修正流量值逐渐接近预设流量值；
3）控制流量调节阀：根据确定的调节策略，通过控制信号控制流量调节阀的开度，控制模块发送适当的指令或信号给流量调节阀，使其相应地调整开度；
4）监测调节效果：持续监测修正流量值和预设流量值之间的差异，确保调节效果的准确性和稳定性，如果修正流量值与预设流量值之间的差异仍然存在，需要进行进一步的调整；
5）持续控制和调整：在输送过程中，持续控制流量调节阀以保持修正流量值与预设流量值的一致，根据实时的流量数据和控制策略，不断调整流量调节阀的开度，使修正流量值尽可能接近预设流量值；
6）监测和报告：持续监测和记录控制过程中的关键参数和数据，生成相应的报告和记录，这可以用于性能评估、质量控制和后续分析。
本申请通过输送模块输送油品的过程中，通过分析模块将管道数据与油品数据综合计算生成预测系数，通过预测系数与预测阈值的对比结果判断油品输送是否存在异常，从而在判断油品输送存在异常时，及时控制输送模块停止输送油品并发出警报，避免造成经济损失，当判断油品输送不存在异常时，处理模块将管道数据以及油品数据依据雷诺数生成精确的质量流量计标准表修正系数，在测量得到油品质量流量值后，通过修正系数修正油品质量流量值得到修正流量值，控制模块将修正流量值与预设流量值进行比较，控制流量调节阀调节油品修正流量值与预设流量值相等，从而达到精准调节油品流量的目的。
实施例2：处理模块将管道数据以及油品数据依据雷诺数生成精确的质量流量计标准表修正系数，在测量得到油品质量流量值后，通过修正系数修正油品质量流量值得到修正流量值，修正流量值发送至控制模块。
将管道数据以及油品数据依据雷诺数生成精确的质量流量计标准表修正系数包括以下步骤：
获取油品在管道中的流速、油品密度以及管道的直径；
通过管道中的流速、油品密度以及管道的直径计算得到雷诺数，计算表达式为：
；
式中，为雷诺数，/>为流体的动力粘度，/>为油品密度，/>为管道中的流速，/>为管道的直径。
获取雷诺数后，建立修正公式，将雷诺数与修正系数关联起来，计算表达式为：
；
式中，为修正系数，/>为修正系数与雷诺数关系曲线的纵向偏移量，反映了在雷诺数较低或较高时修正系数的基本大小，/>为修正系数与雷诺数关系曲线的斜率，描述了雷诺数对修正系数的影响程度，b的值越大，修正系数对雷诺数的敏感度越高。
获取修正系数
后，通过修正系数
修正计量模块获取的油品流量，得到修正流量值，计算表达式为：
，式中，
为计量模块获取的油品流量，为修正流量值。
获取修正流量值后，若修正流量值与预设流量值相等，则控制模块无需控制流量调节阀运行，若修正流量值与预设流量值不相等，则控制模块需控制流量调节阀运行，调节油品修正流量值与预设流量值相等，从而达到精准调节油品流量的目的。
为了更好的说明上述方案，我们做出以下说明：
获取雷诺数后，建立修正公式，设/>，/>，将雷诺数与修正系数关联起来，计算表达式为：
，式中，/>为修正系数；
通过修正系数计算公式，经过实验数据确定修正系数，得到质量流量计标准表，如表1所示：
表1
在实际测量中，测得的雷诺数为4000的流体，根据质量流量计标准表，得到对应的修正系数为1.4，若实际测试中，计量模块获取的油品流量为10kg/s，则修正流量值kg/s。
实施例3：分析模块将管道数据与油品数据综合计算生成预测系数，通过预测系数与预测阈值的对比结果判断油品输送是否存在异常，判断结果发送至预警模块；
当接收的判断结果为油品输送存在异常，预警模块向控制模块发出预警信号；
控制模块接收预警信号时，控制输送模块停止输送油品并发出警报，控制模块未接收预警信号时，将修正流量值与预设流量值进行比较，控制流量调节阀调节油品修正流量值与预设流量值相等，从而达到精准调节油品流量的目的。
分析模块将管道数据与油品数据综合计算生成预测系数，管道数据包括管道压力标准差、管道振动幅度，油品数据包括油品流量变化率；
将管道压力标准差、管道振动幅度、油品流量变化率去除量纲后，综合计算得到预测系数，计算表达式为：
；
式中，为管道压力标准差，/>为管道振动幅度，/>为油品流量变化率，/>为油品输送管道上设置的不同计量模块采集的油品流量，/>为预设油品流量，/>、/>、/>分别为管道压力标准差、管道振动幅度、油品流量变化率的比例系数，且/>、/>、/>均大于0。
获取预测系数后，将预测系数/>与异常阈值进行对比，若预测系数大于等于异常阈值，分析模块判断油品输送存在异常，此时预警模块发出预警信号，若预测系数小于异常阈值，分析模块判断油品输送不存在异常。
管道压力标准差的获取逻辑为：
计算压力值的平均值ylx，将所有观测到的压力值ylxi相加，然后除以观测次数sn，计算表达式为：ylx=(sum(ylxi))/sn；
计算每个观测压力值与平均值的差的平方，即（ylxi-ylx)2；
将所有（ylxi-ylx)2的值相加，得到sum((ylxi-ylx)2)；
