大管道变组分气体质量流量测量方法与流程

1.本发明涉及气体质量测量领域，具体为大管道变组分气体质量流量测量方法。


背景技术：

2.在气体的测量领域中，一般是对气体的压强或者流量进行测量，而气体质量的测量方法比较少，在大口径管道且气体组分可变的场合中，只有ge超声波流量计可以实现精准的测量目的，其通过测量介质声速并且利用表头自带的数据库，来得出介质分子量，进而得出对应混合气体的质量，常用于在硫磺装置酸性气的质量流量测量，同时也用于天然气、火炬气、瓦斯气体等可燃混合气的质量流量测量，但是其成本过高，难以大规模的推广应用，为此，我们提出一种大管道变组分气体质量流量测量方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供了大管道变组分气体质量流量测量方法，采用与ge超声波流量计不同的原理，实现大管道变组分的混合气体质量的测量。
4.本发明所解决的技术问题为：
5.如何通过将差压变送器和旋进体积流量计进行整合，并利用两者测量原理上的差异，得出混合组分气体的实时密度和质量流量，解决现有技术原理复杂，引进设备成本高的问题。
6.本发明可以通过以下技术方案实现：大管道变组分气体质量流量测量方法，该测量方法基于旋进双参量旋涡流量计实现，具体包括如下步骤：
7.步骤一：向旋进双参量旋涡流量计的表体中通入一种以上气体组成的混合组分气体；
8.步骤二：通过差压变送器测量起旋器两个检测点之间的差压，同时通过旋进体积流量计测量出通过表体内的单位时间的体积流量；
9.步骤三：分别将差压变送器和旋进体积流量计获取的数据代入到对应质量流量的计算式中，同时根据质量守恒得出实时密度的表达式，进而得出质量流量的计算式及其相关变量因子；
10.步骤四：将质量流量的计算式导入到流量积算仪中，流量积算仪进行计算并将结果进行显示。
11.本发明的进一步技术改进在于：所述旋进双参量旋涡流量计利用现有的旋进旋涡流量计的实物模型进行三维建模，对旋进旋涡流量计的关键尺寸数据进行调整，关键尺寸数据包括进出口直径、收缩比、收缩段夹角、扩张段夹角和起旋器叶片夹角。
12.本发明的进一步技术改进在于：所述质量流量的变量因子包括检测点差压和旋进信号检测头的工作频率，其他的相关参数均为标定值，质量流量与运输流体的管道直径无关。
13.本发明的进一步技术改进在于：所述差压变送器将差压转化为差压电信号，与旋
进体积流量计输出的脉冲信号一起导入至流量积算仪中，根据差压电信号和脉冲信号分别得到检测点差压和旋进信号检测头的工作频率。
14.本发明的进一步技术改进在于：相关参数的标定通过实验室环境中多次在给定温度、压强、气体组分比例下获得对应数据，将对应数据经过数据波动性分析和均值计算得到。
15.本发明的进一步技术改进在于：所述混合组分气体的气体组分比例是动态变化的。
16.与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
17.本发明从原理上对大口径变组分混合气体质量的测量方法进行了重新设计，通过将差压变送器和旋进体积流量计进行整合，并利用两者测量原理上的差异，得出混合组分气体的实时密度和质量流量，打破了本测量领域的技术垄断，大大降低了生产成本，且本发明中所提及的测量方法的实施场景与管道的直径无关，有很高的适配性和应用前景。
附图说明
18.为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
19.图1为本发明的装置结构示意图。
20.图中：1、表体；2、起旋器；3、差压变送器；4、负压引口；5、正压引口；6、旋进信号处理器；7、旋进信号检测头；8、流量积算仪。
具体实施方式
21.为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
22.请参阅图1所示，大管道变组分气体质量流量测量方法，该方法是基于旋进双参量旋涡流量计，旋进双参量旋涡流量计包括旋进体积流量计和差压变送器3组件两部分，旋进体积流量计包括表体1，表体1的内部固定设置有起旋器2，在表体1的外侧开设有正压引口5和负压引口4，表体1的正上方设置有差压变送器3,差压变送器3的两根取压管分别与正压引口5和负压引口4密封连接，且两根取压管与表体1的内部连通，需要说明的是，正压引口5和负压引口4分别设置在起旋器2的两侧位置，差压变送器3的输出端电性连接有流量积算仪8，表体1的中间段贯穿设置有旋进体积流量计，旋进体积流量计包括旋进信号检测头7和旋进信号处理器6，旋进信号检测头7的一端设置在表体1内部，旋进信号检测头7的另一端通过旋进信号处理电路与流量积算仪8。
