CN115342871A - 差压流量计及流体流量的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种差压流量计及流体流量的测量方法。其中，测量管，包括第一段和第二段，第一段允许流体通过的截面面积大于第二段允许流体通过的截面面积；引压管，连接于测量管，引压管包括高压引压管和低压引压管，高压引压管连接于第一段，低压引压管连接于第二段；控温装置，用于调节高压引压管和低压引压管内的流体温度。本申请提供的差压流量计，在高压引压管和低压引压管上套设控温装置，通过控温装置调控不同引压管内的流体处于低于相近的温度条件，使得引压管内流体处于密度对温度变化不敏感区，可以解决由于流体对温度敏感导致的引压管内流体密度变化对差压的影响，实现高温高压条件下采用差压流量计精准测量流体流量。
Description
技术领域
本申请涉及流体流动传热研究领域，具体涉及差压流量计及流体流量的测量方法。
背景技术
流量计量是计量科学技术的组成部分之一，它与国民经济、国防建设、科学研究有密切的关系。流量计量是工业生产的眼睛，做好这一工作，对保证产品质量、提高生产效率、促进科学技术的发展都具有重要的作用，特别是在能源危机、工业生产自动化程度愈来愈高的当今时代，流量计量在国民经济中的地位与作用更加明显。
现有技术中通常采用差压式流量计（如文丘里流量计）测量流量，测量过程中压差的精确测量是影响差压式流量计测量精度的关键。高温高压条件下流量通常影响压差测量精度的主要因素包括压差变送器精度、引压管内工质密度的测量精度。
发明内容
基于此，本申请提出一种超临界流体的流量测量装置及测量方法，用于提高高温高压条件下流体的流量测量精度。
一方面，本申请实施例提供了一种差压式流量计，包括：
测量管，包括第一段和第二段，第一段允许流体通过的截面面积大于第二段允许流体通过的截面面积；引压管，连接于测量管，引压管包括高压引压管和低压引压管，高压引压管连接于第一段，低压引压管连接于第二段；控温装置，用于调节高压引压管和低压引压管内的流体温度；控温装置包括换热组件和温度检测组件，温度检测组件连接于高压引压管和低压引压管，用于检测高压引压管和低压引压管内的流体温度，换热组件用于调节高压引压管和低压引压管内的流体温度。
可选地，换热组件套接于引压管。
可选地，换热组件包括第一换热组件和第二换热组件，和温度检测组件包括第一温度检测组件和第二温度检测组件；
第一温度检测组件和第一换热组件用于调节高压引压管内的流体温度，第二温度检测组件和第二换热组件用于调节低压引压管内的流体温度，以使高压引压管内的流体温度与低压引压管内的流体温度相近。
可选地，高压引压管包括第一高压管和第二高压管，第一高压管和第二高压管通过第一隔离膜片分隔，在工作状态时，第一高压管内的流体与测量管内的流体相同；低压引压管包括第一低压管和第二低压管，第一低压管和第二低压管通过第二隔离膜片分隔，在工作状态时，第一低压管内的流体与测量管内的流体相同；第二高压管内的流体与第二低压管内的流体相同。
可选地，第一隔离膜片和第二隔离膜片的两侧包括接管，接管分别连接于第一高压管和第二高压管之间，和第一低压管和第二低压管之间。
可选地，还包括第一平衡阀，第一平衡阀通过导管分别与第一高压管和第一低压管连通；和/或还包括第二平衡阀，第二平衡阀通过导管分别与第二高压管和第二低压管连通。
可选地，还包括差压变送器和主电路组件，差压变送器12连接于高压引压管和低压引压管之间，主电路组件与差压变送器连接，用于数据采集、参数解析、液晶显示和数据传输。
另一方面，本申请实施例提供一种流体的流量测量方法，包括以下步骤：
调节引压管内流体温度，通过控温装置调节高压引压管内的流体温度与低压压管内的流体温度相同，并低于超临界温度；测量压差，通过差压变送器测量高压引压管与低压引压管间压差；根据参数计算流量计流量。
