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流量計如何正確選型|流量計選型模糊決策方法

摘要:將合適的流量計用到適合的工況,是工程設計人員及用戶十分關(guān)心的問題。將模糊綜合評價引入流量計的選型,并以實際工況為例,通過建立多級模糊評價體系后對各流量計進行綜合評價,所得結(jié)果較為合理和可信。該方法可在流量計的選型過程中為設計人員提供決策依據(jù)。

(CNOOC Shandong Chemical?。牛睿纾椋睿澹澹颍椋睿纭。茫铮蹋簦洌剩楝穑睿幔?,250101,China)Abstracts:Utilizing?。螅酰椋簦幔猓欤濉。妫欤铮鳌。恚澹簦澹颉。簦铩。颍椋纾瑁簟。鳎铮颍搿。悖铮睿洌椋簦椋铮睢。椋蟆。簦瑁濉。恚幔椋睢。椋螅螅酰濉。悖铮睿悖澹颍睿澹洹。猓澹睿纾椋睿澹澹颍椋睿纭。洌澹螅椋纾睢。螅簦幔妫妗。幔睿洹。酰螅澹颍螅裕瑁澹睢。簦瑁濉。妫欤铮鳌。恚澹簦澹颍蟆。幔颍濉。悖铮睿洌酰悖簦澹洹。鳎椋簦琛。悖铮恚穑颍澹瑁澹睿螅椋觯澹澹觯幔欤酰幔簦椋铮睢。幔妫簦澹颉。悖铮睿螅簦颍酰悖簦椋睿纭。妫酰。澹觯幔欤酰幔簦椋铮睢。螅螅簦澹恚疲酰。悖铮恚穑颍澹瑁澹睿螅椋觯濉。澹觯幔欤酰幔簦椋铮睢。椋螅椋睿簦颍铮洌酰悖澹洹。椋睿簦铩。妫欤铮鳌。恚澹簦澹颉。螅澹欤澹悖簦椋铮睢。鳎椋簦琛。幔悖簦酰幔臁。鳎铮颍耄椋睿纭。悖铮睿洌椋簦椋铮睢。幔蟆。澹幔恚穑欤澹裕瑁濉。幔悖瑁椋澹觯澹洌颍澹螅酰欤簦蟆。幔颍濉。颍澹幔螅铮睿幔猓欤濉。幔睿洹。悖颍澹洌椋猓欤澹裕瑁椋蟆。恚澹簦瑁铮洹。悖幔睢。穑颍铮觯椋洌濉。洌澹悖椋螅椋铮睢。猓幔螅椋恪。妫铮颉。椋睿螅簦颍酰恚澹睿簦澹睿纾椋睿澹澹颍蟆。簦铩。螅澹欤澹悖簟。螅酰椋簦幔猓欤濉。妫欤铮鳌。恚澹簦澹颍耍澹。鳎铮颍洌螅海妫酰。悖铮恚穑颍澹瑁澹睿螅椋觯濉。澹觯幔欤酰幔簦椋铮?;differential?。穑颍澹螅螅酰颍濉。妫欤铮鳌。恚澹簦澹?;instrumentselection;synthesis?。幔恚恚铮睿椋?/div>

 

    流量計的選型一直是工程設計中的重要部分,在眾多的流量計類型中,將合適的流量計應用到適合的工況,不僅是用戶十分關(guān)心的問題,也是工程設計人員的目標。流量計選型的影響因素眾多,應用的場合復雜,不同類型的流量計??蛇m用于同一場合。在流量計選型前,設計人員需要充分了解工況,根據(jù)個人經(jīng)驗經(jīng)過初選一復選一優(yōu)選的過程,確定流量計的類型,整個選型過程充滿了模糊判斷。

   模糊綜合評價作為模糊數(shù)學的一種具體應用方法,對多因素、多層次的復雜問題評判效果比較好而得到了廣泛的應用。本文基于模糊綜合評價法與經(jīng)驗,結(jié)合合成氨生產(chǎn)裝置的某實際工況,對多種類型的流量計進行模糊綜合評價,以對流量計的選型提供依據(jù)。

  1、模糊綜合評價方法:
  模糊綜合評價是以模糊數(shù)學為基礎,應用模糊關(guān)系合成的原理,將一些邊界不清、不易定量的因素定量化,從而進行綜合評價的一種方法。模糊綜合評價可分為單級和多級綜合評價,本文應用二級模糊綜合評價,計算步驟如下:  

