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流量測量范文1

關鍵詞：過熱蒸汽；飽和蒸汽；溫度壓力補償；流出系數

1.引言

在我公司的蒸汽流量測量中，由于蒸汽的特殊性質，測量不準確是經常出現的問題。而提高蒸汽流量準確度，一直是人們追求的目標。目前我公司使用的蒸汽流量測量儀表有標準孔板，渦街流量計，彎管流量計等，使用最多的還是標準孔板流量計，因此本文主要從孔板流量計的測量誤差展開分析，探討引起測量誤差的主要因素及其解決方法。

2.蒸汽流量測量中影響測量的主要因素及解決方法

2.1一次測量元件引起的誤差

孔板流量計中的節流元件是尖銳的直角邊緣，流體在節流元件的入口收縮，根據伯努力方程，流速增加，壓力減小，孔板的測量原理就是根據孔板入口和出口的壓差進行測量的。孔板平鈍后流出系數增大，產生測量誤差。流出系數對蒸汽流量測量的影響是普遍存在的。

測量管也是節流裝置的組成部分，其結構尺寸對流體流動狀態有重要的影響，測量管除滿足前10D后5D的要求外，還對內表面的光滑度有要求。粗糙管的流速分布與光滑管是有區別的，流出系數也不相同，管道結垢、腐蝕，流出系數發生變化，產生測量誤差。

對于孔板入口邊緣磨損的問題，我們可以選用標準噴嘴，由于噴嘴入口是一個光滑的曲面，它的抗磨損，抗積污，抗變形程度遠好于孔板，流出系數穩定性也比孔板好，壓力損失也比孔板小得多，而且它的檢定周期為4年，大大減少了維護費用。

對于測量管的問題，在管道安裝時就盡量選用光滑度高，質量好的管道，必要時請專業廠家定制測量管道、連接法蘭，冷凝器等，補償用的溫度和壓力測量點也可以統一開工獲取。雖說一次性投資高些，但由于投入使用后沒有特別原因，一般不進行更換，還是使用周期越長越好，這樣綜合經濟效益還是高些。

2.2測量信號的傳遞失真

測量信號傳遞是孔板前后的差壓信號經導壓管傳遞到差壓變送器，由于結構的不同，孔板流量計不同于渦街流量計那樣直接裝在管道上，它需要進行信號傳遞。對于蒸汽流量測量而言，傳遞部分可由閥門，導壓管，冷凝器等部件組成。對于信號傳遞部件來講，應保證傳遞信號不失真。實際使用中的大部分故障，往往是信號傳遞失真引起的。差壓信號產生的傳遞失真比作為補償用的溫度和壓力信號失真影響更大，必須引起注意。冷凝器在信號傳遞中處于關鍵位置，冷凝器中的液面保持一定高度，多余的冷凝液要回流到蒸汽管道，既要保證冷凝器中蒸汽很好地冷凝，又要使冷凝液回流暢通無阻。

氣相導壓管的一次根部閥門應保證蒸汽氣相進入冷凝器，冷凝器里面多余的冷凝液回流到蒸汽管道，否則兩只冷凝器液面不能保持相平，會對差壓信號產生附加誤差。一次根部閥門盡量選用閘閥，保證壓力信號傳遞通暢無阻，減少測量誤差。

測量用的導壓管要加保溫伴熱，否則冬季不能正常工作。不管采用電伴熱還是蒸汽伴熱，一定要保證兩只導壓管受熱均等，不然會因導壓管中的液體的密度不同而產生附加差壓誤差。

作為壓力補償用的變送器一般和壓力取壓口不在同一高度上，如果變送器比取壓口低，所測出的壓力為管道中蒸汽的壓力加上導壓管中冷凝液產生的壓力，可在變送器中進行正遷移將這部分壓力遷移掉。使變送器測出的壓力為管道中實際蒸汽壓力。

2.3蒸汽密度問題產生的誤差

測量蒸汽質量流量時要根據蒸汽的密度進行計算，因蒸汽的密度計算不準確產生測量誤差。我公司蒸汽流量測量儀表中渦街流量計是用工藝車間提供的蒸汽密度值為參考值，不是實際的密度值，得出的蒸汽流量會和實際流量有誤差。選用渦街流量計時，最好選用能進行溫度和壓力補償的型號，并且安裝測溫和測壓元件取得溫度和壓力數值。我公司用的孔板式流量計測出的流量由DCS系統顯示，沒有進行溫度壓力補償。為了提高測量的準確度，必須進行溫度壓力補償。對于孔板流量計，取得差壓信號的同時，還需測得溫度和壓力信號，通過DCS中的專用軟件進行溫度和壓力補償。

2.4相關系數的影響

流出系數C和可膨脹系數ε在一定范圍內可看作常數，但是，當蒸汽的狀況偏離設計狀態時，其流出系數C和可膨脹系數ε就會發生變化，就不能視為常數。測量小流量時，隨著雷諾數變小，流出系數C將產生較大的變化。測量高壓時，則必須考慮氣體的可膨脹系數ε的影響，如果我們只補償密度變化的影響，即使實現了對密度的完全補償，其它各參數變化累加后的最大誤差仍達6%左右，其中，可膨脹系數ε引入的誤差最大。所以，要想提高儀表的測量精度，除補償密度外還應考慮整個補償方程中其它參數變化的補償問題。DCS中的蒸汽測量模塊中，不僅有密度補償方式，還有流出系數C和可膨脹系數ε的修正辦法，只要我們選用合適的流量測量模塊，就能提高蒸汽流量的測量準確度。

一般認為，蒸汽干度X較高（X≥95%）時流體可視為單相流體。溫度壓力補償可按通常方法進行。但出現一定誤差。干度越低密度越大。在蒸汽干度較低（X

3.結論

由于目前使用的流量儀表測量蒸汽，由于被測介質的特殊性，存在測量不準確的情況，我們只有對可能產生的誤差原因進行認真分析，從一次檢測元件的安裝，到閥門、導壓管、冷凝器及差壓變送器的安裝，再對蒸汽密度的溫度壓力補償和相關參數的修正，都采取適當措施加以防止可能出現的問題，才能提高蒸汽流量測量的準確度。找到一條成功的蒸汽流量測量之路。