可选地，在调节引压管内流体温度的步骤中，还包括打开第一平衡阀41，使得第一高压管131内的压强与第一低压管141内的压强相等；打开第二平衡阀42，使得第二高压管132内的压强与第二低压管142内的压强相等；测量压差的步骤中，还包括在关闭第一平衡阀41和第二平衡阀后42进行测量。
与现有技术相比，本申请至少具有以下有益效果：
本申请提供的差压流量计，在高压引压管和低压引压管上套设控温装置，通过控温装置调控不同引压管内的流体处于低于相近的温度条件，使得引压管内流体处于密度对温度变化不敏感区，可以解决由于流体对温度敏感导致的引压管内流体密度变化对差压的影响，实现高温高压条件下采用差压流量计精准测量流体流量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据附图获得其他的附图。
图1为差压流量计的结构示意图；
图2为隔离膜片的结构示意图；
图3超临界二氧化碳和水工质密度随温度变化对比曲线。
附图标记说明：
10：差压式流量计；
11：测量管；12：差压变送器；13：高压引压管；131：第一高压管；132：第二高压管；14：低压引压管；141：第一低压管；142：第二低压管；15：控温装置；151：第一换热组件；152：第一温度检测组件；153：第二换热组件；154：第二温度检测组件；16：隔离膜片；161：膜片；162 ：透镜垫；17：螺栓、18：螺母；19：法兰；20：第一平衡阀；21：第二平衡阀。
具体实施方式
为了使本申请的申请目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本申请进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本申请，并非为了限定本申请。
为了简便，本申请仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中的“多种”的含义是两种及其两种以上。
本申请的上述申请内容并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
流量计量是计量科学技术的组成部分之一，它与国民经济、国防建设、科学研究有密切的关系。流量计量是工业生产的眼睛，做好这一工作，对保证产品质量、提高生产效率、促进科学技术的发展都具有重要的作用，特别是在能源危机、工业生产自动化程度愈来愈高的当今时代，流量计量在国民经济中的地位与作用更加明显。
现有技术中通常采用差压式流量计（如文丘里流量计）测量流量，测量过程中压差的精确测量是影响差压式流量计测量精度的关键。发明人注意到，在测量一些特殊流体的流量测量时，存在测量精确度不够的问题，例如高温高压条件下的超临界流体的密度随温度和压力变化十分敏感，影响压差测量的精度。示例性地，超临界流体为超临界二氧化碳，超临界二氧化碳是压力和温度分别超过其临界压力和临界温度状态下的二氧化碳。二氧化碳的临界温度和临界压力分别为30.98℃和7.38MPa。图3给出了温度20℃-50℃，压力7.38MPa下超临界二氧化碳和水的密度随温度变化曲线。温度20℃-50℃是典型的厂房温度范围，也是差压式流量计的压差测量管内工质的温度范围。发明人注意到，在上述温度范围内，水工质的密度基本不随环境温度变化，而超临界二氧化碳流体密度对环境温度变化十分敏感。差压式流量计作为一种广泛应用的高温高压流量计，它是通过测量流量计两个压力测点间压差获得所测流体的流量，而高低引压管内流体的密度直接影响压差的精确测量。保持差压式流量计的压差测量管内超临界二氧化碳密度稳定且可准确测量对于差压式流量计压差的准确测量十分关键。
基于此，为了提升流体的流量测量精度，发明人经过深入研究，提供了一种差压流量计和流体流量的测量方法。
一方面，本申请的实施方式提供了一种差压流量计，如图1所示，包括：
