本發(fā)明屬于標(biāo)準(zhǔn)計量領(lǐng)域。特別涉及一種高壓密閉系統(tǒng)流體介質(zhì)的靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)稱重裝置及方法。

背景技術(shù)：

對于保持生產(chǎn)工藝要求的介質(zhì)相態(tài)，需要依賴于高壓密閉環(huán)境的系統(tǒng)中，流體介質(zhì)的精確質(zhì)量檢測占據(jù)重要的地位；由于某些流體介質(zhì)特有的物理性質(zhì)，使其相態(tài)極容易發(fā)生顯著的變化，導(dǎo)致流體在傳輸管道中呈現(xiàn)復(fù)雜的流動形式，使得流體質(zhì)量的精確測量面臨諸多挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的基于標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量法的液體靜態(tài)稱重標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)主要是由穩(wěn)壓液體源、管路試驗段、被檢流量計、電子秤、換向器、稱重容器和計時器等組成，并且通常是在常溫常壓狀態(tài)下進(jìn)行標(biāo)定和計量。但是對于某些氣體、液體或者氣液兩相混合流體，只有在高壓密閉條件下才能保持其正確相態(tài)，如：co2、天然氣、氮氣等。用于這些流體的標(biāo)準(zhǔn)稱重裝置必須是高壓封閉的系統(tǒng)，現(xiàn)有的基于標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量法的液體標(biāo)準(zhǔn)稱重裝置無法滿足該要求。因此，迫切需要建立一套流體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，在高壓密閉條件下完成普通流量計的校準(zhǔn)和流體質(zhì)量的精確計量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高壓密閉系統(tǒng)流體介質(zhì)的靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量稱重裝置及方法；其特征在于，所述高壓密閉系統(tǒng)流體介質(zhì)的靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)稱重裝置由存儲容器、上下手閥、封閉管道、循環(huán)泵、空壓機(jī)、被檢流量計、壓力變送器、溫度變送器、穩(wěn)壓裝置、稱重容器、電子秤、出口手閥和出口快速接頭組成；其中存儲容器通過上下手閥分別通過液體管道與氣體管道與循環(huán)泵和空壓機(jī)連接，循環(huán)泵和空壓機(jī)與被檢流量計連接，被檢流量計通過混合流體管道與三通換向閥入口a連接，三通換向閥直通出口b通過直通管道的分叉點g分別與直通蓄能器16和直通壓力控制閥15連接，直通壓力控制閥15與存儲容器1連接；三通換向閥旁通出口c分別與壓力變送器9、溫度變送器10和入口快速接頭13連接，入口快速接頭13通過旁通管道的分叉點d分別與旁通蓄能器18和旁通壓力控制閥17連接，其中，入口快速接頭為耐高壓氣動自鎖式接頭，通過旁通管道的分叉點d分叉后，使該接頭能夠消除軟管硬化產(chǎn)生的附加力；旁通壓力控制閥17與稱重容器19連接；旁通蓄能器18和稱重容器19同時置于電子稱22上；稱重容器19的出口手閥20通過出口快速接頭21與下手閥2.2和循環(huán)泵5的連接節(jié)點連接。

所述入口快速接頭和出口快速接頭均由陰接頭和陽接頭組成；其入口快速接頭13由入口快速接頭陰接頭12與入口快速接頭陽接頭14組成。

所述穩(wěn)壓裝置由三通換向閥11、入口快速接頭13、旁通蓄能器18、直通蓄能器16、旁通壓力控制閥17、直通壓力控制閥15組成；其中所述入口快速接頭連接在三通換向閥與旁通壓力控制閥之間，通過接頭的快速連通和自鎖，起到消除軟管硬化產(chǎn)生的附加力影響稱重精度的作用；所述穩(wěn)壓裝置各部件間的連接距離應(yīng)盡量縮短，以便更好地發(fā)揮蓄能器的穩(wěn)壓功能。

