CN113607227B - 一种非均匀流场气体流量测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非均匀流场气体流量测量方法及系统，非均匀流场气体流量测量方法，在测量截面上按网格法布置N根皮托管，获取N根皮托管测量的流速值，N根皮托管测量的流速值的平均值为测量截面的平均流速，平均流速与测量截面的截面积相乘，即得到该截面的气体流量，其中，N≥4。本发明非均匀流场气体流量测量方法，通过在测量截面上布置N根皮托管，获取N根皮托管测量的流速值的滚动平均值，实现非均匀流场气体流量的连续输出，显著提高了非均匀流场气体流量测量的准确性；进一步，将N根皮托管接同一个差压变送器，减少了现场标定试验的工作量，降低了成本。

Description

一种非均匀流场气体流量测量方法及系统

技术领域

本发明涉及一种非均匀流场气体流量测量方法及系统，属于气体流量监测领域。

背景技术

在现代企业生产中，锅炉每小时都需送入大量的风，同时产出大量的烟气。随着我国经济体制改革的深入、经济核算单位的细分，实行成本核算与管理、充分降低能耗已成发展趋势，而大管道含尘气体流量的测量，其意义显得越来越重大，亦愈来愈被人们所关注与重视。

工业生产过程，在温度、压力、流量、液位四大热工参数的测量中，自控工程师普遍认为流量测量要达到预期的精确度和可靠性的难度最大，尤其是大管道风量、烟气流量测量，更显棘手，究其原因：一则被测量流体普遍具有温度高、含尘量大、腐蚀性强等特点；二则输送流体的管道截面积大、直管段短、弯头多，流场不均匀，且流量变化范围大、静压小、流速低。因此，要准确测量大管道风量、烟气流量，既要合理设计、选择流量仪表，又要正确安装、使用流量仪表，只有全方位的管控才能保证测量值的准确可靠。

矩阵式差压流量计被开发用于非均匀流场气体流量测量，其核心技术思想是在大截面布置多个感压测点并汇总，实现多点均压(之后接差压变送器)，提高测量准确性。在流场分布规律基本不变的前提下，通过现场标定试验获取流量计的流量系数，尚能较为准确测量气体流量，但一旦流场分布规律发生变化，流量系数随之变化，导致无法准确测量气体流量。究其原因，上述多个感压测点之间存在窜流，气体流动的动能不能完全转化为势能，也即获取的均压后差压信号失真，流量系数不稳定。

皮托管是测量气流总压和静压以确定气流速度的一种管状装置，设有总压接头和静压接头，分别连接差压计的正压端和负压端，应用伯努利方程可测量流体中某一点的流速v：

式中：p——皮托管测得的差压值，Pa；

P——流体密度，kg/m³；

K——皮托管的流量系数。

皮托管的流量系数K比较稳定，但单根皮托管只能测量某一点流速，该点流速无法代表整个测量截面的平均流速，若以此计算整个截面气体流量，会存在较大偏差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种非均匀流场气体流量测量方法及系统，以达到提高非均匀流场气体流量测量的准确性和普适性的目的，进一步，还减少了现场标定试验的工作量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种非均匀流场气体流量测量方法，在测量截面上按网格法布置N根皮托管，轮循获取N根皮托管测量的流速值，以连续N个流速值的滚动平均值为测量截面的平均流速，平均流速与测量截面的截面积相乘，即得到该截面的气体流量，其中，N≥4。

上述滚动平均值，指连续N个流速值的平均值，对皮托管的起始管不作要求。

采用上述方法显著提高了非均匀流场气体流量测量的准确性，构思新颖独创，方案简单，效果显著，易于推广。

为了确保测量的准确性，运行中，通过压缩空气逐根轮巡反吹皮托管，以防止皮托管堵塞。任何时刻，获取的流速值为非正处于被反吹状态的皮托管的流速值，也即，任何时刻，反吹与测量不是同一根皮托管。这样可以确保测量的准确性和设备的安全性。

为了减少现场标定试验的工作量，上述N根皮托管接同一个差压变送器，各皮托管的总压接头分别通过第一引压管接至差压变送器的正压端，各第一引压管上均设有总压通断阀；各皮托管的静压接头分别通过第二引压管接至差压变送器的负压端，各第二引压管上均设有静压通断阀。因皮托管的流量系数K稳定，这样只要校准一个差压变送器即可判断流量测量的准确性。