23.运用上述旋进双参量旋涡流量计实施测量方法,具体为：
24.步骤一：向表体1内通入两种或多种气体混合的混合组分气体，且混合组分气体中的各气体组分的混合比例可变；
25.步骤二：混合组分气体进入到表体1中，经过起旋器2产生涡流形成压降，在正压引口5和负压引口4分别测得混合组分气体经过第一检测点和第二检测点的压强值，将其分别标记为第一检测压强p1和第二检测压强p2，并将两者进行差值运算，得到δp＝p
1-p2；
26.步骤三：通过步骤二中获得的检测点差压δp，差压变送器3本质上是差压流量计，对于差压变送器3的数据测量阶段，是建立在差压流量计的工作原理上，将检测点差压δp
代入到差压质量流量推导公式中：
[0027][0028]
其中，q
m1
表示检测点差压对应的质量流量，单位为kg/s；
[0029]
ρ表示通过差压变送器3测量区间的混合组分气体的实时流体密度，单位为kg/m3；
[0030]
α表示流量系数，流量系数是指单位时间内、在测试条件中管道保持恒定的压力，管道介质流经阀门的体积流量或质量流量，定义对应管道、阀门的流通能力，流量系数越大表示阀门或者管道的流体通过性越强，α的具体取值通过测试环境下的标准数据进行标定得出；
[0031]
步骤四：对通过旋进体积流量计测量区间的混合组分气体的质量流量进行计算分析，将旋进体积流量计测量得到的体积流量标记为qv，将其代入到旋进质量流量推导公式中：
[0032][0033]
其中，q
m2
表示通过旋进信号检测头7的质量流量，单位为kg/s；
[0034]
f表示旋进信号检测头7的工作频率，单位为hz/s；
[0035]
ρ表示经过旋进信号检测头7的混合组分气体的实时流体密度，单位为kg/m3；
[0036]
k表示旋进体积流量计的仪表系数，即单位体积流量流过流量计时发出的信号脉冲数，单位为hz/m3；
[0037]
步骤四：根据步骤二和步骤三中的公式推导，在单位时间内通过同一管道的气体质量流量遵循质量守恒定律，从而令q
m1
＝q
m2
，即：
[0038][0039]
从而计算可得通过旋进双参量旋涡流量计的实时密度进而得出单位时间内通过旋进双参量旋涡流量计的质量流量，将通过旋进双参量旋涡流量计的实时密度ρ代回到步骤四中的公式中，得到
[0040][0041]
根据上式可知，质量流量qm与运输流体的管道的管径无关，只与起旋器2两侧的检测点差压和旋进信号检测头7的工作频率有关，式中的其他参数均可通过在实验室测试环境进行标定，故利用旋进体积流量计与差压变送器3测量组合，在气体组分未知的情况下测量出混合组分气体的实时密度和质量流量；
[0042]
相关参数的标定通过实验室环境中多次在给定温度、压强、气体组分比例下获得对应数据，将对应数据经过数据波动性分析和均值计算得到，处理方式包括回归、标准差和加权平均计算。
[0043]
需要说明的是，如果气体组分稳定，则在一定温度和压力条件下，气体的密度是固定的，对气体的温度和压力进行补偿以保持其数据稳定，则可以计算测量出质量流量，对于变组分气体，即使采用温度压力补偿的方法保持温度压力稳定不变，气体的密度也会在较大范围内发生变化，故常规测量方式无法进行变组分气体的质量流量的测量；
[0044]
该测量方法的实现基于现有技术中成熟的dn350旋进旋涡流量计的实物模型进行三维建模，并对三维模型进行流体力场分析，利用分析结果对旋进旋涡流量计的关键尺寸进行参数修正，例如：进出口直径、收缩比、收缩段夹角、扩张段夹角和起旋器叶片夹角等，得到dn700旋进旋涡流量计，气体在旋进旋涡流量计内部为湍流流动。
[0045]
上述的数据处理过程以程序形式导入到流量积算仪8中，将差压变送器3输出的差压电信号和旋进体积流量计输出的脉冲信号导入到流量积算仪8中，同时将标定的相关参数进行输入，流量积算仪8直接显示出对应的体积流量、实时密度和质量流量等数据，工作人员利用显示数据对生产进行指导。
[0046]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。