将sum((ylxi-ylx)2)除以观测次数sn，得到1/sn*sum((ylxi-ylx)2)；
对1/sn*sum((ylxi-ylx)2)进行开平方，得到管道压力标准差，计算表达式为：，标准差越大，压力值的变异程度就越大，表明输送管道内部的压力越不稳定。
管道振动幅度通过在输送管道上设置振动传感器获取，可以实时监测振动的变化。振动传感器可以测量管道的振动幅度。
本申请通过分析模块将管道数据与油品数据综合计算生成预测系数，管道数据包括管道压力标准差、管道振动幅度，油品数据包括油品流量变化率，将管道压力标准差、管道振动幅度、油品流量变化率去除量纲后，综合计算得到预测系数，不仅有效提高数据处理效率，而且分析更为全面。
上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.基于雷诺数补偿的质量流量计标准表在线检定系统，其特征在于：包括输送模块、计量模块、数据采集模块、处理模块、分析模块、预警模块、控制模块；
输送模块：用于输送油品，并通过流量调节阀调节油品的输送流量；
计量模块：在输送模块输送油品时，用于实时测量通过管道的油品流量；
数据采集模块：在输送模块输送油品时，采集管道数据以及油品数据，并将管道数据以及油品数据进行预处理；
处理模块：将管道数据以及油品数据依据雷诺数生成精确的质量流量计标准表修正系数，在测量得到油品质量流量值后，通过修正系数修正油品质量流量值得到修正流量值；
分析模块：将管道数据综合计算生成预测系数，通过预测系数与预测阈值的对比结果判断油品输送是否存在异常；
预警模块：当接收的判断结果为油品输送存在异常，发出预警信号；
控制模块：接收预警信号时，控制输送模块停止输送油品并发出警报，未接收预警信号时，控制流量调节阀调节油品修正流量值与预设流量值相等。
2.根据权利要求1所述的基于雷诺数补偿的质量流量计标准表在线检定系统，其特征在于：所述分析模块将管道数据与油品数据综合计算生成预测系数，管道数据包括管道压力标准差、管道振动幅度，油品数据包括油品流量变化率。
3.根据权利要求2所述的基于雷诺数补偿的质量流量计标准表在线检定系统，其特征在于：所述分析模块将管道压力标准差、管道振动幅度、油品流量变化率去除量纲后，综合计算得到预测系数，计算表达式为：；
式中，为管道压力标准差，/>为管道振动幅度，/>为油品流量变化率，/>为油品输送管道上设置的不同计量模块采集的油品流量，/>为预设油品流量，/>、/>、/>分别为管道压力标准差、管道振动幅度、油品流量变化率的比例系数，且/>、/>、/>均大于0。
4.根据权利要求3所述的基于雷诺数补偿的质量流量计标准表在线检定系统，其特征在于：所述分析模块获取预测系数后，将预测系数/>与异常阈值进行对比，若预测系数大于等于异常阈值，分析模块判断油品输送存在异常，此时预警模块发出预警信号，若预测系数小于异常阈值，分析模块判断油品输送不存在异常。
5.根据权利要求4所述的基于雷诺数补偿的质量流量计标准表在线检定系统，其特征在于：所述管道压力标准差的获取逻辑为：
计算压力值的平均值ylx，将所有观测到的压力值ylxi相加，然后除以观测次数sn，计算表达式为：ylx=(sum(ylxi))/sn；
计算每个观测压力值与平均值的差的平方，即（ylxi-ylx)2；
将所有（ylxi-ylx)2的值相加，得到sum((ylxi-ylx)2)；
将sum((ylxi-ylx)2)除以观测次数sn，得到1/sn*sum((ylxi-ylx)2)；
对1/sn*sum((ylxi-ylx)2)进行开平方，得到管道压力标准差，计算表达式为：。
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于雷诺数补偿的质量流量计标准表在线检定系统，其特征在于：所述处理模块获取雷诺数包括以下步骤：
通过管道中的流速、油品密度以及管道的直径计算得到雷诺数，计算表达式为：
；
式中，为雷诺数，/>为流体的动力粘度，/>为油品密度，/>为管道中的流速，/>为管道的直径。
7.根据权利要求6所述的基于雷诺数补偿的质量流量计标准表在线检定系统，其特征在于：所述处理模块获取雷诺数后，建立修正公式，将雷诺数与修正系数关联起来，计算表达式为：
；
式中，为修正系数，/>为修正系数与雷诺数关系曲线的纵向偏移量，/>为修正系数与雷诺数关系曲线的斜率。
8.根据权利要求7所述的基于雷诺数补偿的质量流量计标准表在线检定系统，其特征在于：所述处理模块获取修正系数后，通过修正系数/>修正计量模块获取的油品流量，得到修正流量值，计算表达式为：/>，式中，/>为计量模块获取的油品流量，/>为修正流量值。
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