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流量积算仪校准软件的研究与实现

发布日期:2020-03-24 10:21:27  来源:  作者:  浏览次数:
【导读】:依据JJG1003-2016《流量积算仪检定规程》,从装置类型、介质类型、参数设置和输出参数几个方面详细阐述流量积算仪针对不同流量计和流体介质的计算过程,针对上述应用开发出流量积算仪校准上位机软件,实现流量积算仪标准输出值的计算......

 摘 要:依据JJG1003-2016《流量积算仪检定规程》,从装置类型、介质类型、参数设置和输出参数几个方面详细阐述流量积算仪针对不同流量计和流体介质的计算过程,针对上述应用开发出流量积算仪校准上位机软件,实现流量积算仪标准输出值的计算,解决工况现场流量积算仪计算过程涉及参数庞杂易出错且不易校验的问题,提高现场工作效率和操作准确度,达到了预期的设计效果。

 
1  装置类型
流量计的装置类型包括:差压流量计,脉冲输出流量计和模拟输出流量计。
 
1.1 差压流量计
差压流量计类型包括:标准孔板、标准喷嘴、标准文丘里管、V锥和通用差压流量计。其中标准孔板流量计包括:角接取压孔板、法兰取压孔板和D/2取压孔板;标准喷嘴流量计包括:1932喷嘴、长颈喷嘴和文丘里喷嘴;标准文丘里管流量计包括:铸造文丘里,机械加工文丘里和粗焊铁板文丘里。上述差压流量计中除了通用差压流量计之外,都需要输入管道材质、管道自定义热膨胀系数(1E-6mm/mm℃)、20℃管道口径(mm)、节流件材质、节流件自定义热膨胀系数(1E-6mm/mm℃)和20℃节流件尺寸(mm)。热膨胀系数的材质类型包括:20钢(11.16)、10钢(11.60)、A3F,B3钢(11.50)、A15钢,A3钢(11.75)、自定义(填写数值)、灰口铸铁(10.50)、12CrMo(11.20)、12Cr3MoVSiTiB(10.31)、黄铜(17.80)、红铜(17.20)、工业用铜(16.00)、碳钢(10.60)、1Cr18Ni9Ti(16.60)、X20CrMoWV121(10.80)、Cr6SiMo(11.50)、10CrMo910(12.50)、12CrlMoV(9.8)、1Cr17(10.0)、1Cr13,2Cr13(10.50)、45钢(11.59)。如果已知管道和节流件材质可以直接根据所选类型进行热膨胀系数计算,否则需要自定义输入热膨胀系数值。
 
通用差压流量计不同于上述设置,只需要输入通用差压_设计上限流量(t/h)和通用差压_设计密度(kg/m 3 )两个参数。
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1.2 脉冲输出流量计
脉冲信号类型包括工况频率输出型和当量频率输出型,其中工况频率输出型_k系数单位包括1/m 3和1/L;当量频率输出型_k系数单位包括m 3 、Km 3 、L、kg、t、Nm 3 和NKm 3 。如果选择脉冲输出型,则需要输入脉冲输出流量计仪表系数K参数;如果选择当量脉冲输出型,则需要输入当量脉冲-质量设计密度(kg/m 3 )、当量脉冲-设计温度(℃)和当量脉冲-设计表压(Mpa)。
QQ截图20200324103044.jpg
1.3 模拟输出流量计
模拟输出-流量信号类型包括4~20mA电流信号、1~5V电压信号等,目前应用非常为广泛的还是4~20mA电流信号,模拟输出 - 流量单位包括m 3/h、Km 3 /h、L/min、Nm 3 /h、NKm 3 /h、Kg/h和t/h。然后依次输入标况体积流量_设计温度(℃)、标况体积流量_设计表压(Mpa)、质量流量_设计密度(kg/m 3 )、流量信号上限、流量信号下限和流量故障代用值。
 
2  介质类型
介质补偿类型包括:气体无补偿、液体无补偿、气体温压补偿、天然气和水和水蒸汽。
 
2.1 气体无补偿
当计量现场的工况参数变化不大,气体介质可以不进行温压补偿换算,只需要输入气体无补偿_工况密度(kg/m 3 ),气体无补偿_可膨胀系数和气体无补偿_介质粘度(mpa.S)值。
 
2.2 液体无补偿
如果计量介质为液体,其可膨胀系数几乎没有变化(=1),则只需要输入液体无补偿_工况密度(kg/m 3 )和液体无补偿_介质粘度(mpa.S)值。
 
2.3 气体温压补偿
气体温压补偿是非常常用的补偿方式,气体介质分为已知气体和自定义气体两种。已知气体而言,气体温压补偿_气体名称有空气Air、氮气N 2 、氧气O 2 、氦气He、氢气H 2 、氩气Ar、一氧化碳CO、二氧化碳CO 2 、硫化氢H 2 S、氨气NH 3 、甲烷CH 4 、乙烷C 2 H 6 、丙烷C 3 H 8 、丁烷C 4 H 10 、乙烯C 2 H 4 、乙炔C 2 H 2 、丙烯C 3 H 6 、丁烯C4H8和自定义。同时针对已知气体需要输入气体温压补偿_湿度值(%)、气体温压补偿_标况温度(℃)、已知气体_可膨胀系数eps补偿方式和已知气体_设定eps_可膨胀系数。对于自定义气体而言,需要输入自定义气体_标况密度(kg/m 3 )、自定义气体_压缩系数z补偿方式包括自动计算压缩系数和输入固定压缩系数两种方式,选择自动计算压缩系数时,需要输入自定义气体_自动z_临界温度Tc(K)和自定义气体_自动z_临界压力Pc(MPa),对于选择输入固定压缩系数时,需要输入自定义气体_设定z_压缩系数。自定义气体_可膨胀系数eps补偿方式包括自动计算可膨胀系数和输入固定可膨胀系数两种方式,选择自动计算可膨胀系数时,需要输入自定义气体_自动eps_等熵指数和自定义气体_设定eps_可膨胀系数值;而当选择输入固定可膨胀系数时,需要输入自定义气体_设定eps_可膨胀系数。
 
