CN110858080A - 天然气称量天平室用温湿度控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气称量天平室用温湿度控制***及方法，属于天然气流量测量领域。该***包括：温度调节单元、湿度调节单元、送风单元、布气单元、排风单元；布气单元上均匀设置有多个布气孔，布气单元设置于天平室的内壁和/或顶壁上；送风单元通过管线与布气单元连通；温度调节单元包括：加热子单元和制冷子单元，加热子单元和制冷子单元通过管线设置于送风单元的入口处，温度调节单元用于调节送风单元输送的气体的温度；湿度调节单元通过管线设置于送风单元的入口处，且湿度调节单元比温度调节单元靠近送风单元的入口处，湿度调节单元用于调节送风单元输送的气体的湿度；排风单元包括：多个排风口，多个排风口均匀布设于天平室的下部。
Description
技术领域
本发明涉及天然气流量测量领域，特别涉及一种天然气称量天平室用温湿度控制***及方法。
背景技术
天然气流量原级标准装置通过质量-时间法来测量天然气的流量。具体地，向称量罐本体内充入天然气，记录充气时间，然后将称量罐本体置于天平室内，通过天平称量充入天然气的质量，根据充气时间和充入天然气的质量来计算天然气的流量。在测量过程中，天平室内的温度和湿度等环境因素是影响测量精确度的主要因素。基于上述，为了提高天然气流量原级标准装置测量的精确度，提供一种天平室用温度控制***或方法是十分必要的。
相关技术通过在天平室的内壁上设置保温材料来稳定室内的温度，通过在天平室内设置加湿设备来调整天平室内的湿度。
发明人发现相关技术至少存在以下问题：
相关技术提供的方法虽然可以调整天平室内的温度和湿度，但是不能稳定天平室内的气流，不能保证天然气流量原级标准装置测量的精确度。
发明内容
本发明实施例提供了一种天然气称量天平室用温湿度控制***及方法，可解决上述技术问题。具体技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种天然气称量天平室用温湿度控制***，所述温湿度控制***包括：温度调节单元、湿度调节单元、送风单元、布气单元、排风单元；
所述布气单元上均匀设置有多个布气孔，所述布气单元设置于天平室的内壁和/或顶壁上；
所述送风单元通过管线与所述布气单元连通；
所述温度调节单元包括：加热子单元和制冷子单元，所述加热子单元和所述制冷子单元通过管线设置于所述送风单元的入口处，所述温度调节单元用于调节所述送风单元输送的气体的温度；
所述湿度调节单元通过管线设置于所述送风单元的入口处，且所述湿度调节单元比所述温度调节单元靠近所述送风单元的入口处，所述湿度调节单元用于调节所述送风单元输送的气体的湿度；
所述排风单元包括：多个排风口，多个所述排风口均匀布设于所述天平室的下部。
在一种可能的设计中，所述布气单元呈框体结构或管道结构。
在一种可能的设计中，所述布气单元呈管道结构，所述布气单元设置于所述天平室的顶壁上；
所述布气单元的内径为8～12mm；
多个所述布气孔的总面积占所述布气单元表面积的20％～40％。
在一种可能的设计中，所述加热子单元包括：第一加热件和第二加热件；
所述第一加热件的温度调节精度小于所述第二加热件的温度调节精度。
在一种可能的设计中，所述制冷子单元包括：风冷热泵机组或者表冷器。
在一种可能的设计中，所述湿度调节单元包括：电热加湿器；
所述电热加湿器内设置有过滤件。
在一种可能的设计中，所述天然气称量天平室用温湿度控制***还包括：空气供给单元，所述空气供给单元通过管线与所述温度调节单元连通。
另一方面，本发明实施例提供了一种天然气称量天平室内温湿度控制方法，所述天然气称量天平室内温湿度控制方法利用上述提及的任一种所述的天然气称量天平室用温湿度控制***进行温湿度控制，所述天然气称量天平室内温湿度控制方法包括：
通过温度调节单元和湿度调节单元分别顺次对空气进行温度调节和湿度调节，得到第一气体；
通过送风单元将所述第一气体输送至布气单元，所述第一气体经所述布气单元布气后，形成第二气体，所述第二气体进入天平室内；
通过所述排风单元将所述第二气体由所述天平室排出。
在一种可能的设计中，所述通过温度调节单元和湿度调节单元分别对空气进行温度调节和湿度调节，得到第一气体，包括：
通过制冷子单元对空气进行冷却至第一预设温度，得到冷却气体；
通过加热子单元对所述冷却气体进行加热至第二预设温度，得到加热气体；