1)建立評價對象集Y = {Y1,Y2,…,Yp}。
2)建 立 評 價 對 象 因 素 集 U = {u1,u2,…,un},即確定評價指標,并將U 分為級因素集U*= {U1,U2,…,Uk}和第 二 級因素集 Ui={u(i)1,u(i)2,…,u(i)ni},i=1,2,…,k;n=∑ki=1ni。
3)建立評語集V = {v1,v2,…,vm},即確定評語等級。
4)對第二級因素集Ui= {u(i)1,u(i)2,…,u(i)ni}的ni個因素進行單因素評價,即模糊映射f~i(U →V):u(i)ni→f~i(u(i)ni)= (r(i)ni1,r(i)ni2,…,r(i)nim),得到單因素評價矩陣:

因素評價矩陣

因素評價矩陣

5)建 立 Ui= {u(i)1,u(i)2,…,u(i)ni}的 權(quán) 重Ai=(a(i)1,a(i)2,…,a(i)ni),即各因素的相對重要程度,經(jīng)模糊運算得到評價結(jié)果B~i=AiRi,i=1,2,…,k。
6)對級因素集U = {U1,U2,…,Uk}做綜合評價。建立U = {U1,U2,…,Uk}的 權(quán)重 A =(a1,a2, …,ak),
總 評 價 矩 陣 R =[B~1?。隆病?hellip; B~k]T,經(jīng)模糊運算得到綜合評價結(jié)果B =AR。
7)綜合評價結(jié)果分析。

2、模糊綜合評價在流量計選型中的應用:
  實例以山東某合成氨生產(chǎn)裝置為例,工藝流程需要測量進變脫工段的變換氣流量,允許的壓力損失越

                  工藝流量條件              
                                       
             
工藝介質(zhì)   密度/   操作溫度/ 操作壓力/ 管道規(guī)格/ ***大流量/ 正常流量/ ***小流量/ 量程比
  ( · -3                 ( · -1 · -1) (  · -1
          MPa   mm    
      kg m              
, ,   11.92         217×9 18000 16000 12000 <3∶1
 H CO     3550 1.82  

 根據(jù)文獻[3]中“表 A.0.1流量儀表選型參考表”:當工藝介質(zhì)為氣體時,宜選用差壓式流量計、渦街流量計、渦輪流量計和熱導式質(zhì)量流量計等;第6.1.8條又規(guī)定“在滿足測量要求的情況下,宜選用差壓式流量計”。因此,該工況宜選用差壓式流量計 (孔 板、噴 嘴、文 丘 里 管、楔 形 管、彎 管、均速管)。
2)文獻[4]將流量計選型考慮因素分為儀表性能、流體特性、安裝條件、環(huán)境條件與經(jīng)濟因素(共包含47個子因素);文獻[5]進一步總結(jié)為重復性、度、直管段、壓力損失、量程比等十幾個因素??紤]到該工況的實際情況,還應去掉:等同因素,如重復性(重復性取決于差壓變送器[4]);無關(guān)因素,如雙向測量能力(該工況只需單向測量);過分因素,如量程比(3∶1的量程比已符合該工況的期望)。根據(jù)該工況工藝條件***終確定的模糊綜合評價指標體系如圖1所示,評價指標見表2所列。

圖1 差壓式流量計選型模糊綜合評價指標體系
圖1 差壓式流量計選型模糊綜合評價指標體系

                  差壓式流量計選型模糊綜合評價指標體系                
                                                                             
                                                [ ]                        
                        差壓式流量計的各項評價指標 3-6                        
                                                                             
                                                     
差壓式   度,   壓力   長期     使用     儀表 安裝費   流量 運行費 維護費   修理費
流量計         損失   穩(wěn)定性     壽命     購置費                    
                                  校驗費                
                                                                             
                                                             
孔板   1.5   ***差             較低     較低
                                                                         
噴嘴   1.5                                
                                                                         
文丘里管 1.5                           較低 高   低    
                                                                       
彎管   1.0~2.5                           較低         較低
                                                                           
楔形管   1.0~5.0                                          
                                                                           
均速管   1.0~4.0                                
                                                                         
                                                 

 級因素集:U = {U1,U2}= {儀表性能,經(jīng)濟因 素};第 二 級 因 素 集:U1= {u(1)1,u(1)2,u(1)3,u(1)4}={度,壓力損失,長期穩(wěn)定性,使用壽命};U2= {u(2)1,u(2)2,u(2)3,u(2)4,u(2)5,u(2)6}= {儀表購置費,安裝費,流量校驗費,運行費,維護費,修理費}。3)表2中 的 各 定 性 指 標 是 按 照 5 個 等 級 評價流量 計,因 而 評 語 集 為 V = {v1,v2,v3,v4,v5}= {很好,好,中,差,很差},評 價標準見表 3所列。

評價指標的評語等級對照
   
     
  評價指標
       
    很好         很差  
           
     
      度,                      ≤0.25         0.25< ≤1.001.00< ≤2.502.50< ≤4.00      >4.00          
                                                         