测量管11，包括第一段和第二段，第一段允许流体通过的截面面积大于第二段允许流体通过的截面面积；引压管，连接于测量管11，引压管包括高压引压管13和低压引压管14，高压引压管13连接于第一段，低压引压管14连接于第二段；控温装置15，用于调节高压引压管和低压引压管内的流体温度；控温装置包括换热组件和温度检测组件，温度检测组件连接于高压引压管和低压引压管，用于检测高压引压管和低压引压管内的流体温度，换热组件用于调节高压引压管和低压引压管内的流体温度。
需说明的是，本申请实施例中，第一段的截面面积是指允许流体通过的垂直流体流动方向的截面面积，第二段的截面面积是指允许流体通过的垂直流体流动方向的截面面积。
本申请的实施例中，以流体通过时的压强的相对大小为参考来定义高压和低压。测量管11的第一段允许流体通过的截面面积大，则流体通过时流速小，进而流体的压强大，则与第一段连接的引压管为高压引压管；测量管11的第二段允许流体通过的截面面积小，则流体通过时流速大，进而压强小，则与第二段连接的引压管为低压引压管。
测量管11可以为文丘里管，也可以在第二段内设置节流装置（图未示出），本申请对节流装置不做限定，可以根据实际需要进行选择，示例性地，节流装置包括标准孔板、圆形喷嘴或均速管中的一种。
本申请的实施例提供的差压流量计10，在高压引压管13和低压引压管14上套设控温装置15，通过控温装置15调控不同引压管内的流体处于低于相近的温度条件，可以减少由于流体对温度敏感导致的引压管内流体密度变化对差压的影响，示例性地，当待测流体为超临界流体时，通过调节高压引压管和低压引压管内流体的温度低于临界温度，可以使引压管内超临界流体处于密度对温度变化不敏感区，解决由于流体对温度敏感导致的引压管内流体密度变化对差压的影响，实现高温高压条件下采用差压流量计精准测量流体流量。
在一些实施例中，控温装置15包括换热组件和温度检测组件，温度检测组件连接于高压引压管13和低压引压管14，用于检测高压引压管13和低压引压管14内的流体温度，换热组件用于调节高压引压管13和低压引压管14内的流体温度。
具体地，当测量管11中的流体流经引压管时，通过温度检测组件可以检测流体的实时温度，通过换热组件调节使得流体的温度处于某一设定值，且高压引压管13和低压引压管14内的流体温度相近。例如，处于高温高压状态的超临界流体在引压管内被冷却，温度降至临界温度以下的某一设定值，对于二氧化碳流体，可以通过换热组件和温度检测组件，将温度降至20 oC ~30oC之间的某一温度值。
在一些实施例中，对于一些需要加热的流体，还可以将换热组件和温度检测组件将高压引压管和低压引压管内的流体加热至某一设定值，本申请在此不做限定。
当换热组件用于对高压引压管13和低压引压管14内的流体进行降温或升温时，换热组件与引压管的连接方式可以为套接。通过将换热组件套接于引压管，可以实现换热组件与引压管较大的接触面积，有利于精确控制引压管内的流体温度。在一些实施例中，换热组件与引压管的连接方式还可以为点接，即换热组件与引压管的部分面积接触，以实现控制效果为准。
在一些实施例中，换热组件可以是一组，同时对高压引压管和低压引压管内的流体温度进行调节，换热组件可以是两组，分别对高压引压管和低压引压管内的流体温度进行调节。
在一些实施例中，换热组件套接于引压管。示例性地，换热组件为冷却水套或加热套。
请参照图1，图1为本申请中的差压流量计的结构示意图。
如图1所示，作为一个具体的实施方式，换热组件包括第一换热组件和第二换热组件，和温度检测组件包括第一温度检测组件152和第二温度检测组件154；第一温度检测组件152和第一换热组件151用于调节高压引压管内的流体温度，第二温度检测组件154和第二换热组件153用于调节低压引压管内的流体温度，以使高压引压管内的流体温度与低压引压管内的流体温度相近。