所述三通換向閥與入口快速接頭的陰接頭之間用豎直不銹鋼管連接，以確保此段不會存留液態(tài)流體介質(zhì)，只存留氣態(tài)流體介質(zhì)，提高稱重精度。

所述蓄能器為氣囊式，當(dāng)三通換向閥突然換向，使高壓密閉管道內(nèi)的流體產(chǎn)生壓力突變和流量突變時，蓄能器用于穩(wěn)定壓力，平穩(wěn)流體介質(zhì)波動，減弱突變對標(biāo)準(zhǔn)稱重過程帶來的影響。

所述壓力變送器和溫度變送器，安裝于穩(wěn)壓裝置中的三通換向閥旁通管道上，用于檢測三通換向閥與入口快速接頭之間管段氣體介質(zhì)的實時壓力和溫度值，再根據(jù)壓力和溫度與氣體介質(zhì)密度的關(guān)系，計算出氣體密度；根據(jù)該管段已知的管道內(nèi)徑和高度，求出管段內(nèi)氣體介質(zhì)的體積，由此可以得到該段管道內(nèi)殘存氣體介質(zhì)的質(zhì)量，作為標(biāo)準(zhǔn)計量結(jié)果的質(zhì)量修正值。

一種高壓密閉系統(tǒng)流體介質(zhì)的靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量稱重裝置的靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量稱重方法如下：

第一步，稱重未開始，三通換向閥保持直通狀態(tài)，斷開稱重容器的入口快速接頭和出口快速接頭，記錄電子秤的初始值；

第二步，稱重準(zhǔn)備計時開始，通過該步讓待稱重流體介質(zhì)流入稱重通道；首先將入口快速接頭連通，然后三通換向閥切向與旁通管道連接c口，啟動計時器開始計時，此時由于三通換向閥突然換向，導(dǎo)致三通換向閥閥門入口a和三通換向閥閥門的旁通出口c之間的壓差突然增大，因此主管路的流量出現(xiàn)突變，致使主管路流體介質(zhì)不穩(wěn)定；為了緩釋三通換向閥換向給稱重系統(tǒng)和流體介質(zhì)帶來的連鎖影響，此時穩(wěn)壓裝置開始工作，流體介質(zhì)經(jīng)三通換向閥換向后流入旁路，由于壓力差的作用，流體介質(zhì)首先從旁通管道的分叉點d流入旁通蓄能器中，用于緩釋管道中的壓力和流量突變；當(dāng)蓄能器中的流體介質(zhì)壓力到達(dá)一定的壓力限后，并大于旁通壓力控制閥的壓力設(shè)定上限時，流體介質(zhì)從旁通蓄能器中流出，經(jīng)過旁通壓力控制閥，流入稱重容器中，等待電子稱啟動；

第三步，稱重準(zhǔn)備計時結(jié)束，結(jié)束流體介質(zhì)向稱重通道流入；三通換向閥切向直通出口b，入口快速接頭仍處于連通狀態(tài)，同時結(jié)束計時器的計時，此時三通換向閥仍是突然換向，導(dǎo)致三通換向閥入口a和三通換向閥直通出口b之間的壓差突然增大，主管路的流量仍然出現(xiàn)突變，此時穩(wěn)壓裝置開始工作，流體介質(zhì)經(jīng)三通換向閥直通出口b流出后，由于壓力差的作用，流體首先從直通管道的分叉點g流入直通蓄能器進(jìn)行壓力緩釋和平穩(wěn)流量的脈動，當(dāng)直通蓄能器中的流體壓力到達(dá)一定的壓力限后，并且高于直通壓力控制閥的壓力時，流體介質(zhì)從直通蓄能器中流出，經(jīng)過直通壓力控制閥，流入存儲容器中，進(jìn)入主管路循環(huán)；