參考文獻：

流量測量范文2

關鍵詞 脫硝反應器 煙道流量 測量 流量計

中圖分類號：U467.4+6 文獻標識碼：A 文章編號：

引言

目前國內外的大型燃煤機組，多采用選擇性催化還原法，俗稱氨氣脫硝。是把NH3作為還原劑，經噴氨格柵噴入煙道的脫硝方法。SCR(selectivecatalyticreduction)的原理，是利用氨氣與煙氣充分混合后，進入催化劑層，在催化劑的作用下，把NOx還原為N2和H2O。

在SCR工藝中，需要根據煙氣流量，計算和調節噴入煙道的NH3量，以達到脫硝效率的要求。煙氣流量一般可通過鍋爐燃料成分分析結果，以及鍋爐燃燒的空氣流量、燃料量等進行計算得出。但隨著各地環保局對脫硝重視力度的加大，個別地區環保局要求脫硝反應器入、出口煙氣流量以及NOx、O2均要上傳至環保局實時監視，因此通過計算得出煙氣量的方式無法滿足環保局要求，取而代之的是利用流量計進行反應器入、出口煙氣量的測量。

目前脫硝反應器大部分采用高塵布置，即布置在鍋爐省煤器和空預器之間，鍋爐除塵器之前。其布置位置的特殊性，決定了測量介質煙氣具有高溫、高塵、高腐蝕的特性，而設備布置的局限性，也直接導致了反應器入、出口煙道直管段較短，給流量計的正確選型帶來更大的困難。不合理的測量方式，會使得流量計使用壽命變短、導致數據失真。實際操作中，脫硝反應器入口煙道流量測量值，受不同的測量方式和流量計的影響較大。選擇合適的測量方式，可以在煙氣含塵量高、測量直管短的客觀條件下，突破儀表堵塞、磨損嚴重瓶頸，獲取精確的煙道流量數據。因此，電站鍋爐大型煙風道流速測量方式的選擇非常重要。

常用煙氣流量計的分類和性能

質量互變規律是事物聯系發展的基本規律，流量測量是研究物質量變的科學。鍋爐煙風道煙氣流量計種類很多，型式各異。筆者根據實際工作經驗，結合目前的文獻資料，按照目前最流行、最廣泛的分類法,來分別闡述各種流量計的原理、特點。

2.1分類

目前已投入使用的流量計已超過l00多種。從不同的角度出發，流量計有不同的分類方法。傳統的流量計分類方法有兩種。

2.1.1按流量計采用的測量原理進行歸納分類

①力學原理：利用伯努利定理的差壓式、轉子式；利用動量定理的沖量式、可動管式；②利用牛頓第二定律的直接質量式；③利用流體動員原理的靶式；④利用角動員定理的渦輪式；⑤利用流體振蕩原理的漩渦式、渦街式；⑥利用總靜壓力差的皮托管式以及容積式和堰、槽式等等；⑦電學原理：電磁式、差動電容式、電感式、應變電阻式等。⑧聲學原理：利用聲學原理的有超聲波式、聲學式(沖力波式)等。⑨熱學原理：利用熱學原理的有熱量式、直接顯熱式、間接量熱式等。

2.1.2按流量計的結構原理進行分類

①容積式流量計；②葉輪式流量計；③差壓式流量計(變壓降式流量計)④變面積式流量計(等壓降式流量計)；⑤動量式流量計等。

筆者根據實際工作經驗，發現人們平時對流量計分類和命名，是本著便利上口和視覺習慣，并沒有嚴格按照某種規則來劃分，而且存在很大的交叉和兼容性。本文以流量計在鍋爐煙道測量方式的不同為研究對象。選擇該測量方式中一種常見而有代表性的流量計為例，分別闡述各種流量計的特點。

2.2常見煙氣流量計的測量方式和特點

2.2.1點式煙氣流量計

2.2.1.1皮托管流量計

皮托管流量計利用差壓原理來工作，由法國H.皮托發明而得名。其結構組成主要由一個垂直在支桿上的圓筒形流量頭組成的管狀裝置。采用單點測量方式，監測煙氣的流速。

①技術性能

優點：阻力損失小; 缺點：是不能直接測出平均速度，且壓差讀數小，常要放大才讀得準確。探頭容易腐蝕，需定期檢查并涂抹防腐材料，維修能耗高。易堵塞取壓孔。測量誤差大。

②安裝要求

必須保證測量點位于穩定均勻流段，前后段有約等于管路直徑50倍長度的直管距離，最少也應在8-12倍；必須保證皮托管截面嚴格垂直于流動方向；皮托管直徑d0應小于管徑d的1/50，即d0 < (d/50)。

2.2.1.2熱式流量計

熱擴散式流量計是采用熱傳導原理測量氣體的質量流量，即放在流體中的熱源，在流體經過時，熱源本身的熱量將會損失，流體的質量流量越大，熱源損失的熱量越大。其典型傳感元件包括兩個帶熱套管保護的電阻式溫度傳感器（RTD），其中一個為參比元件，測量介質的溫度作為參比溫度；另一個為測量元件，測量流體流過加熱器帶走熱量之后的溫度。損失的熱量與流體的質量流量成函數關系，即可測量氣體的質量流量。通常熱式流量計可分為恒溫差和恒功率兩種類型。

①技術性能

優點：壓損小、響應快、靈敏度高、量程比寬；測量值為質量流量，不受被測介質溫度、壓力、密度、粘度的影響；較好的解決了煙氣含塵量高，引起的取樣管堵塞問題；克服了脫硝煙道大、煙氣流速低等流量測量的難點。缺點：點式測量，測量結果準確性稍差；探頭易腐蝕；直管段要求高；煙氣濕度對該測量方式的準確性也稍有影響。