可以理解的是，通过对高压引压管13和低压引压管14内的流体分别进行独立温度调控，可以使温控结果更加精确。
请继续参照图1，作为一个具体的实施方式，高压引压管13包括第一高压管131和第二高压管132，第一高压管131和第二高压管132通过隔离膜片16分隔，在工作状态时，第一高压管131内的流体与测量管11内的流体相同；
低压引压管14包括第一低压管141和第二低压管142，第一低压管141和第二低压管142通过隔离膜片16分隔，在工作状态时，第一低压管内141的流体与测量管11内的流体相同；第二高压管内132的流体与第二低压管内142的流体相同。
具体地，一个隔离膜片16将第一高压管131和第二高压管132分隔开来，另一个隔离膜片16将第一低压管141和第二低压管142分隔开来，第一高压管131和第一低压管141内的流体与测量管11内的流体相同，为待测量流体，第二高压管132和第二低压管142内的流体为受温度影响较小的流体，示例性地，第二高压管132和第二低压管142内的流体为液压油。通过隔离膜片的形变将引压管内的流体的压力传递至差压变送器，根据本申请的实施方式，通过设置隔离膜片，可以避免引压管内的待测流体直接与差压变送器12直接接触，同时可以避免引压管内突然增大的压力对差压变送器12造成的冲击，提高测量装置的使用寿命。
如图2所示，作为一个具体的实施方式，以第一高压管131和第二高压管132之间的隔离膜片16为例，隔离膜片16包括膜片161和透镜垫162，膜片161通过透镜垫162固定连接于第一高压管131和第二高压管132之间。
第一低压管141和第二低压管142之间隔离膜片16与第一高压管131和第二高压管132之间的隔离膜片16相同。
根据本申请的实施方式，将隔离膜片与引压管设置为可拆卸式，后续隔离膜片磨损时仅需要更换隔离膜片，可以降低维修成本。示例性地，接管与引压管通过螺栓17、螺母18和法兰19实现固定连接。可以理解的是，第一隔离膜片和第二隔离膜片还包括透镜垫162，透镜垫162用于辅助膜片进行固定，并对膜片进行保护。
作为一个具体的实施方式，如图1所示，差压流量计10还包括第一平衡阀20，第一平衡阀20通过导管分别与第一高压管131和第一低压管141连通；和/或还包括第二平衡阀21，第二平衡阀21通过导管分别与第二高压管132和第二低压管142连通。
具体地，第一平衡阀20设置在靠近测量管11的一侧，在开始测量前，通过打开第一平衡阀20，可以排空第一高压管131和第一低压管141内的空气，避免装置中残留的空气对压差测量的影响，提高测量装置的测量精度。第二平衡阀21设置在靠近差压变送器的一侧，在开始测量前，通过打开第一平衡阀20和第二平衡阀21，分别使得测量管11一侧的高、低压引压管间压力和差压变送器一侧的高、低压引压管间压力平衡，防止损坏隔离膜片16。
在一些实施方式中，差压流量计还包括差压变送器12和主电路组件（图未示出），差压变送器12连接于高压引压管和低压引压管之间，主电路组件与差压变送器连接，用于数据采集、参数解析、液晶显示和数据传输。
另一方面，本申请的实施方式提供一种流体流量的测量方法，包括以下步骤：
调节引压管内流体温度，通过控温装置调节高压引压管内的流体温度与低压压管内的流体温度相同，并低于超临界温度；
测量压差，通过差压变送器测量高压引压管与低压引压管间压差；
根据参数计算流量计流量。
本申请的实施方式通过调节流体的温度，使其处于相近的温度和压强条件，使得引压管内的流体尤其是超临界流体处于密度对温度变化不敏感区，可以解决由于流体对温度敏感导致的引压管11内流体密度变化对差压的影响，实现高温高压条件下采用差压流量计精准测量流体流量。
