一种聚焦孔板流量计及其使用方法

1.一种聚焦孔板流量计，其特征在于，包括：
孔板；
前端差压变送器，所述前端差压变送器安装在孔板前端，测量孔板前后差压值；
后端差压变送器，所述前端差压变送器安装在孔板后端，测量被测介质通过孔板后的压力损失值；
压力变送器，所述压力变送器安装于孔板前端，测量孔板前端的压力值；
温度传感器，所述温度传感器安装在孔板后端；
在线流量计算器，所述在线流量计算器分别与前端差压变送器、后端差压变送器、压力变送器和温度传感器相连接；
所述孔板流量计量程比为30:1；
一种聚焦孔板流量计的使用方法，包括以下步骤：
1)前端差压变送器和后端差压变送器分别测量出孔板前后两端的差压值Δp和压损值差压比η，是通过前端差压变送器和后端差压变送器分别测量孔板前后的压损值比差压值Δp所得到的，即
2)在线流量计算器根据流量方程 式中q是质量流量，C、ε、β、d、γ
分别是工况下的流出系数、可膨胀系数、直径比、节流元件的开口尺寸和密度，Δp是测量差压，因节流装置的流量关系式为 将两个方程式联立，可解的
令 则ReD＝CA，将方程右侧移到左侧，便构成迭代函数δ＝ReD-CA＝0，取初值C0＝C∞，可计算ReD0＝C∞A，再用该ReD0可根据不同节流装置计算C1＝f(ReD0)，再用C1与ReD0可计算ReD1＝C1A和δ1＝ReD0-C1A，如相邻两次计算的δ足够小，说明ReD收敛计算可以结束，否则用ReD1计算C2＝f(ReD1)，再用C2计算ReD2＝C2A和δ2＝ReD1-C2A，反复这一过程，直到为止，用满足误差的ReDn计算q便消除了参数变化的影响，为加快迭代计
算，当n≥3时，采用快速收敛弦截算式： 在节流装置安装
后实际置入条件参数，实际测量过程变量和密度，就计算一次A并对ReD进行一次迭代；每迭代一个ReD计算一次q；周而复始，对q实现了在线迭代；
3)在线流量计算器根据孔板直角边被磨损后产生的圆弧的半径rk与孔板开口直径d的比值可用差压比η的函数形式表达，即：rk/d＝f1(η)，在根据GB/T 21446-2008中关于孔板锐利度修正系数bk与rk/d的关系表之规定，即可得到孔板锐利度修正系数bk，在线流量计算器时刻根据孔板锐利度修正系数bk与原始仪表系数k0乘积，得到新的仪表系数k，实施在线修正；差压比η与孔板上游淤积程度s＝4S/π(D2-d2)，其中S是孔板上游淤积横截面积，存在函数关系，即s＝f2(η)，同时孔板淤积程度s来表征孔板淤积修正系数sk，即sk＝f3(s)，二者将结合即可得到孔板淤积修正系数sk，在线流量计算器时刻根据孔板淤积修正系数sk与原始仪表系数k0乘积，得到新的仪表系数k，实施在线修正；湿气流经孔板产生的虚高可用经典虚高修正模型 表示，其中最难测量的L-M参数X与差压比η存在函数关系X
＝f4(η)，利用此关系可得到无量纲修正虚高系数Φg，当通过气体不含水，即湿度为0时，无量纲修正虚高系数对仪表系数不产生影响；当湿气通过时，根据上述关系，无量纲修正虚高系数Φg发生变化，在线流量计算器时刻将原始仪表系数k0除以无量纲修正虚高系数Φg，从而得到新的仪表系数k，实施在线修正。