②安裝要求：

前后直管段要求為：前10后5倍煙道直徑；熱式流量計插深應為管道內徑的1/2+管厚。

2.2.2線式煙氣流量計（勻速管）

均速管流量測量裝置是基于皮托管測速原理發展而來的一種流量傳感器。均速管流量測量裝置是由一根中空的細金屬管和兩根引壓管及管接頭組成。在其前部產生一個高壓分布區，高壓分布區的壓力略高于管道的靜壓。根據伯努利方程原理，流體流過探頭時速度加快，在探頭后部產生一個低壓分布區，低壓分布區的壓力略低于管道的靜壓。流體從探頭流過后在探頭后部產生部分真空，并在探頭的兩側出現旋渦。均速管流量測量裝置探頭在高、低壓區有按一定準則排布的多對取壓孔，使準確測平均流速成為可能，探頭能精確地檢測到由流體的平均速度所產生的平均差壓。常見的均速管有威力巴、阿牛巴、超利巴、德爾塔巴等，本文以威力巴為例進行說明。

在火力發電廠中，威力巴流量測量裝置適用于大多數風量的測量，對于風道截面積大、流速較低的風量測量，可采用多點測量求平均值的方法，消除測量偏差，達到測量目的。子彈頭截面形狀的探頭能產生精確的壓力分布，固定的流體分離點，位于探頭側后兩邊、流體分離點之前的低壓取壓孔，其開孔位置避開了雜質聚集區，在一定程度上有效的減少了堵塞。前表面粗糙處理減小流體牽引力，提高低流速時的測量精度。

圖1 威力巴測量中流體分布示意圖

①技術性能

優點：阻力損失小；結構簡單、重量輕；安裝、拆卸非常簡單；維護方便；精度高，

量程比大。缺點：探頭容易腐蝕；其次雖然對探頭低壓取樣孔的設計進行了改進，但在此高塵環境下仍不可避免的存在堵塞取壓孔的問題；探頭安裝直管段要求高，在反應器入、出口煙道處測量無法滿足直管段要求。

②安裝要求

必須保證測量點位于穩定均勻流段，前后段要求前7后5倍煙道直徑。

2.2.3面式煙氣流量計（橫截面）

自清灰面式煙氣流量計基于差壓法測量原理，采用在煙道截面多點陣列布置的方式，將多個探頭動壓側相互連接，靜壓側相互連接，動壓、靜壓側綜合后引至變送器，經溫壓補償后獲得流量值。通過增大裝置有效測量面積，確保測量的準確。另外取壓探頭中的自清灰裝置，可將流體的動能轉換為機械能，敲打管壁，防止探頭堵灰。

圖2 自清灰面式流量計測點分布示意圖

技術性能

優點：適用管型范圍廣，性能穩定好；無直管段要求，自身具有整流功能，較好解決脫硝反應器煙道無直管段的問題；測量靈敏度及準確性好；利用流體動能自動清灰，無需吹掃裝置，較好解決煙塵堵塞的問題。缺點：在大截面煙道需根據煙道尺寸多組布置，設備費用相對較高。另外安裝較其他流量計相對復雜。

安裝要求

測量裝置斜剖口正對迎風側；安裝位置直管段長度必須大于管道的當量直徑；流量計相對于待測管道中心軸線永遠垂直安裝。測量裝置中心線與管道中心線一致。

三、煙道流量計的選擇與評價

3.1流量計方式選型原則

流量計測量方式及型式的選擇是指按照不同煙風道及流速要求，從流量計的性能及企業經濟的實際情況出發，綜合地考慮測量的安全、準確和經濟性，并根據脫硝煙氣的性質及煙氣流動情況，確定測量儀表的型式和規格。

3.1.1測量方式安全可靠原則

采用可靠的測量方式。保證流量計在運行中不會發生機械強度或電氣回路故障而引起事故；其次是測量儀表無論在正常生產或故障情況下都不致影響脫硝生產系統的安全。例如，大型燃煤機組脫硝反應器入口的煙氣測量流量計，必須安裝牢固，定期維護，以確保在強腐蝕、濃煙塵氣流中不發生機構損壞。

3.1.2測量方式準確節能原則

在保證流量計安全運行的基礎上，力求根據被測介質的特點選擇合理的測量方式，提高儀表測量的準確性和經濟性。為此，流量計不僅要選用最佳的測量方式，還應該選擇合適的規格（量程），以保證滿足準確度要求。

3.1.3 測量儀表易于維護原則

根據被測介質的要求，選擇的流量計理應方便改進和維護。比如允許增加相應的輔助措施，如增加吹灰系統以防止堵塞，增加耐磨涂層以防止測量元件的磨損等。

3.2煙道測量方式（流量計型式）選擇

勤勞智慧的人們，在生產應用中總結了各種長處和不足，并積極的進行改進。隨著工業生產的需求和科技的發展，新式流量計的不斷開發并廣泛應用。傳統意義上對流量計分類和評價，已經無法準確定義新式流量計的性能。

比如中科天融（北京）科技有限公司生產的新式皮托管流量計，其組成主要由皮托管檢測頭﹑差壓變送器﹑信號采集單元、反吹控制單元等部件構成。

圖3 皮托管流速單元探頭管安裝

圖4 新式皮托管系統連接圖

測量時將皮托管流速計探頭插入管路中，并使全壓和背壓探頭中心軸線處于過流斷面中心且與流線方向一致，全壓探頭測孔正面應對來流，檢測流體總壓，并將其傳遞給差壓變送器；同時背壓探頭測孔拾取節流靜壓也將其傳遞給變送器，變送器讀取動﹑靜壓差值并將其轉換成相應的流速比例電流（4～20mA）傳送給顯示儀表或計算機進行數據處理。

新式皮托管流量計裝置自身配有內置和外置自清灰防堵裝置，徹底改變原來粉塵堵塞過濾器局限，利用皮托管反吹箱能實時清灰，其清潔功能可以同時清潔外部粉塵和內部粉塵，無需空氣吹掃，免維護。使長期、穩定、可靠的煙氣測量成為可能。

3.3維護

日常維護是保證設備長期穩定工作的前提條件，特別是大型的大型燃煤機組，應有專門的工作人員負責設備的日常維護工作。流量計的日常維護工作主要包括：流量計的巡視、檢查；更換、及時發現故障并排除等等。

小結

總之，沒有一種測量方式或流量計對各種煙道結構及煙氣流動情況都能適應的．不同的測量方式和結構，要求不同的測量操作、使用方法和使用條件。每種型式都有它特有的優缺點。因此，應在對各種測量方式和儀表特性作全面比較的基礎上，選擇適于具體的煙道結構和流量測量方式，滿足既安全可靠又經濟耐用的要求。