为了便于连接和安装，所有第一引压管均汇合至总压管，总压管连通差压变送器的正压端；所有第二引压管均汇合至静压管，静压管连通差压变送器的负压端。

为了进一步提高测量的准确性，单根皮托管对应连接的总压通断阀和静压通断阀总是同时打开或关闭。

为了方便控制，同时兼顾测量的准确性，作为其中一种具体的实现方案，通过各皮托管对应的总压通断阀和静压通断阀的通断，控制N根皮托管依次轮循与差压变送器的正压端和负压端接通，轮循获取N根皮托管测量的流速值，连续N个流速值的滚动平均值作为测量截面的平均流速，平均流速与测量截面的截面积相乘，即可获得该截面的气体流量。

一种非均匀流场气体流量测量系统，至少包括皮托管、第一引压管、第二引压管和差压变送器；

皮托管的数量为N根，N根皮托管按网格法分布在测量截面上，其中，N≥4；

第一引压管的数量与皮托管的数量相等、且一一对应，各皮托管的总压接头分别通过对应的第一引压管接至差压变送器的正压端，各第一引压管上均设有总压通断阀；

第二引压管的数量与皮托管的数量相等、且一一对应，各皮托管的静压接头分别通过对应的第二引压管接至差压变送器的负压端，各第二引压管上均设有静压通断阀。

上述N根皮托管接同一个差压变送器，这样只要校准一个差压变送器即可判断流量测量的准确性，且皮托管的流量系数K稳定，减少了现场标定试验的工作量。

上述网格法参照GB/T 10184-2015实施。

为了便于连接和安装，上述非均匀流场气体流量测量系统，还包括总压管和静压管；各皮托管的总压接头分别通过对应的第一引压管接至总压管，总压管与差压变送器的正压端连通；各皮托管的静压接头分别通过对应的第二引压管接至静压管，静压管与差压变送器的负压端连通。

为了防止皮托管堵塞，提高测量系统可靠性，上述非均匀流场气体流量测量系统还包括压缩空气反吹管；压缩空气反吹管的数量与第一引压管和第二引压管的数量总和相等、且一一对应，压缩空气反吹管接在对应的第一引压管或第二引压管上，压缩空气反吹管的接口(压缩空气反吹管与第一引压管或第二引压管的连接处)位置在总压通断阀或静压通断阀与皮托管之间；每根压缩空气反吹管上均设有反吹控制阀。为提高防堵反吹效果，依次打开与各皮托管对应的反吹控制阀，当与皮托管对应的两个反吹控制阀打开时，与此皮托管对应的总压通断阀或静压通断阀关闭。

皮托管对应的反吹控制阀，指连接在皮托管对应的第一引压管和第二引压管上的压缩空气反吹管上的反吹控制阀。

实际应用时，若干总压通断阀可以用一个总压集装阀代替，若干静压通断阀可以用一个静压集装阀代替，若干反吹控制阀也可以用一个反吹集装阀代替，以提高系统集成度。

为了方便控制，总压通断阀、静压通断阀和反吹控制阀均可选用电磁阀。

上述总压通断阀和与其对应的反吹控制阀用一个三通电磁阀替代，静压通断阀和与其对应的反吹控制阀用一个三通电磁阀替代，以提高系统集成度。

总压通断阀对应的反吹控制阀，指连接在总压通断阀所在的第一引压管上的压缩空气反吹管上的反吹控制阀。静压通断阀对应的反吹控制阀，指连接在静压通断阀所在的第二引压管上的压缩空气反吹管上的反吹控制阀。

使用时，上述差压变送器可与控制显示柜的信息控制处理器电性连接、并由控制显示柜显示测量值。

本发明未提及的技术均参照现有技术。

本发明非均匀流场气体流量测量方法，通过在测量截面上布置N根皮托管，获取N根皮托管测量的流速值的平均值，计算得到非均匀流场气体流量，著提高了非均匀流场气体流量测量的准确性；进一步，将N根皮托管接同一个差压变送器，减少了现场标定试验的工作量，降低了成本；通过压缩空气反吹，提高了流量测量的准确性和稳定性，延长了皮托管的使用寿命，延长了检修周期，降低了维护费用。