一种聚焦孔板流量计及其使用方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及流量的测量技术领域，特别涉及一种聚焦孔板流量计及其使用方法。\n背景技术\n[0002] 标准孔板流量计应用非常广泛，它属于标准节流装置，需要按照国家标准GB/T2624-2006来设计、制造、安装和使用。标准孔板流量计具有结构简单、耐用性好、不需要实流标定、标准化程度高及准确度较高等优点，在工业生产中应用非常广泛。孔板流量计的测量特性取决于装置的几何特性，流量与差压有着确定的关系式。\n[0003] 传统方法把差压以外的变量全看作常量，最后只通过测量差压确定流量。这样当实际的变量偏离设计值时，就会导致设计的流量不确定度无法保证，并且由于把变量作为常量看待参数适应范围有限又导致量程比很窄(3:1)。这是长时间以来，困惑节流装置使用的问题。\n[0004] 同时由于标准孔板的结构特点，其上游孔口的直角边往往出现钝化现象。研究人员也研究了一些应对的措施，如国家标准对钝化后的标准孔板的流出系数进行修正，以及锐利度随年限变化的估算经验公式等。可是，在孔板使用过程中，由于流体腐蚀、气蚀和磨损等原因造成的钝化是日积月累而逐渐增强的，这使得孔板长期在偏离正常工作点的钝化状态下工作，因管道内状况不可见，无法得知钝化量，更无法计算由此产生的测量值偏差，实际的钝化情况直到停工检修时才能准确地获得，常给准确测量带来巨大的影响。\n[0005] 实际应用中发现，在天然气及煤气等测量中，当气体具有一定粉尘等固体杂质时，长时间会导致孔板上游管道淤积。而淤积会改变孔板管道装置的几何特性，流量与差压间确定的流量关系式将受到影响。此时的孔板相当于长期在故障状态下工作，更为严重的是，因管道内淤积状况不可见，无从知道故障程度，更无法计算出由此产生的测量值偏差，存在很大的隐患。\n[0006] 当测量的气体中含水，那么便可以看做湿气流过，湿气是一种特殊形态的两相流动，而这种含水的气体在工业生产过程中广泛存在。湿气经过差压式流量计时会产生虚高现象，一直以来严重影响着孔板流量计测量的准确性。\n[0007] 因此，如何解决标准孔板流量计量程比很窄、孔板尖角钝化、孔板上游淤积和湿气测量产生虚高等一系列问题是一个关键。\n发明内容\n[0008] 本发明的目的在于提供一种结构简单，使用方便，增加标准孔板流量计量程和提高实际测量精度的聚焦孔板流量计。\n[0009] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：\n[0010] 一种聚焦孔板流量计，包括：\n[0011] 孔板；\n[0012] 前端差压变送器，所述前端差压变送器安装在孔板前端，测量孔板前后差压值；\n[0013] 后端差压变送器，所述前端差压变送器安装在孔板后端，测量被测介质通过孔板后的压力损失值；\n[0014] 压力变送器，所述压力变送器安装于孔板前端，测量孔板前端的压力值；\n[0015] 温度传感器，所述温度传感器安装在孔板后端；\n[0016] 在线流量计算器，所述在线流量计算器分别与前端差压变送器、后端差压变送器、压力变送器和温度传感器相连接；\n[0017] 所述孔板流量计量程比为30:1；\n[0018] 一种聚焦孔板流量计的使用方法，包括以下步骤：\n[0019] 1)前端差压变送器和后端差压变送器分别测量出孔板前后两端的差压值Δp和压损值 差压比η，是通过前端差压变送器和后端差压变送器分别测量孔板前后的压损值比差压值Δp所得到的，即\n[0020] 2)在线流量计算器根据流量方程 式中q是质量流量，C、ε、\nβ、d、γ分别是工况下的流出系数、可膨胀系数、直径比、节流元件的开口尺寸和密度，Δp是测量差压，因节流装置的流量关系式为 将两个方程式联立，可解的\n令 