通过所述湿度调节单元对所述加热气体进行湿度调节至预设湿度，得到所述第一气体。
在一种可能的设计中，所述第二气体由排风口排出的速度为0.01～0.15m/s。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明实施例提供的天然气称量天平室用温湿度控制***，通过温度调节单元和湿度调节单元分别顺次对空气进行温度调节和湿度调节，并通过布气单元进行布气，使输入天平室内的第二气体均匀，而且，通过排风单元将天平室内的第二气体排出，保证天平室内气流均匀、稳定、空气密度不变，避免称量罐本体所受浮力发生变化。而且，由于第二气体的温度和湿度不变，第二气体连续替换，使天平室内的温度和湿度保持不变，这不仅避免了称量罐本体所受浮力发生变化，降低测量的不确定度，而且避免天平室内天然气的富集，避免了***等安全隐患。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的天然气称量天平室用温湿度控制***的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的天然气称量天平室内温湿度控制方法流程图。
其中，附图标记分别表示：
1-温度调节单元，101-加热子单元，102-制冷子单元，
2-湿度调节单元，
3-送风单元，
4-布气单元，401-布气孔，
5-排风单元，501-排风口，
6-空气供给单元，
M-天平室。
具体实施方式
除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。在对本发明实施方式作进一步地详细描述之前，对理解本发明实施例一些术语给出定义。
在天平室内称量天然气时，天平室内气体的方向和速度会对天平室内的温度和湿度产生影响。天平室内湿度和温度变化较大时，将会影响天平室内气体的密度，使称量罐本体所受浮力发生变化，进而对天平室内的称量结果造成影响，增加称量的不确定度。为此，本发明实施例提供了一种天然气称量天平室用温湿度控制***。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
一方面，本发明实施例提供了一种天然气称量天平室用温湿度控制***，如附图1所示，该温湿度控制***包括：温度调节单元1、湿度调节单元2、送风单元3、布气单元4、排风单元5。其中，布气单元4上均匀设置有多个布气孔401，布气单元4设置于天平室M的内壁和/或顶壁上；送风单元3通过管线与布气单元4连通；温度调节单元1包括：加热子单元101和制冷子单元102，加热子单元101和制冷子单元102通过管线设置于送风单元3的入口处，温度调节单元1用于调节送风单元3输送的气体的温度；湿度调节单元2通过管线设置于送风单元3的入口处，且湿度调节单元2比温度调节单元1靠近送风单元3的入口处，湿度调节单元2用于调节送风单元3输送的气体的湿度；排风单元5包括：多个排风口501，多个排风口501均匀布设于天平室M的下部。
以下对本发明实施例提供的天然气称量天平室用温湿度控制***的工作原理进行描述：
通过温度调节单元1和湿度调节单元2分别顺次对空气进行温度调节和湿度调节，得到第一气体。通过送风单元3和管线将第一气体输送至布气单元4，第一气体经布气单元4上的多个布气孔401布气后，形成第二气体，并均匀地进入天平室M内。并且，进入天平室M内的第二气体由天平室M下部排风单元5的多个排风口501排出，利于使天平室M内的气流稳定，进而使天平室M内的温度和湿度稳定，减少称量罐本体所受浮力的变化量，降低质量测量的不确定度。而且，不会使天平室M内的天然气富集，避免了***等安全隐患。
本发明实施例提供的天然气称量天平室用温湿度控制***，通过温度调节单元1和湿度调节单元2分别顺次对空气进行温度调节和湿度调节，并通过布气单元4进行布气，使输入天平室M内的第二气体均匀，而且，通过排风单元5将天平室M内的第二气体排出，保证天平室M内气流均匀、稳定、空气密度不变，避免称量罐本体所受浮力发生变化。而且，由于第二气体的温度和湿度不变，第二气体连续替换，使天平室M内的温度和湿度保持不变，这不仅避免了称量罐本体所受浮力发生变化，降低测量的不确定度，而且避免天平室M内天然气的富集，避免了***等安全隐患。