在一些实施方式中，在调节引压管内流体温度的步骤中，还包括打开第一平衡阀20，使得第一高压管131内的压强与第一低压管141内的压强相等；打开第二平衡阀21，使得第二高压管132内的压强与第二低压管142内的压强相等；测量压差的步骤中，还包括在关闭第一平衡阀20和第二平衡阀21后进行测量。
根据本申请的实施方式，通过平衡阀调节，一方面排除了实验装置残留的空气对压差测量的影响，另一方面，分别使得测量管11一侧的高、低压引压管间压力和差压变送器一侧的高、低压引压管间压力平衡，防止损坏隔离膜片。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的***、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种差压式流量计，其特征在于，包括：
测量管，包括第一段和第二段，所述第一段允许流体通过的截面面积大于所述第二段允许流体通过的截面面积；
引压管，连接于所述测量管，所述引压管包括高压引压管和低压引压管，所述高压引压管连接于所述第一段，所述低压引压管连接于所述第二段；
控温装置，用于调节所述高压引压管和所述低压引压管内的流体温度；所述控温装置包括换热组件和温度检测组件，所述温度检测组件连接于所述高压引压管和所述低压引压管，用于检测所述高压引压管和所述低压引压管内的流体温度，所述换热组件用于调节所述高压引压管和所述低压引压管内的流体温度。
2.根据权利要求1所述的差压式流量计，其特征在于，所述换热组件套接于所述引压管。
3.根据权利要求2所述的差压式流量计，其特征在于，所述换热组件包括第一换热组件和第二换热组件，和所述温度检测组件包括第一温度检测组件和第二温度检测组件；
所述第一温度检测组件和所述第一换热组件用于调节所述高压引压管内的流体温度，所述第二温度检测组件和所述第二换热组件用于调节所述低压引压管内的流体温度，以使高压引压管内的流体温度与低压引压管内的流体温度相近。
4.根据权利要求1所述的差压式流量计，其特征在于，所述高压引压管包括第一高压管和第二高压管，所述第一高压管和第二高压管通过隔离膜片分隔，在工作状态时，所述第一高压管内的流体与所述测量管内的流体相同；
所述低压引压管包括第一低压管和第二低压管，所述第一低压管和第二低压管通过隔离膜片分隔，在工作状态时，所述第一低压管内的流体与所述测量管内的流体相同；
所述第二高压管内的流体与所述第二低压管内的流体相同。
5.根据权利要求4所述的差压式流量计，其特征在于，所述隔离膜片包括膜片和透镜垫，所述膜片通过透镜垫固定连接于所述第一高压管和所述第二高压管之间，与所述第一低压管和第二低压管之间。
6.根据权利要求4所述的差压式流量计，其特征在于，还包括第一平衡阀，所述第一平衡阀通过导管分别与第一高压管和第一低压管连通；和/或还包括
第二平衡阀，所述第二平衡阀通过导管分别与第二高压管和第二低压管连通。
7.根据权利要求1所述的差压式流量计，其特征在于，还包括差压变送器和主电路组件，所述差压变送器连接于所述高压引压管和低压引压管之间，所述主电路组件与所述差压变送器连接，用于数据采集、参数解析、液晶显示和数据传输。
8.一种流体流量的测量方法，其特征在于，使用如权利要求1-7任一项所述的差压式流量计进行测量，包括以下步骤：
调节引压管内流体温度，通过控温装置调节高压引压管内的流体温度与低压引压管内的流体温度相同，并低于超临界温度；
测量压差，通过差压变送器测量高压引压管与低压引压管间压差；
根据参数计算流量计流量。
9.根据权利要求8所述的流体流量的测量方法，其特征在于，在调节引压管内流体温度的步骤中，还包括
打开第一平衡阀，使得第一高压管内的压强与第一低压管内的压强相等；
打开第二平衡阀，使得第二高压管内的压强与第二低压管内的压强相等；
所述测量压差的步骤中，还包括在关闭第一平衡阀和第二平衡阀后进行测量。
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