附图说明

图1为本发明皮托管在测量截面上的布置示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1的俯视图；

图4为本发明实施例5中非均匀流场气体流量测量系统的原理示意图；

图5为本发明实施例8中非均匀流场气体流量测量系统的原理示意图；

图中，1为皮托管，1-1为总压接头，1-2为静压接头，2为第一引压管，3为总压通断阀，4为第二引压管，5为静压通断阀，6为总压管，7为静压管，8为差压变送器，9为压缩空气反吹管，10为气体流向。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

如图1-4所示，一种非均匀流场气体流量测量方法，在测量截面上按网格法布置N根皮托管，轮循获取N根皮托管测量的流速值，以连续N个流速值的滚动平均值作为测量截面的平均流速，平均流速与测量截面的截面积相乘，即得到该截面的气体流量，其中，N≥4。

采用上述方法显著提高了非均匀流场气体流量测量的准确性，构思新颖，方案简单，效果显著，易于推广。

实施例2

在实施例1的基础上，进一步作了如下改进：通过压缩空气逐根轮巡反吹皮托管，以防止皮托管堵塞，任何时刻，获取的流速值为非正处于被反吹状态的皮托管的流速值。

实施例3

在实施例2的基础上，进一步作了如下改进：如图4所示，为了减少现场标定试验的工作量，上述N根皮托管接同一个差压变送器，各皮托管的总压接头分别通过第一引压管接至差压变送器的正压端，各第一引压管上均设有总压通断阀；各皮托管的静压接头分别通过第二引压管接至差压变送器的负压端，各第二引压管上均设有静压通断阀。这样只要校准差压变送器即可判断流量测量的准确性。

实施例4

在实施例3的基础上，进一步作了如下改进：如图1-3所示，为了便于连接和安装，所有第一引压管均汇合至总压管，总压管连通差压变送器的正压端；所有第二引压管均汇合至静压管，静压管连通差压变送器的负压端。

实施例5

在实施例4的基础上，进一步作了如下改进：为了进一步提高测量的准确性，单根皮托管对应连接的总压通断阀和静压通断阀总是同时打开或关闭。为了方便控制，同时兼顾测量的准确性，作为其中一种具体的实现方案，通过各皮托管对应的总压通断阀和静压通断阀的通断，控制N根皮托管依次轮循与差压变送器的正压端和负压端接通，轮循获取N根皮托管测量的流速值，连续N个流速值的滚动平均值作为测量截面的平均流速，平均流速与测量截面的截面积相乘，即可获得该截面的气体流量。

如图4所示，一种实现上述测量方法的非均匀流场气体流量测量系统，包括皮托管、第一引压管、第二引压管、总压管、静压管和差压变送器；

皮托管的数量为N根，N根皮托管按网格法分布在测量截面上，其中，N≥4；

第一引压管的数量与皮托管的数量相等、且一一对应，各皮托管的总压接头分别通过对应的第一引压管接至总压管，总压管与差压变送器的正压端连通，各第一引压管上均设有总压通断阀；

第二引压管的数量与皮托管的数量相等、且一一对应，各皮托管的静压接头分别通过对应的第二引压管接至静压管，静压管与差压变送器的负压端连通，各第二引压管上均设有静压通断阀。

上述N根皮托管接同一个差压变送器，这样只要校准差压变送器即可判断流量测量的准确性，减少了现场标定试验的工作量。

实施例6

在实施例5的基础上，进一步作了如下改进：如图5所示，为了防止皮托管堵塞，提高测量系统可靠性，上述非均匀流场气体流量测量系统还包括压缩空气反吹管；压缩空气反吹管的数量与第一引压管和第二引压管的数量总和相等、且一一对应，压缩空气反吹管接在对应的第一引压管或第二引压管上，压缩空气反吹管的接口位置在总压通断阀或静压通断阀与皮托管之间；每根压缩空气反吹管上均设有反吹控制阀。运行时，为提高防堵反吹效果，依次打开与各皮托管对应的反吹控制阀，当与皮托管对应的两个反吹控制阀打开时，与此皮托管对应的总压通断阀或静压通断阀关闭。。