參考文獻

[1] 張帆,成柏春.煙道氣組成的快速測定[J].分析測試學報. 2009(03)

流量測量范文3

1　時差法流量測量原理

時差法是利用一對超聲波換能器相向交替（或同時）收發超聲波，通過觀測超聲波在介質中的順流和逆流傳播時間差來間接測量流體的流速，再通過流速來計算流量的一種間接測量方法。如圖1，順流換能器和逆流換能器分別安裝本文由收集整理在流體管的兩側并相距一定距離，管線的內直徑為d，超聲波通過的路徑長度為l。

超聲波順流傳播時間為td，逆流傳播時間為tu，超聲波的傳播方向與流體的流動方向加角為θ。由于流體流動的原因，超聲波順流傳播l長度的距離所用的時間比逆流傳播所用的時間短，其時間差可用下式表示：

其中：c是超聲波在非流動介質中的聲速，v是流體介質的流動速度，tu和td之間的差δt為

式中x是兩個換能器在管線方向上的間距，為了簡化，我們假設，流體的流速和超聲波在介質中的速度相比是個小量。即：

上式簡化為：

即，流體的速度為：

流量q可以表示為：

由此可見，時差法的測量精度主要取決于對微小時差δt的分辨率，即納秒級的時標，所以時差法的測量精度受到許多方面的制約，小流量測量精度難以保證和提高。

2　頻差法測量流量原理

頻差法超聲波流速測量是采用一種回波鳴環技術，在流體中產生兩個超聲波傳播方向不同的鳴環頻率，分別稱為順流鳴環頻率ft1和逆流鳴環頻率ft2。在靜止流體中，ft1=ft2，而在流體流動時，ft1與　ft2之間產生頻率差ft，而ft正比于流體流速。

在順流方向，超聲波的鳴環頻率ft1為

在逆流方向，超聲波的鳴環頻率ft2為

式中，c為超聲波在流體中傳播速度，稱為聲速，在流體溫度20°c時，聲速c為1482.3m/s；v為流體流速；θ為聲線與管道中心軸線之間的夾角，它與超聲波入射角有關，l為超聲波在固體和流體中的傳播距離。

則頻率差為

由以上公式可以看出，當兩個超聲波換能器安裝位置一定時，l和θ也就確定，流速v僅與δft有關，而與聲速c無關。

根據頻差法測量原理，在靜止流體中，v=0時，聲傳播鳴環頻率為ft1=ft2　=c/l=　ft0。在流體流動時，順流與逆流的鳴環頻率差正比于流體流速，被測流體流速v為

為了滿足在低流速下的流量測量精度，應使測量頻差的數目達到足夠大，頻差法可以采用鎖相倍頻技術，以使測量的頻差擴大到n倍，這相當于提高了小流量時的測量精度。

3　頻差法測量流量的實現方法

在啟動超聲波測量之前，超聲波發射和接收回路處于休眠狀態。一旦收到外部啟動信號，由內部單片機發出一個啟動脈沖，并通過同步觸發電路激活超聲波發射器產生第一次發射。發射脈沖通過流體傳播到達接收器并輸出回波信號，經回波檢測和整形后，將回波脈沖反饋回同步觸發器，以使發射器產生第二次發射，接收器接收的第二個回波脈沖再次反饋回發射端。這樣周而復始，不斷發射、接收和回波

反饋，從而在發射和接收回路上建立連續的的回波脈沖循環。

4　頻差法測量流量的技術特征

頻差法測量使用的回波鳴環技術是一種聲波反饋技術，它是在超聲波傳播路徑上，經過聲波發射→流體傳播→回波接收→再將回波反饋給發射，周而復始地建立聲脈沖循環回路，由此產生連續的回波鳴環頻率，當超聲波在順流體方向傳播時，回波鳴環頻率為f1，而在逆流體方向傳播時，回波鳴環頻率為f2，兩者之間的頻率差為δf。

在流體流動時，超聲波的傳播時間會隨著流速變化增加或減小，把這種時間變化轉換成頻率變化，通過對頻率差的測量就可以確定流體流速。這與時差法測量時間是等效的，但這兩種測量方法對流速的分辨率和測量精度確有很大不同。

（1）頻差法測量的是頻率，而測量頻差的最小單位是赫茲，這在頻率測量中很容易實現。而時差法測量時差的最小單位是皮秒，要保證1ps的測量精度，在時間測量技術中很難實現。

（2）在流體流速相同的情況下，頻率法測量的δf值要遠高于時差法測量的δt值，所以頻率法測量流速的分辨率要遠高于時差法。

（3）因為頻差法采用成熟的鎖相倍頻技術，要想提高小流速下的測量精度很容易實現，這是頻差法的一大技術特征。而時差法只能依靠的提高時標精度已經到了極限，很難再提高。

流量測量范文4

Abstract： This paper systematically introduces the technology and policy background of flow measurement in the automatic monitoring of the pollution source in the thermal power plant， expounds the work principle of matrix flowmeter， and combining with the flow monitoring renovation project， analyzes and convinces the technical characteristics， advantages and application effect. Through the example comparison， it is found that the flow monitoring method with matrix measurement has obvious advantages compared with the traditional measurement method， whose flow monitoring results are accurate， representative and have a strong trend.