当天平室M内的称量罐本体或者其他管道存在泄漏时，容易使天然气泄漏至天平室M内，使天平室M内存在***等安全隐患。通过向天平室M内输入第二气体，并由天平室M下部的排风单元5排出，不重复使用第二气体，可有效防止天然气在天平室M内富集而引发***等安全隐患。
布气单元4可以设置为多种结构，在基于结构简单，容易设置和获取的前提下，在本发明实施例中，布气单元4呈框体结构或管道结构。
当布气单元4呈框体结构时，该框体结构与天平室M的内壁和/或顶壁之间形成布风腔体，送风单元3通过管线与布风腔体连通。框体结构的壁上设置有布气孔401。
当布气单元4呈管道结构时，管道设置于天平室M的内壁和/或顶壁上，送风单元3通过管线与布气单元4的内腔连通。布气单元4的管壁上设置有布气孔401。
作为一种示例，布气单元4呈管道结构，布气单元4设置于天平室M的顶壁上；布气单元4的内径为8～12mm，例如可以为8mm、9mm、10mm、11mm、12mm等；多个布气孔401的总面积占布气单元4表面积的20％～40％，例如可以为20％、22％、24％、26％、28％、30％、31％、33％、35％、37％、39％、40％等。即，布气孔401的开孔率为20％～40％。
如此设置，可使第二气体由布气单元4的布气孔401均匀垂直地向下吹入天平室M内，以保证天平室M内温度和湿度的均匀性，并且，可由天平室M下部的排风单元5的多个排风口501排出，以保证天平室M内气体密度的稳定，优化天平室M内的温度场和湿度场，对天平称量的影响也减小。
作为一种示例，排风单元5的多个排风口501均匀地设置于天平室M的下部的侧壁上，以保证第二气体均匀排出，避免天平室M内的气压不均。
举例来说，排风单元5包括四个排风口501，四个排风口501分别设置于天平室M四面墙壁的下部。如此，以保证天平室M内吹风的均匀性，温度场和湿度场的均匀性和稳定性，消除吹风扰动对天平室M内天平称量的影响。
作为一种示例，加热子单元101包括：第一加热件和第二加热件；第一加热件的温度调节精度小于第二加热件的温度调节精度。
如此设置，可采用第一加热件对空气的温度进行粗调，采用第二加热件对空气的温度进行精细调节，进而达到对空气的温度进行精细调节的目的。
其中，第一加热件的热容量大，滞后大，其为温度粗调部件。第二加热件的热容量小，滞后小，其为温度精调部件。通过第一加热件和第二加热件的配合作用，使温度控制精度较高。
制冷子单元102可以设置为多种结构，在基于制冷效果好，容易设置和获取的前提下，给出以下示例：
制冷子单元102包括：风冷热泵机组或者表冷器。
其中，风冷热泵机组包括顺次连通的压缩机、换热器、节流器、吸热器，吸热器与压缩机连通，以形成循环***。冷媒在压缩机的作用下在***内循环流动，冷媒在压缩机内实现气态升温，进入换热器后，与风进行热量交换，气态冷媒被冷却转化为液态。当冷媒运行到吸热器时，冷媒吸热再次转化为气态，同时周边空气将热量传递给冷媒。通过使冷媒不断循环，实现了对空气的降温。
表冷器通过制冷剂在表冷器内吸热，使空气的温度降低。
湿度调节单元2可以设置为多种结构，考虑到对温度和湿度的精确度要求较高这一因素，作为一种示例，湿度调节单元2包括：电热加湿器；电热加湿器内设置有过滤件，过滤件用于过滤电热加湿器内水中的杂质和离子。
通过过滤件过滤电热加湿器内的杂质和离子，能够提高电热加湿器的加湿精度。
其中，电热加湿器所用水包括：去离子水、纯水和自来水。过滤件可以为反冲水过滤装置。
当电热加湿器所用水为自来水时，自来水经反冲水过滤装置多级过滤后，通过反冲水过滤装置内的过滤膜制出反冲水，进入电热加湿器。反冲水中杂质和离子的含量少，可充分保证电热加湿器的精度。
在本发明实施例中，送风单元3可以为送风机。
送风机容易获取，能够容易地将经过温度调节单元1和湿度调节单元2调节后的第二气体送至天平室M内。
作为一种示例，如附图1所示，本发明实施例提供的天然气称量天平室用温湿度控制***还包括：空气供给单元6，空气供给单元6通过管线与温度调节单元1连通。
设置空气供给单元6，为温度调节单元1和湿度调节单元2充入新鲜空气，利于送风单元3向天平室M内输送空气。
考虑到节省空气资源这一问题，本发明实施例提供的天然气称量天平室用温湿度控制***还包括：回风单元，回风单元通过管线与排风口501和空气供给单元6连通。
如此设置，可使由天平室M的排风口501排出的空气经由回风单元进入空气供给单元6内，空气供给单元6为天平室M内再次供气，形成气循环。
如此，即使天平室M内有微量的天然气，也不会达到聚集的目的，不会引起***。