实施例7

在实施例6的基础上，进一步作了如下改进：所有总压通断阀用一个总压集装阀代替，所有静压通断阀用一个静压集装阀代替，所有反吹控制阀也用一个反吹集装阀代替。

实施例8

在实施例6的基础上，进一步作了如下改进：如图5所示，总压通断阀、静压通断阀和反吹控制阀均选用电磁阀，总压通断阀和与其对应的反吹控制阀用一个三通电磁阀替代，静压通断阀和与其对应的反吹控制阀用一个三通电磁阀替代。以提高系统集成度。

通过上述反吹管等的设置，提高了流量测量的准确性和稳定性，延长了皮托管的使用寿命，延长了检修周期，降低了维护费用。

Claims (9)

1.一种非均匀流场气体流量测量方法，其特征在于：在测量截面上按网格法布置N根皮托管，轮循获取N根皮托管测量的流速值，以连续N个流速值的滚动平均值作为测量截面的平均流速，平均流速与测量截面的截面积相乘，即得到该截面的气体流量，其中，N≥4，具体为：

单根皮托管对应连接的总压通断阀和静压通断阀总是同时打开或关闭，通过各皮托管对应的总压通断阀和静压通断阀的通断，控制N根皮托管依次轮循与差压变送器的正压端和负压端接通，轮循获取N根皮托管测量的流速值，连续N个流速值的滚动平均值作为测量截面的平均流速，平均流速与测量截面的截面积相乘，即可获得该截面的气体流量。

2.如权利要求1所述的非均匀流场气体流量测量方法，其特征在于：通过压缩空气逐根轮循反吹皮托管，以防止皮托管堵塞，任何时刻，获取的流速值为非正处于被反吹状态的皮托管的流速值。

3.如权利要求1或2所述的非均匀流场气体流量测量方法，其特征在于：N根皮托管接同一个差压变送器，各皮托管的总压接头分别通过第一引压管接至差压变送器的正压端，各皮托管对应连接的总压通断阀设在对应的第一引压管上；各皮托管的静压接头分别通过第二引压管接至差压变送器的负压端，各根皮托管对应连接的静压通断阀设在对应的第二引压管上。

4.如权利要求3所述的非均匀流场气体流量测量方法，其特征在于：所有第一引压管均汇合至总压管，总压管连通差压变送器的正压端；所有第二引压管均汇合至静压管，静压管连通差压变送器的负压端。

5.一种采用权利要求1的非均匀流场气体流量测量方法的测量系统，其特征在于：至少包括皮托管、第一引压管、第二引压管和差压变送器；

皮托管的数量为N根，N根皮托管按网格法分布在测量截面上，其中，N≥4；

第一引压管的数量与皮托管的数量相等、且一一对应，各皮托管的总压接头分别通过对应的第一引压管接至差压变送器的正压端，各第一引压管上均设有总压通断阀；

第二引压管的数量与皮托管的数量相等、且一一对应，各皮托管的静压接头分别通过对应的第二引压管接至差压变送器的负压端，各第二引压管上均设有静压通断阀。

6.如权利要求5所述的测量系统，其特征在于：还包括总压管和静压管；各皮托管的总压接头分别通过对应的第一引压管接至总压管，总压管与差压变送器的正压端连通；各皮托管的静压接头分别通过对应的第二引压管接至静压管，静压管与差压变送器的负压端连通。

7.如权利要求5或6所述的测量系统，其特征在于：还包括压缩空气反吹管；压缩空气反吹管的数量与第一引压管和第二引压管的数量总和相等、且一一对应，压缩空气反吹管接在对应的第一引压管或第二引压管上，压缩空气反吹管的接口位置在总压通断阀或静压通断阀与皮托管之间；每根压缩空气反吹管上均设有反吹控制阀。

8.如权利要求7所述的测量系统，其特征在于：两个以上的总压通断阀用一个总压集装阀代替，两个以上的静压通断阀用一个静压集装阀代替，两个以上的反吹控制阀用一个反吹集装阀代替。

9.如权利要求7所述的测量系统，其特征在于：依次打开与各皮托管对应的反吹控制阀，当与皮托管对应的两个反吹控制阀打开时，与此皮托管对应的总压通断阀或静压通断阀关闭；总压通断阀和与其对应的反吹控制阀用一个三通电磁阀替代，静压通断阀和与其对应的反吹控制阀用一个三通电磁阀替代。