则ReD＝CA，将方程右侧移到左侧，便构成迭代函\n数δ＝ReD-CA＝0，取初值C0＝C∞，可计算ReD0＝C∞A，再用该ReD0可根据不同节流装置计算C1＝f(ReD0)，再用C1与ReD0可计算ReD1＝C1A和δ1＝ReD0-C1A，如相邻两次计算的δ足够小，说明ReD收敛计算可以结束，否则用ReD1计算C2＝f(ReD1)，再用C2计算ReD2＝C2A和δ2＝ReD1-C2A，反复这一过程，直到 为止，用满足误差的ReDn计算q便消除了参数变化的影响，\n为加快迭代计算，当n≥3时，采用快速收敛弦截算式： 在节\n流装置安装后实际置入条件参数，实际测量过程变量和密度，就计算一次A并对ReD进行一次迭代；每迭代一个ReD计算一次q；周而复始，对q实现了在线迭代。\n[0021] 3)在线流量计算器根据孔板直角边被磨损后产生的圆弧的半径rk与孔板开口直径d的比值可用差压比η的函数形式表达，即：rk/d＝f1(η)，在根据GB/T 21446-2008中关于孔板锐利度修正系数bk与rk/d的关系表之规定，即可得到孔板锐利度修正系数bk，在线流量计算器时刻根据孔板锐利度修正系数bk与原始仪表系数k0乘积，得到新的仪表系数k，实施在线修正；差压比η与孔板上游淤积程度s＝4S/π(D2-d2)，其中s是孔板上游淤积横截面积)存在函数关系，即s＝f2(η)，同时孔板淤积程度s来表征孔板淤积修正系数sk，即sk＝f3(s)，二者将结合即可得到孔板淤积修正系数sk，在线流量计算器时刻根据孔板淤积修正系数sk与原始仪表系数k0乘积，得到新的仪表系数k，实施在线修正；湿气流经孔板产生的虚高可用经典虚高修正模型 表示，其中最难测量的L-M参数X与差压比η存在函\n数关系X＝f4(η)，利用此关系可得到无量纲修正虚高系数Φg，当通过气体不含水，即湿度为\n0时，无量纲修正虚高系数对仪表系数不产生影响；当湿气通过时，根据上述关系，无量纲修正虚高系数Φg发生变化，在线流量计算器时刻将原始仪表系数k0除以无量纲修正虚高系数Φg，从而得到新的仪表系数k，实施在线修正。\n[0022] 与现有的技术相比，本发明的有益效果是：\n[0023] 本发明具有结构简单、设计合理、使用方便、科学实用等特点，本发明聚焦孔板通过在线迭代计算的方式，有效增加标准孔板流量计量程，并通过在孔板后直管段增开一取压点，测量被测介质的压损，再与差压值进行比较，结合在线对差压比值的变化进行计算，即可自动调节仪表系数，实施在线修正，同时该方法可有本发明聚焦孔板自身所带在线流量计算器自行运算，无需人工简单，且运算时间短。\n附图说明\n[0024] 图1是本发明的结构图。\n[0025] 1—孔板 2—前端差压变送器 3—后端差压变送器 4—压力变送器 5—温度传感器 6—在线流量计算器。\n具体实施方式\n[0026] 下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：\n[0027] 如图1所示，一种聚焦孔板流量计，包括孔板1；前端差压变送器2，所述前端差压变送器2安装于孔板1前端，测量孔板1前后差压值(根据取压位置的不同，可分为角接取压、法兰取压、D-D/2取压)；后端差压变送器3，所述后端差压变送器3安装在孔板1后端，测量被测介质通过孔板1后的压力损失值；压力变送器4，所述压力变送器4安装于孔板1前端，测量孔板1前端的压力值；温度传感器5，所述温度传感器5安装在孔板1后端；在线流量计算器6，所述在线流量计算器6分别与前端差压变送器2、后端差压变送器3、压力变送器4和温度传感器5相连接。