2.4 天然气
天然气的计量主要有3种算法,AGA92DC、SGERG88和NX-19。AGA92DC算法计算压缩因子的计算量较大,多用于流计算机和在线气体组分分析仪的综合应用。SGERGG88算法计算量较小,同时也满足常规的计量精度要求。输入SGERG88算法的参数:CO 2 摩尔分数、H 2 摩尔分数、高位发热量(MJ/m 3)和相对密度。此外,还需要输入天然气温压补偿_标况温度(℃)。同气体温压补偿一样,可膨胀系数补偿方式包括自动计算可膨胀系数和输入固定可膨胀系数两种方式,如果选择自动计算可膨胀系数方式,在计量流量的过程中会自动计算可膨胀系数值,如果选择输入固定可膨胀系数方式,需要输入设定可膨胀系数值。天然气流量的计算需使用的标准参比条件下物性参数包括,密度(ρ s )、高位体积发热量(H ˜ s)及
高位体积发热量(H ˜ s ),应按GB/T11062规定的方法计算。天然气流量计计算需使用的操作条件下物性参数包括:密度ρ、压缩因子Z、粘度μ、等熵指数k,应按GB/T21446-2008规定的方法计算。
 
2.5 水和水蒸汽
水和水蒸汽的算法主要依据水和水蒸气国际协会热力学性质工业标准IAPWS-IFC 1997公式,只需要输入温度和压力值就能计算出实时水和水蒸汽的物性参数值。水和水蒸汽的介质往往涉及到热量计量,应用焓值乘以瞬时流量值就可以得到介质产生的瞬时热量值,具体可以通过热量功能来关闭或者开启热量计量功能。
 
3  参数设置
3.1 串口设置
通信模式包括RS485和RS232,目前流量仪表的总线应用较多,多通过通信位号设置设备的485从机地址。通信协议默认是MODBUS-RTU,因为RTU较ASCII的效率更高。波特率,校验位和停止位常用的配置参数为9600-8-n-1,对于某些低速光耦隔离的应用,还需将波特率调整为2400或者更低,以保证传输的可靠性。
 
3.2 差压采集
差压开方方式有0-本机开方;1-差变开方,差压信号类型包括4~20mA(默认)、1~5V两种模拟输出。差压单位有Pa、KPa(默认)和MPa几种。差压信号上限和差压信号下限是分别设置20mA和4mA对应的差压限值,当差压传感器的数值超过量程,后端的应用即采用差压故障代用值参与计算并告警输出。
 
3.3 压力采集
压力类型包括表压和绝压两种,常规的压力传感器输出值为表压值,但有些一体化多参量传感器为绝压值,此时就不用人工输入当地大气压值进行表压至绝压的换算。压力单位有KPa、MPa(默认)和bar三种,压力信号类型包括4~20mA(默认)、设定表压两种,因为有些场合对于介质的补偿用设定表压的固定压力值即可。压力上限和压力下限分别设置20mA和4mA对应的压力限值,当压力传感器的数值超过量程,后端的应用即采用压力故障代用值参与计算并告警输出。
 
3.4 温度采集
温度信号类型有PT100、PT1000、4~20mA和设定温度几种,如果输入类型选择设定温度,则应用设定温度(℃)值参与后续计算,温度上限(℃)和温度下限(℃)是针对4~20mA温度量程限值,当温度传感器的数值超过量程,后端的应用即采用温度故障代用值(℃)参与计算并告警输出。
 
3.5 零点和线性修正
输入通道零点修正功能默认是关闭的,一旦开启此功能,流量零点修正值、温度零点修正值和压力零点修正值是应用两点修正进行处理,认为传感器为线性输出,通过K值和B值进行修正处理Y=KX+B,默认情况下K值为1.000,B值为0.000。而对于瞬时流量数值,流量计自身存在非线性误差,需要应用分段线性化处理,如分为11点修正,则开启(工况体积流量)线性修正功能,依次填写流量点(m3 /h)和对应的修正系数值。
 
3.6 流量切除
工况现场的流量计量受现场干扰的影响很大,流量信号切除(%)和流量信号切除(Hz)用于用户现场进行小流量切除,由于不同单位对应的瞬时流量值不同,为了简化操作以%的形式进行处理。针对频率输入的流量计则直接设置频率Hz下限值进行
小流量切除处理。
 
4  输出参数
工况温度(℃)、工况温度(K)、工况 表压(KPa)、差压(KPa)、管径(mm)、节流件(mm)、Beta值、流出系数、雷诺数、可膨胀系数、粘度(m.Pas)、等熵指数、工况压缩系数、工况密度(Kg/m 3 )、标况压缩系数、标况密度(Kg/m 3 )、热焓值(KJ/kg)、水和水蒸汽IF97分区、质量流量(t/h)、工况体积流量(m 3 /h)、标况体积流量(Nm 3 /h)、累积质量流量(t)、累积工况体积流量(m3 )、累积标况体积流量(Nm 3 )和水和水蒸汽热量(KJ/h)。
 
5  结论
依据JJG1003-2016《流量积算仪检定规程》,从开发出了流量积算仪校准上位机软件,实现了流量积算仪标准输出值的计算,解决了工况现场流量积算仪计算过程涉及参数庞杂易出错且不易校验的问题,提高了现场工作效率和操作准确度,达到了预期的设计效果。

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