關鍵詞： 火電廠；CEMS（煙氣排放連續監測系統）；流量測量；矩陣式流量計

Key words： thermal power plant；CEMS （continuous emission monitoring system）；flow measurement；matrix flowmeter

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）05-0122-03

0 引言

我國火電廠數量眾多，污染物排放量巨大。目前，全國共1361家火電廠（包括自備電廠），共計4276臺機組。火電廠在全國均有分布，其中占比居于全國前八的省份共占 56.5%，詳見表1。根據“十二五”環境統計業務系統[1]，2015年火電廠煙塵、二氧化硫以及氮氧化物的排放量分別是381.7萬噸、660.7萬噸和646.5萬噸，占當年廢氣污染物總排放量的比例依次為 22.5%、38.9%和 38.1%。

煙氣污染物排放量以濃度與流量的乘積計，煙氣濃度測量技術目前已十分成熟，而煙氣流量監測還存在一些問題[2]。《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》[3]（HJ/T 75-2007）等對CEMS采樣斷面位置有明確的限制：對于流速的測定，要求盡可能避開彎頭、斷面等急劇變化的部位，并與這些部位的距離滿足“前四后二”的要求[4]。實際生產中，受制于場地、經濟性等因素，煙道普遍較短，且多變徑、彎頭，流速流量監測存在如下問題：煙氣高溫、高濕、高塵，內部流場紊亂，加之煙氣、強振動，含酸、含漿液，環境較為惡劣，傳統點測量及線測量式流量測量方法的效果較差[5]。

1 煙氣流量自動監控政策背景

煙氣流量自動監控數據的準確性直接關系到污染源自動監測數據的有效性，是國家污染源排放監管的重要依據。國務院辦公廳[6]《關于轉發環保部“十二五”主要污染物總量減排考核辦法的通知》（[2013]4號）要求污染源自動監控數據傳輸有效率達到75%，對考核結果未通過的，實行“一票否決”。其中，數據傳輸有效率為數據傳輸率和數據有效率的乘積，要保證總體的數據有效性，就要重點解決煙氣流量自動監控數據這一傳統薄弱環節。

新形勢下，十三五環保費改稅啟動，以污染物自動監控排放量數據作為計稅依據，可提高執法效力，對CEMS流速測量的準確性提出了更高的監管和技術要求。由于火電廠煙氣流量一直以來主要以傳統點測量、線測量形式為主，監測數據準確性差、代表性弱等突出問題長期存在，而矩陣式流量計在實際應用中可有效解決以上問題，引起國家層面關注，環保部[7]《關于加強“十二五”主要污染物量減排監測體系建設運行情況考核工工作的通知》（環發[2013]98號）文件要求，對普遍存在的煙氣流速（流量）測量不準等問題應按技術規范要求調整采樣點位，不具備調整條件的，換裝矩陣式流速儀等新型設備。江蘇省作為全國火電機組最多的省份，也是全國范圍內較早試點安裝矩陣式流速儀的省份，試點開始以來，收效良好，目前CEMS煙氣流量測量規范性改進工作正有序推進，污染源自動監控數據有效性穩中有升。

2 煙氣流量自動監控技術介紹

2.1 火電廠煙氣流量自動監控技術要求

火電廠煙氣流量監測點位通常都設置在矩形煙道上。《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》（HJ/T 75-2007）、《固定污染源排放煙氣連續監測系統技術要求及檢測方法》（HJ/T 76-2007）、《固定污染源排氣中顆粒物測定與其態污染物采樣方法》[8]（GB/T 16157-1996）對煙氣流速流量測量采樣點位和數目做出了明確規定。

為保證采樣位置斷面流場均勻、穩定，規范要求，采樣位置應優先選擇在垂直管段，應避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位，采樣位置應設置在距彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于4倍直徑（或當量直徑）和距上述部件上游方向不小于2倍直徑（或當量直徑）處，此即采樣位置選擇的“前四后二”原則，如圖1所示。

為保證采樣點處測得的煙氣流速具備代表性、準確性，規范要求將煙道截面分成適當數量的等面積小塊，各塊中心即為測點取樣位置，如圖2所示。

此外，煙道內的煙氣高溫、高濕、高塵，強振動，含酸、含漿液，環境較為惡劣，監測設備的防磨、防堵、防腐蝕性能必須滿足長期穩定運行的要求。

2.2 現有流量自動監控技術現狀

流速測量儀器很多，但適用于燃煤電廠煙道高溫、高濕、含塵等惡劣環境的測量儀器并不多，主要有[9]皮托管流量計、巴類流量計、熱平衡流量計、超聲波流量計及矩陣式流量計等。表2給出了這幾種類型的流量計的技術特點對比。

3 矩陣式流量測量應用

3.1 矩陣式流量測量原理

矩陣式流量計基于壓差法流速（量）測量原理[10]。測量裝置安裝在煙道內，當煙道內內有煙氣流動時，迎風面受氣流沖擊。在此處氣流的動能轉換成壓力，因而迎面管內壓力較高，其壓力稱為“全壓”；背風側由于不受氣流沖壓，管內的壓力為風管內的靜壓力，其壓力稱為“靜壓”。全壓和靜壓之差稱為差壓，其大小與管內風速（量）有關，風速（量）越大，差壓越大；風速（量）小，差壓也小。因此，只有測量出差壓的大小，再找出差壓與風速（量）的對應關系，才能正確地測出管內風速（量）。

矩陣式流量計布點原理及結構示意圖如圖3所示。

實際煙道型式多樣，且多尺寸巨大，測點前后直管段長度無法滿足“前四后二”的采樣要求，煙道內流場分布不均勻，單點流速無法準確代表整個煙道截面的平均流速，為準確測量煙氣風量，在大風道截面上采用等截面多點測量流速[12，13]，將許多個測點等截面有機地組裝在一起，正壓側與正壓側相連，負壓側與負壓側相連，正、負壓側各引出一根總的引壓管，分別與差壓變送器的正、負端相連，測得截面的平均速度，然后計算出風量。

實際工程應用中，流量測點的布點原則嚴格遵循GB/T 16157-1996布點要求，并結合具體鍋爐及煙道型式、生產工況，通過模擬計算予以調整、優化。

3.2 應用實例分析

2015年，由于原有的點式流速儀存在煙氣流量與鍋爐入口風量差額較大、與機組負荷相比趨勢性差的現象，南京某電廠對其300MW機組脫硫凈煙氣煙道流量監測系統進行了升級改造，安裝了矩陣式流量計，圖4，圖5分別為改造前后機組負荷與煙氣流量的月度小時數據監控曲線（相關數據來源于江蘇省電力企業鍋爐煙氣在線監控系統）。

由圖4可知，2015年3月，機組負荷基本在210MW與300MW范圍內、250MW上下浮動，但是相對于負荷的變化，煙氣流量無明顯變化，變化趨勢未能與負荷的變化趨勢保持跟隨性、一致性。此外，在月初、月中，出現兩次負荷下降但煙氣流量不降反升的“反趨勢”現象，嚴重背離實際生產工況。