\n[0028] 上述孔板流量计量程比为30:1\n[0029] 一种聚焦孔板流量计的使用方法，包括以下步骤：\n[0030] 1)前端差压变送器2和后端差压变送器3分别测量出孔板前后两端的差压值Δp和压损值 差压比η，是通过前端差压变送器2和后端差压变送器3分别测量孔板1前后的压损值 比差压值Δp所得到的，即\n[0031] 2)在线流量计算器6根据流量方程 式中q是质量流量，C、\nε、β、d、γ分别是工况下的流出系数、可膨胀系数、直径比、节流元件的开口尺寸和密度，Δp是测量差压，因节流装置的流量关系式为 将两个方程式联立，可解的\n令 则ReD＝CA，将方程右侧移到左侧，便构成迭\n代函数δ＝ReD-CA＝0，取初值C0＝C∞，可计算ReD0＝C∞A，再用该ReD0可根据不同节流装置计算C1＝f(ReD0)，再用C1与ReD0可计算ReD1＝C1A和δ1＝ReD0-C1A，如相邻两次计算的δ足够小，说明ReD收敛计算可以结束，否则用ReD1计算C2＝f(ReD1)，再用C2计算ReD2＝C2A和δ2＝ReD1-C2A，反复这一过程，直到 为止，用满足误差的ReDn计算q便消除了参数变化的影响，为加快迭代计算，当n≥3时，采用快速收敛弦截算式：\n在节流装置安装后实际置入条件参数，实际测量过程变量和密度，就计算一次A并对ReD进行一次迭代；每迭代一个ReD计算一次q；周而复始，对q实现了在线迭代。\n[0032] 3)在线流量计算器6根据孔板直角边被磨损后产生的圆弧的半径rk与孔板开口直径d的比值可用差压比η的函数形式表达，即：rk/d＝f1(η)，在根据GB/T 21446-2008中关于孔板锐利度修正系数bk与rk/d的关系表之规定，即可得到孔板锐利度修正系数bk，在线流量计算器6时刻根据孔板锐利度修正系数bk与原始仪表系数k0乘积，得到新的仪表系数k，实施在线修正；差压比η与孔板上游淤积程度s＝4S/π(D2-d2)，其中s是孔板上游淤积横截面积)存在函数关系，即s＝f2(η)，同时孔板淤积程度s来表征孔板淤积修正系数sk，即sk＝f3(s)，二者将结合即可得到孔板淤积修正系数sk，在线流量计算器6时刻根据孔板淤积修正系数sk与原始仪表系数k0乘积，得到新的仪表系数k，实施在线修正；湿气流经孔板产生的虚高可用经典虚高修正模型 表示，其中最难测量的L-M参数X与差压比η存在函\n数关系X＝f4(η)，利用此关系可得到无量纲修正虚高系数Φg，当通过气体不含水，即湿度为\n0时，无量纲修正虚高系数对仪表系数不产生影响；当湿气通过时，根据上述关系，无量纲修正虚高系数Φg发生变化，在线流量计算器6时刻将原始仪表系数k0除以无量纲修正虚高系数Φg，从而得到新的仪表系数k，实施在线修正。\n[0033] 对于湿气测量，虚高的修正较为困难(在以气相为主的流动状态中，由于液相的存在而使差压式流量计产生的差压值，比等量的气相单独流过时偏高，简称为虚高)。上世纪六十年代便有研究人员提出了经典虚高修正模型为： 其中Φg为无量纲\n修正虚高系数，E为参数，不同状态下，E值不同，X为Lockhart-Martinelli参数，是从能量消耗的角度对液相含率进行的描述，它可以被看作是假设气相和液相单独流过管路时，与液相组分相关的动压头和与气相组分相关的动压头比值的平方根，即液相表观惯性力与气相表观惯性力之间的关系，在形式上表现为在质量含气率或体积含气率的基础上引入了气液密度比的修正，将压力的影响予以体现。由于模型中X极为复杂且难以测量。通过本专利的前期研究发现，L-M参数X与差压比η存在函数关系，即：X＝f4(η)，再依照经典虚高修正模型便可通过在线流量计算器6对湿气经过时产生的虚高现象进行在线修正。\n[0034] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。