其中，回风单元可以为抽风机。
为了避免固体杂质进入天平室M内，本发明实施例提供的天然气称量天平室用温湿度控制***还包括：过滤单元，过滤单元设置于空气供给单元6与温度调节单元1之间的管线上。
如此设置，可在空气进入温度调节单元1、湿度调节单元2、送风单元3、布气单元4之前，将空气内的固体杂质除去，以减少杂质对温度和湿度的影响。
在本发明实施例中，天平室M的墙体上设置有隔热材料，以使天平室M内的温度和湿度保持稳定。
作为一种示例，天平室M的墙壁包括：岩棉夹心彩钢板。岩棉夹心彩钢板的厚度可以为40～60mm，例如可以为40mm、43mm、45mm、47mm、49mm、50mm、52mm、55mm、57mm、60mm等。岩棉夹心彩钢板的导热系数可以为0.024W/(m·K)。
如此设置，可使天平室M具有良好的保温效果。
考虑到温度调节单元1、湿度调节单元2、送风单元3以及其他单元或者部件的可控性好，本发明实施例提供的天然气称量天平室用温湿度控制***还包括：控制单元，温度调节单元1、湿度调节单元2、送风单元3均与控制单元电连接。通过控制单元可控制温度调节单元1、湿度调节单元2、送风单元3的工作状态。
其中，控制单元可以为PLC(可编程逻辑控制器，Programmable LogicController)。
另一方面，本发明实施例提供了一种天然气称量天平室内温湿度控制方法，该控制方法利用上述提及的任一种天然气称量天平室用温湿度控制***进行温湿度控制，如附图2所示，该天然气称量天平室内温湿度控制方法包括：
步骤101、通过温度调节单元1和湿度调节单元2分别顺次对空气进行温度调节和湿度调节，得到第一气体。
步骤102、通过送风单元3将第一气体输送至布气单元4，第一气体经布气单元4布气后，形成第二气体，第二气体进入天平室M内。
步骤103、通过排风单元5将第二气体由天平室M排出。
本发明实施例提供的天然气称量天平室内温湿度控制方法，通过温度调节单元1和湿度调节单元2分别顺次对空气进行温度调节和湿度调节，得到第一气体，通过布气单元4对第一气体进行布气，使均匀的第二气体输入天平室M，而且，通过排风单元5将天平室M内的第二气体排出，保证天平室M内气流均匀、稳定、空气密度不变，避免称量罐本体所受浮力发生变化。而且，由于第二气体的温度和湿度不变，天平室M内的第二气体不断更换，使天平室M内的温度和湿度保持不变，这不仅避免了称量罐本体所受浮力发生变化，降低测量的不确定度，而且避免天平室M内天然气的富集，避免了***等安全隐患。
在本发明实施例中，天平室M内每小时的温升或温降不能超过0.5℃，湿度在工作时间内保持稳定。由于温湿度关联性强，温度控制精度按±0.3℃控制。
作为一种示例，在步骤101中，通过温度调节单元1和湿度调节单元2分别对空气进行温度调节和湿度调节，得到第一气体，包括：
通过制冷子单元102对空气进行冷却至第一预设温度，得到冷却气体；
通过加热子单元101对冷却气体进行加热至第二预设温度，得到加热气体；
通过湿度调节单元2对加热气体进行湿度调节至预设湿度，得到第一气体。
如此，可使温度和湿度不均匀的空气经温度调节单元1和湿度调节单元2处理后，能够得到温度和湿度均一的第二气体。
当空气的温度低于第一预设温度时，则不用进行冷却操作。
在对冷却气体进行加热过程中，可以先采用第一加热件进行大范围(粗调)加热，然后采用第二加热件进行小范围(细调)加热。
进一步地，为了保证天平测量天然气流量的准确度，使其测量的不确定度不大于0.015％，应使天平室M内满足恒温恒湿。其中，天平室M内的温度可以为18～24℃，湿度不大于60％RH(Relative Humidity，相对湿度)，称量期间温度波动不超过0.5℃/h。
举例来说，可以将空气冷却至18℃，然后通过第一加热件粗调加热至22℃，接近第二预设温度23℃。然后再通过第二加热件进行细调加热至23℃。最后通过电热加湿器将湿度调节至59％RH，得到第一气体。
在本发明实施例中，温度调节单元1还可以包括：夏季模式和冬季模式。可以通过夏季模式对空气进行多次降温，直接降温至第二预设温度。例如，当空气的温度为30℃时，可通过夏季模式将气体的温度降至25℃，然后通过夏季模式将气体的温度再次降温至22℃，或者降温至19℃，最后再升温至第二预设温度22℃。
当空气的温度低于第一预设温度时，可通过冬季模式多次升温至第二预设温度。例如，当空气的温度为0℃时，通过冬季模式使其升温至5℃，然后再次升温至22℃，或者升温至20℃后，再升温至22℃。