壓力損失 很大
長期穩(wěn)定性 ***好 ***差
使用壽命 很長 很短
費用 較低 ***高
?。矗谋恚才c表3來看,
各差壓式流量計存在某項評價指標與評語等級一對一的情況,則對該評語等級的隸屬度取值為1;也存在某項評價指標跨越多個評語等級的情況,
如楔形管流量計的度跨越了“好~很差”4個等級,則對所跨越的全部評語等級的隸屬度取平均值。以孔板流量計Y1為例,分別對第二級因素集U1和U2的各個因素進行單因素評價,得到R1(Y1),R2(Y1)為R1(Y1)=  0?。啊?1  0

計算公式

計算公式

5)在模糊綜合評價中,權(quán)重是至關(guān)重要的,它反映了各個因素在綜合評價過程中所占有的地位或所起的作用,直接影響到綜合評價的結(jié)果。為客觀地反映實際情況,采用估測法[1]確定應用于該工況的權(quán)重。以第二級因素集U1為例,表4為10位分別對各因素權(quán)重的打分(滿分100分)。
評分
   
     
      權(quán)  重                     10 平均值  歸一化
                     
     
                  60             80           60       80             80       70   60   70       75     80     71.5 0.209
                     
      壓力損失           90           100       100     100       90       90   90 100       90     95     94.5 0.276
                                                                         
      長期穩(wěn)定性         100         80         100     90             90       90   85 100       95     90     92.0 0.269
                                                                               
      使用壽命           80             90           80       90             90       90   80   80       80     85     84.5 0.246
                     
                                                                                                 
即權(quán)重 A1= (0.209,
0.276,
0.269,
0.246),
同樣可得權(quán)重A2= (0.256,
0.103,
0.128,
0.218,
0.154,
0.141)。對第二級因素集作綜合評價,
模糊合成 算 子 “”采 用 加 權(quán) 平 均 型 M(●,
),
計 算B~i(Y1)= AiRi(Y1),i = 1,
2,得:B~1(Y1)=(0.000,
0.000,
0.347,
0.384,
0.269),B~2(Y1)=(0.269,
0.316,
0.271,
0.143,
0.000)。6)用 專 家 估 測 法 得 U = {U1,U2}的 權(quán) 重A =(0.562,
0.438)??傇u價矩陣 R 是以B~1,B~2為行的模 糊 矩 陣,則 孔 板 流 量 計 Y1的 總 評 價 矩陣為對級因素集U = {U1,U2}= {儀表性能,經(jīng)濟因素}作綜合評價,采用加權(quán)平均型 M(●,)算子,得 孔 板 流 量 計 Y1的 模 糊 綜 合 評 價 結(jié) 果:B~(Y1)= A R(Y1)= (0.118,
0.139,
0.314,
0.279,
0.151)。

則 孔 板 流 量 計 Y1的 總 評 價 矩陣為
則 孔 板 流 量 計 Y1的 總 評 價 矩陣為同樣,根據(jù)以上步驟,可得其他流量計的模糊綜合評價結(jié)果,見表5所列。
表5 各差壓式流量計的模糊綜合評價結(jié)果

表5 各差壓式流量計的模糊綜合評價結(jié)果

 7)綜合評價結(jié)果分析。采用加權(quán)平均原則對模糊綜合評價結(jié)果進行分析,不僅能評價出各差壓式流量計在該工況的等級,而且可以依據(jù)其等級進行排序,從而選出該工況***適用的流量計。加權(quán)平均可表示為

加權(quán)平均可表示為
加權(quán)平均可表示為

  式中:bj———隸屬于第j等級的隸屬度;k———待定系數(shù)(k=1或k=2),目的是控制較大的bj所起的作用。
  計算可得孔板、噴嘴、文丘里管、彎管、楔形管和均速 管 的 B*(k = 2)分 別 為 3.329,3.041,2.395,2.190,2.991 和 2.497???以 做 出 評 價:彎管***接近于“好”,其次為文丘里管和均速管,而孔板、噴嘴和楔形管則屬于“中”;同時,彎管、均速管和文丘里管的B*非常接近,說明這3種流量計均適用于該工況,這也符合文獻[3]中第6.2.3.2條、6.2.4.4條和6.2.4.7條。由于彎管流量計[7]是國內(nèi)近年來才開始推廣,因而在該工況下的應用并不多,目前大量應用的是均速管流量計[8],并且在該工況下取得了良好的表現(xiàn)。
3、結(jié)束語:
1)通過實例表明,采用模糊綜合評價法使流量計的選型更加科學嚴謹,并且能綜合經(jīng)驗得出符合規(guī)范和實際應用情況的評價結(jié)果。
2)流量計應用場合眾多,不同的工況需要建立不同的評價指標集,而各評價指標的權(quán)重應根據(jù)具體工況綜合經(jīng)驗后確定。
3)模糊綜合評價可為設計人員在流量計選型中提供決策依據(jù),值得推廣運用。

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