2016年3月，機組負荷大體上較為平穩，基本在250MW與270MW范圍內浮動，但也經歷過兩次負荷拉升至290MW左右又迅速回落至正常水平的過程。由圖5可見，當負荷較為穩定時，煙氣流量跟隨負荷變化趨勢，也較為平穩的在一定范圍內波動；當負荷發生較大拉升、回落時，流量靈敏跟隨隨著負荷變化的趨勢而變化，較為真實的反映了機組運行及煙氣流量的實際情況。

表3給出了該機組在改造前后機組負荷與鍋爐送風量、煙氣排放量的月度統計數據。由表3可見，兩個月機組總負荷大體一致，生產工況較為接近，具備可比性。由于脫硫、脫硝等工藝環節有少量新風送入，凈煙氣煙道煙氣量總體上要大于鍋爐送風量，但在流量測量改造之前，凈煙氣監測月總排放量及MW負荷均排放量均大幅低于鍋爐送風水平，出現了“倒掛”現象；該問題在改造之后得到解決，監測數據顯示，凈煙氣監測月總排放量及MW負荷均排放量均接近于鍋爐送風水平，但在其基準水平上略有增加，真實反映了實際工況。

結合以上分析可知，傳統點測量式流量監測方法存在趨勢性差、總量不準確等突出問題，而矩陣式面測量方法有效解決了這些問題，流量監測結果真實、準確、趨勢性強，作為排污計量的依據，真實、客觀、相對準確。

4 結論與展望

結合國家節能減排政策與污染源自動監控的實際工作，對火電廠污染源自動監控工作中流量測量問題的技術、政策背景做了系統介紹，闡述了矩陣式流量計的工作原理，并結合流量監測改造項目的應用實例，對其技術特點、優勢及應用效果進行了分析、論證。通過實例對比發現，矩陣式面測量流量監測方法較傳統測量方法有明顯優勢，流量監測結果相對準確、代表性好、趨勢性強。

建議將矩陣式面測量流量監測方法寫入相關國家標準，并規范相關技術產品的認證和準入，促使該項技術的良性推廣和應用，完善現有污染源自動監控煙氣流量測量技術，以提高CEMS自動監控數據的準確性和可用度。

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流量測量范文5

關鍵詞：泵管流量測定

Abstract: in order to quickly and accurately measuring methods, this paper will put forward the calculation method, through the real data on the formula of parameter calibration, is drawn into a water supply and distribution form, the use, very convenient to use.

Key words: pump, flow, determination

中圖分類號：O348.3文獻標識碼：A 文章編號：

揚水是農業灌溉的重要組成部分，在山區渠灌中由于受地形的影響小型泵站、臨時抽水點數量多、分布廣是其主要特點。到目前為止對這些抽水點還沒有統一的計量標準和簡便的測量辦法，成為影響灌區水正常運行調度的一個主要難題，阻礙了以費配水、計劃用水的實現，因此，需要快速準確的計量方法以迫在眉睫，本文將提出的計算方法，通過實數據對公式參數的率定，繪制成表格，供配水人員使用，非常方便使用。

（一）、公式推導：

一般泵管尺寸較小，且管道較順直，因此水在管道中的流速分布僅采用SBG模型中的準函數描述即可，并假定周邊流速分布對稱，因此得流速分布公式為：

V=P(Ln+(1－L)n－1) （1）

將式（1）中的坐標換算成為以管中心為零點的極坐標關系。即：將L=0.5－r/2代入（1）式得：

v=p((0.5-r/2)n+(0.5+r/2)n-1) (2)

其中：r為相對極半徑(0—1)，零點在管中心。

流量微分方程為：

dQ=V2πRrd(Rr)

=2πR2Vrdr

=2πR2P((0.5－r/2)n+(0.5+r/2)n－1)rdr

其中:R為園管半徑（絕對值）；

Rr為園管絕對極坐標值。

對上式進行積分得：

=(4(n+0.5n)/(n+1)(n+2)-1)pπR2

（二）、在園管測水中的應用：

1、測量方法

⑴將流速儀固定在管口中心測出管口心中點流速；

⑵距管口周邊（距管邊流速儀應能正常運轉）等距離均勻測出幾個點或水平方向測1個點的點流速，取其平均值作為一個計算點。

2、流量計算

a，根據式（2）式應用上述兩個已知點求解p和n。

b，利用式（3）式求出泵管流量。

（三）、射流法計算泵管流量

灌區臨時揚水站眾多，每臺泵都用流速儀測定費工費時，加之大量計算工作，施實困難。可根據泵管出水射程計算流量，并繪制成表格供配水人員查用，是十分方便的流量計量辦法。

1、射流公式的導出：

如圖（1）所示：

管口出射角為θ；射程為L；射差為H；管出口中心流速為V0；射時t=t1+t2，管口上沿到最高射高為H′。

管出口中心流速V0的水平分量Vx為：

Vx=cosθּV0

圖（1）

管出口中心流速V0的垂直分量Vy為：

Vy=sinθּV0

射流達最高點的時間t1為

t1=Vy/g = sinθּV0/g

射高H′為：

H′= sinθּV0t1－gh2/2 = sin2θV02/2g

設從最高點到落點時間t2為：

t2=[2(H+H )/g]0.5

射程L為：

L = Vxt = Vx(t1+t2)

=cosθּV0 (sinθV0/g+(2H/g+sin2θV02/g2)0.5)