第二气体由排风口501排出的速度为0.01～0.15m/s，例如可以为0.01m/s、0.03m/s、0.05m/s、0.07m/s、0.09m/s、0.1m/s、0.11m/s、0.12m/s、0.13m/s、0.14m/s、0.15m/s等。
需要说明的是，天平室M内的进风量和排风量要相匹配。布气单元4和排风单元5的相互配合，可保证天平室M内吹风的均匀性、温度场的均匀性和稳定性，消除吹风扰动对天平室M的影响。
以上所述仅为本发明的说明性实施例，并不用以限制本发明的保护范围，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。
Claims (10)
1.一种天然气称量天平室用温湿度控制***，其特征在于，所述温湿度控制***包括：温度调节单元(1)、湿度调节单元(2)、送风单元(3)、布气单元(4)、排风单元(5)；
所述布气单元(4)上均匀设置有多个布气孔(401)，所述布气单元(4)设置于天平室(M)的内壁和/或顶壁上；
所述送风单元(3)通过管线与所述布气单元(4)连通；
所述温度调节单元(1)包括：加热子单元(101)和制冷子单元(102)，所述加热子单元(101)和所述制冷子单元(102)通过管线设置于所述送风单元(3)的入口处，所述温度调节单元(1)用于调节所述送风单元(3)输送的气体的温度；
所述湿度调节单元(2)通过管线设置于所述送风单元(3)的入口处，且所述湿度调节单元(2)比所述温度调节单元(1)靠近所述送风单元(3)的入口处，所述湿度调节单元(2)用于调节所述送风单元(3)输送的气体的湿度；
所述排风单元(5)包括：多个排风口(501)，多个所述排风口(501)均匀布设于所述天平室(M)的下部。
2.根据权利要求1所述的天然气称量天平室用温湿度控制***，其特征在于，所述布气单元(4)呈框体结构或管道结构。
3.根据权利要求2所述的天然气称量天平室用温湿度控制***，其特征在于，所述布气单元(4)呈管道结构，所述布气单元(4)设置于所述天平室(M)的顶壁上；
所述布气单元(4)的内径为8～12mm；
多个所述布气孔(401)的总面积占所述布气单元(4)表面积的20％～40％。
4.根据权利要求1所述的天然气称量天平室用温湿度控制***，其特征在于，所述加热子单元(101)包括：第一加热件和第二加热件；
所述第一加热件的温度调节精度小于所述第二加热件的温度调节精度。
5.根据权利要求1所述的天然气称量天平室用温湿度控制***，其特征在于，所述制冷子单元(102)包括：风冷热泵机组或者表冷器。
6.根据权利要求1所述的天然气称量天平室用温湿度控制***，其特征在于，所述湿度调节单元(2)包括：电热加湿器；
所述电热加湿器内设置有过滤件。
7.根据权利要求1所述的天然气称量天平室用温湿度控制***，其特征在于，所述天然气称量天平室用温湿度控制***还包括：空气供给单元(6)，所述空气供给单元(6)通过管线与所述温度调节单元(1)连通。
8.一种天然气称量天平室内温湿度控制方法，其特征在于，所述天然气称量天平室内温湿度控制方法利用权利要求1～7任一项所述的天然气称量天平室用温湿度控制***进行温湿度控制，所述天然气称量天平室内温湿度控制方法包括：
通过温度调节单元(1)和湿度调节单元(2)分别顺次对空气进行温度调节和湿度调节，得到第一气体；
通过送风单元(3)将所述第一气体输送至布气单元(4)，所述第一气体经所述布气单元(4)布气后，形成第二气体，所述第二气体进入天平室(M)内；
通过所述排风单元(5)将所述第二气体由所述天平室(M)排出。
9.根据权利要求8所述的天然气称量天平室内温湿度控制方法，其特征在于，所述通过温度调节单元(1)和湿度调节单元(2)分别对空气进行温度调节和湿度调节，得到第一气体，包括：
通过制冷子单元(102)对空气进行冷却至第一预设温度，得到冷却气体；
通过加热子单元(101)对所述冷却气体进行加热至第二预设温度，得到加热气体；
通过所述湿度调节单元(2)对所述加热气体进行湿度调节至预设湿度，得到所述第一气体。
10.根据权利要求8所述的天然气称量天平室内温湿度控制方法，其特征在于，所述第二气体由排风口(501)排出的速度为0.01～0.15m/s。
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