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?。樱瑁幔睿洌铮睿纭。茫瑁澹恚椋悖幔臁。牛睿纾椋睿澹澹颍椋睿纭。茫铮蹋簦洌?,Jinan,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
5)建 立 Ui= {u(i)1,u(i)2,…,u(i)ni}的 權 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果B~i=AiRi,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 權重 A =(a1,a2, …,ak),
總 評 價 矩 陣 R =[B~1?。隆病?hellip;?。隆耄荩?,經(jīng)模糊運算得到綜合評價結果B =AR。
7)綜合評價結果分析。
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
表 | 1 | 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) | ( 3· -1) | (3 | · -1) ( 3 | · -1) | ||||||||||||||||
℃ | MPa | mm | ||||||||||||||||||
kg m | m | h | m | h | m | h | ||||||||||||||
, , | 11.92 | / | / | 217×9 | 18000 | 16000 | 12000 | <3∶1 | ||||||||||||
N2 H2 | CO2 | 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 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 | [ ] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 | 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 | 中 | ~ | 大 | ***差 | 短 | 低 | ~ | 中 | 低 | ~ | 高 | 較低 | 中 | ~ | 高 | 低 | 較低 | ||||||||||||||||||||
噴嘴 | 1.5 | 小 | ~ | 中 | 差 | 中 | 中 | 中 | 中 | 中 | ~ | 高 | 中 | 低 | ||||||||||||||||||||||||
文丘里管 | 1.5 | 小 | 好 | 長 | 中 | ~ | 高 | 高 | 較低 | ~ | 高 低 | ~ | 中 | 中 | 中 | |||||||||||||||||||||||
彎管 | 1.0~2.5 | 小 | 中 | 長 | 低 | ~ | 中 | 中 | 較低 | 低 | 低 | 較低 | ||||||||||||||||||||||||||
楔形管 | 1.0~5.0 | 中 | 中 | 中 | 中 | 中 | 中 | 中 | 低 | 中 | ||||||||||||||||||||||||||||
均速管 | 1.0~4.0 | 小 | 中 | 中 | 低 | ~ | 中 | 中 | 中 | ~ | 高 | 低 | 低 | 低 | ||||||||||||||||||||||||
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。
表 | 3 | 評價指標的評語等級對照 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
評價指標 | 評 | 語 | 等 | 級 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
很好 | 好 | 中 | 差 | 很差 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
度, | u1 ≤0.25 | 0.25<u1 ≤1.001.00<u1 ≤2.502.50<u1 ≤4.00 | u1 >4.00 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
% | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
壓力損失 | 無 | 小 | 中 | 大 | 很大 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
長期穩(wěn)定性 | ***好 | 好 | 中 | 差 | ***差 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
使用壽命 | 很長 | 長 | 中 | 短 | 很短 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
費用 | 較低 | 低 | 中 | 高 | ***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)= ?。啊。啊?1 0
5)在模糊綜合評價中,權重是至關重要的,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重。以第二級因素集U1為例,表4為10位分別對各因素權重的打分(滿分100分)。
表 | 4 | 評分 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
權 重 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 平均值 歸一化 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
度 | 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 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
即權重 A1= (0.209,
0.276,
0.269,
0.246),
同樣可得權重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 平 均 型 M(●,
),
計 算B~i(Y1)= AiRi(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 重A =(0.562,
0.438)。總評價矩陣 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,采用加權平均型 M(●,)算子,得 孔 板 流 量 計 Y1的 模 糊 綜 合 評 價 結 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 矩陣為同樣,根據(jù)以上步驟,可得其他流量計的模糊綜合評價結果,見表5所列。
表5 各差壓式流量計的模糊綜合評價結果
7)綜合評價結果分析。采用加權平均原則對模糊綜合評價結果進行分析,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。加權平均可表示為
加權平均可表示為
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。可 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。
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。