(2Hg+ sin2θּV02 /2)0.5 =gL/cosθV0－sinθּV0

兩邊同平方解得：

V0 = L(g/2(Hcos2θ+Lcosθsinθ))0.5（4）

其中：g為重力加速度，取9.81米/秒2。

射流系數ф為：

фi=V0i/Vi（5）

其中：i為被測泵管號：

V0i用（4）計算得到第i管中心流速；

Vi為用儀器實測第i管中心流速。

通過實測得下表：

揚水站流速系數表

通過上表可知ф與管徑D有下圖的函數關系：

取函數表達式為：

ф = CDn（6）

其中：C為待定常數；D為管徑；n為待定指數。

圖 （2）

將（6）式兩邊同取對數得方差表達式：

令dG/dLnc與dG/dn同時為零得：

（7）

利用上表實測數據通過（7）式解得：c=2.2209，n=0.4186

利用上表實測數據通過（7）式去掉胡家莊一個大值點解得：c=2.077；n=0.369，因此（6）式可寫得：

ф=2.077D0.369（6’）

由（4）、（5）、（6）式可得泵管出水口流速V0（（5）式中的vi）為：

V0=1.0663L/D0.369/(H cos2θ+L cosθ sinθ)0.5（8）

由（2）式設r=0解得：

P=V0/(2×0.5n－1)（9）

將（9）式代入（3）式得水泵流量公式：

Q=NπR2V0 （10）

其中：N=(4(n+0.5n)/(n+1)(n+2)－1) /(2×0.5n－1)

鑄鐵、水泥管取n=0.113,N=0.95;

塑料管取n=0.02,N=0.98。

R為管出口半徑（米）；

V0為（8）計算管出口流速（米/秒）；

流量Q的單位為米3/秒。

繪制表格時可取θ為零，即將泵管放水平測H和L，式（6）變為：

V0=1.0663L/D0.369/H0.5 （8’）

將（8’）代入（10）式得：

Q=0.8375ND1.631L/H0.5

Q=PLD1.631/H0.5（10’）

其中：流量系數P=0.8375N；

鑄鐵、水泥管取P=0.754；

膠管取P=0.796；

流量測量范文6

關鍵詞：紙漿流量；軟測量；稀疏分解

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）01-0103-03

The Pulp Flow Soft Measurement Based on Sparse Decomposition

WU Yi 1，ZHOU Qiang 1， WU Wen-jun2

（1. School of Electrical and Information Engineering， Shaanxi University of Science and Technology， Xi'an 710021， China；2. Shaanxi Yanchang Petroleum Mining Industry Co.， Ltd， Yulin 719139， China）

Abstract： For the pulp flow measurement equipment cost is high， the measuring conditions demanding and low accuracy of measurement problem， put forward new pulp flow soft measurement method based on sparse decomposition. Using the sparse decomposition technology， based on the characteristics of the pulp concentration inherent noise， adaptive to establish a complete atom library， with a complete library and best atoms to sparse representation of the pulp concentration inherent noise， it is concluded that the pulp flow value. Experimental results show the feasibility of this method， real-time and accuracy.

Key words：paper pulp flow； soft measurement； sparse decomposition

紙漿流量是當前被檢測最頻繁的物理量，它的實時、精確測量不僅是控制流量的先決條件，而且對于提高洗漿、打配漿，保障紙張產品的質量等都非常重要。

目前測量紙漿流量使用最多的是電磁流量計[1]，它測量精度低，對管道清潔程度、安裝精度要求過高等都限制了使用范圍。數字圖像技術（DIT）、核磁共振（NMR） 等也在研究中。但因測量對象、實時性等限制，均不滿足流量測量新要求。

當前紙漿濃度測量技術成熟，研究發現，紙漿濃度信號中含流量信息。因此通過對紙漿濃度信號分析，意欲分離、提取出有用信息。目前流量軟測量有基于WVD和小波變換的，但由于紙漿種類較多，這些方法的魯棒性與穩定性較差，未能達到預期效果。

基于此提出基于稀疏分解的紙漿流量軟測量，構建過完備原子庫，利用軟測量得出紙漿流量值。仿真實驗證明了方法的可行性。

1 紙漿流量軟測量機理

1.1 紙漿濃度信號模型

下式是紙漿濃度信號的構成：

[c（t）=d（t）+h（t）+α?h（t）?β（t）] （1）

式中：[c（t）]――紙漿濃度信號；

[d（t）]――紙漿濃度趨勢項（低頻成分）；

[β（t）]――紙漿濃度量測噪聲；

[h（t）]――紙漿濃度固有噪聲；

[β（t）?h（t）]――紙漿濃度信號中的乘性噪聲；

對于紙漿濃度信號，一般會濾除量測噪聲[β（t）]和固有噪聲[h（t）]，保留紙漿濃度趨勢項[d（t）]作為紙漿濃度均值。研究表明：以加性、乘性噪聲形式存在的紙漿濃度固有噪聲含有流量信息。所以希望通過研究紙漿濃度信號的結構特征，將有用信息分離、提取出來，供后續使用。

1.2 紙漿濃度信號的多普勒特性

紙漿濃度固有噪聲信號一般具有高斯性、多普勒性（流速-頻率特性）等性質[2]。由于流量信息包含在紙漿濃度固有噪聲信號中，所以很有必要對紙漿濃度固有噪聲的多普勒性進行研究。

公式（1）中[d（t）]只包含直流成分，功率譜集中在低頻段，量測噪聲[β（t）]的頻率和紙漿流速無關系，二者均不能表現出多普勒性；紙漿濃度固有噪聲[h（t）]的起伏波動代表紙漿纖維分布的不均勻，明顯表現出多普勒性，頻率同幅度增減。通過公式（2）表示：

[v1f1=v2f2] （2）

式中：

[v1]、[v2]――紙漿流速/m/s；

[f1]、[f2]――紙漿濃度信號中固有噪聲的平均頻率/Hz。

由于平均頻率[f]位于峰值附近，且[fmax]和[f]二者比值恒定，而在時頻分析中通過尋優獲得[fmax]較為簡單，即公式（2）可以進一步表示為：

[v1v2=f1maxf2max≈f1f2] （3）

1.3 基于紙漿濃度噪聲分析的紙漿流量軟測量原理

目前測量紙漿流量的主流設備是電磁流量計，測量精度較低、價格偏高，國內技術和國際水平相差甚遠。而紙漿濃度測量技術發展成熟以及紙漿濃度固有噪聲信號具有多普勒性，使得借助紙漿濃度值計算出紙漿流量的軟測量思想具有理論上的可行性。

將公式（3）進一步推導得公式（4）

[v2=v1 f1maxf2max] （4）

對紙漿流速進行標定，當V1=0.36m/s，通過紙漿濃度固有噪聲功率譜圖得到[f1max]的值，進而代入公式（4），計算出[v1 f1max=Μ]，將[Μ]再代回公式（4），得到最終的軟測量計算公式（5）。

[v2=Μf2max] （5）

利用公式（5），通過對紙漿濃度噪聲的分析得出紙漿流速值，進而得出流量值。

2 基于稀疏分解的紙漿流量軟測量

2.1 紙漿濃度固有噪聲的數學模型

紙漿濃度固有噪聲具有多普勒性，即應重點研究。由公式（1），紙漿濃度固有噪聲以加性和乘性噪聲存在紙漿濃度信號中，需進行信噪、噪噪分離。

通過研究紙漿濃度固有噪聲可用公式（6）表示：

[h（t）=Ah（t+i=1nTi）+β（t）] （6）

式中：

[h（t）]――周期函數，[h（t）=h（t+Ti）]；

、――具有恒定數學期望的隨機變量，且=1、常量正是[h（t）]的周期；

[β（t）]――高斯白噪聲，[Eβ（t）=0]；

顯然噪聲中存在周期信息，通過測量時間間隔就能得到周期信息。計算公式如（7）：

（7）

式中：

、――待測濃度噪聲信號的頻率均值；

、――濃度噪聲原子周期、的均值。

通過對重復測量和運算，測得許多并進行上述運算，再通過參數標定就可得到流量的精確值。

2.2 基于稀疏分解的流量軟測量算法的原理

由于紙漿種類的多樣性、造紙生產工藝、紙漿流量計的不同，造成了紙漿濃度噪聲的多樣性、奇異性和時變性，同時量測噪聲和固有噪聲間的非線性耦合關系，都使得小波變換、維格納-威利[3]等分析方法也難以保證對紙漿濃度噪聲中速度信息分析效果的魯棒性和有效性。

稀疏表示意欲用盡可能少的非零系數來表示信號的主要信息，簡化問題求解過程。因此根據稀疏分解技術，利用具有尺度特性的稀疏原子[4][5]從復雜的紙漿濃度信號中準確獲取紙漿流速信息。軟測量算法的原理圖如圖1：

圖1 基于系稀疏分解的紙漿流量軟測量算法原理圖

計算過程為：

1）利用建立好的稀疏原子庫，該原子庫由多種小波及復指數函數組成且具有尺度特性的母小波組成集合，

= （8）

其中=1、2、…分別代表復指數函數及、Mexican Hat、Meyer等不同種類的母小波，代表小波的尺度。是二維參數的集合。

2）利用原子庫中的原子（=1、2、…），對于濃度信號使用式（9）

（9）

3）獲得最佳的原子hmax（a，b），使用原子對進行時頻分析，得到公式（10）

（10）

4）獲得原子hmax（a，b）的時-頻譜，根據表現出的原子周期和（見圖1所示），與流速的關系，即稀疏分解下表現出的多普勒效應

（11）

對穩定的紙漿流速和進行標定（），有

（12）

5）則根據稀疏分解的原子周期就可以計算出當前的紙漿流速。

2.3 基于稀疏分解的流量軟測量實現

在工業現場采集紙漿流速穩定與不穩定多種情況下對應的紙漿濃度值與紙漿流量值，學習構建稀疏字典[6]，形成過完備原子庫，通過算法評價標準選出最佳原子來表示。利用紙漿濃度固有噪聲信號的多普勒性，計算出紙漿流量值。

紙漿濃度固有噪聲信號稀疏分解的步驟為：

1）首先分析紙漿濃度噪聲信號的特性，然后選取恰當的原子庫，symlets、Morlet、Mexican Hat、Meyer等不同種類的母小波使原子庫中原子的特性與紙漿濃度固有噪聲信號的特性最相近；

2）確定稀疏分解的逼近誤差[ε]，也是迭代循環運算停止的門限條件[7]；

3）將原信號與過完備原子庫中的原子進行匹配運算，得到最佳原子并保存；

4）將最佳原子和原信號匹配后的信號殘余與門限值進行比較，若殘余值大于[ε]，則繼續進行步驟3），反之則進行步驟5）；

5）將紙漿濃度噪聲信號表示成最佳原子的線性表示；

6）迭代結束，保存數據。

經過以上步驟，即可對紙漿濃度固有噪聲信號進行稀疏分解，得到稀疏表達。

3 實驗效果

采集硬雜木漿、桉木漿兩種紙漿，硬雜木漿與桉木漿相比，纖維平均長度、細小纖維含量大于桉木漿。抗張強度、耐破強度沒有桉木漿好[8]。圖2（a）、圖3（a）是對應的濃度曲線圖。進行稀疏分解，分別利用symlets與Mexican Hat作為最佳原子對紙漿濃度信號進行時頻分析，頻譜見圖2（b）和圖3（b），根據2.2的軟測量方法獲得 的紙漿流量軟測量值見圖圖2（c）和圖3（c）。

（a） 紙漿濃度（硬雜木漿）流速[v1]=0.22ms-1時的噪聲曲線

（b） 紙漿濃度噪聲基于symlets原子的稀疏分解

（c） 根據濃度噪聲稀疏分解獲得的紙漿流量

圖2 紙漿（硬雜木漿）濃度噪聲及其基于symlets

原子的稀疏分解

（a） 紙漿濃度（桉木漿）[v2]=0.41m/s時的噪聲曲線

（b） 紙漿濃度噪聲基于Mexican Hat原子的稀疏分解

（c） 根據濃度噪聲稀疏分解獲得的紙漿流量

圖3 紙漿濃度噪聲及其基于Mexican Hat原子的稀疏分解得到的紙漿流量

通過與真實值比較，兩種紙漿的測量精度分別可達到0.40%和0.35%，高于電磁流量計的測量結果。

4 結束語

通過研究紙漿濃度信號得出紙漿濃度固有噪聲的多普勒性，利用稀疏分解過完備原子庫的自適應性和過完備性，與最優原子的稀疏性將紙漿濃度固有噪聲進行稀疏表示。結合軟測量公式，得出紙漿流量值。保證實時性與測量精度的同時，極大的降低了設備成本。不失為日后研究中，還需不斷提高稀疏分解的自適應性和降低其計算復雜度，讓稀疏分解在工業領域得到更多的應用。

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