第四步，稱重開始，三通換向閥仍處于直通，此時切斷入口快速接頭，電子稱開始稱重；

第五步，稱重結(jié)束，電子稱開始讀取所稱質(zhì)量，三通換向閥仍處于直通，此時入口快速接頭重新連通，準(zhǔn)備下次稱重；

第六步，排空稱重容器，連通稱重容器下方的出口手閥和出口快速接頭，使稱重容器中的流體介質(zhì)流入主循環(huán)管道，電子稱稱重過程結(jié)束。

所述流體介質(zhì)既適用于單相液體介質(zhì)，又適用于氣液兩相流體介質(zhì)。當(dāng)裝置用于氣液兩相流體介質(zhì)的稱重和流量計檢定時，存儲容器同時具備分離氣液兩相介質(zhì)的作用，此時在存儲容器上方增設(shè)一路氣體介質(zhì)的流通管道，該管道在被檢流量計前與主管道合并，合并后管道中的兩相流體介質(zhì)，進(jìn)入主管路循環(huán)。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明針對高壓密閉系統(tǒng)中流體介質(zhì)難以精確稱重和檢定流量計的特點，設(shè)計了帶有穩(wěn)壓裝置的標(biāo)準(zhǔn)稱重裝置，該裝置能夠在高壓密閉條件下進(jìn)行普通流量計的校準(zhǔn)和流體質(zhì)量的精確計量。由于穩(wěn)壓裝置的存在，使三通換向閥突然換向后，標(biāo)準(zhǔn)稱重裝置的壓力和流量突變能夠快速重新趨于穩(wěn)定，保護(hù)了整套稱重裝置和儀表裝置的安全，確保了稱重的效果和準(zhǔn)確度。該裝置可靠性高，尤其適用于管道內(nèi)壓力較高且易發(fā)生相變的流體介質(zhì)，為高壓密閉流體的標(biāo)準(zhǔn)稱重和流量計的校驗提供了一種新的方法，具有較高的理論研究價值和現(xiàn)實應(yīng)用意義。

附圖說明

圖1為標(biāo)準(zhǔn)稱重裝置結(jié)構(gòu)組成框圖。

圖2為高壓密閉系統(tǒng)流體介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)稱重系統(tǒng)工藝圖；

圖中：1.存儲容器/分離罐；2.1上手閥；2.2下手閥；3.液體管道；4.氣體管道；5.循環(huán)泵；6.空壓機(jī)；7.被檢流量計；8.混合流體管道；9.壓力變送器；10.溫度變送器；11.三通換向閥；12.入口快速接頭陰接頭；13.入口快速接頭；14.入口快速接頭陽接頭；15.直通壓力控制閥；16.直通蓄能器；17.旁通壓力控制閥；18.旁通蓄能器；19.稱重容器；20.出口手閥；21.出口快速接頭；22.電子稱。a—三通換向閥入口；b—三通換向閥直通出口；c—三通換向閥旁通出口；d—旁通管道分叉點；g—直通管道分叉點；

圖3為智能儀表信號處理裝置組成框圖。

圖中：23.計時器；24.pci板卡；25.pc機(jī)

圖4為標(biāo)準(zhǔn)稱重系統(tǒng)的穩(wěn)壓稱重流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種高壓密閉系統(tǒng)流體介質(zhì)的靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量稱重裝置及方法；下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1、圖2所示為高壓密閉系統(tǒng)流體介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)稱重裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，所述高壓密閉系統(tǒng)流體介質(zhì)的靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)稱重裝置由存儲容器、上下手閥、封閉管道、循環(huán)泵、空壓機(jī)、被檢流量計、壓力變送器、溫度變送器、穩(wěn)壓裝置、稱重容器、電子秤、出口手閥和出口快速接頭組成；其中存儲容器1通過上手閥2.1、液體管道3與循環(huán)泵5連接；下手閥2.2、氣體管道4與空壓機(jī)6連接；循環(huán)泵5和空壓機(jī)6共同與被檢流量計7連接，被檢流量計7通過混合流體管道8與三通換向閥11的入口a連接，三通換向閥直通出口b通過直通管道的分叉點g分別與直通蓄能器16和直通壓力控制閥15連接，直通壓力控制閥15與存儲容器1連接；三通換向閥旁通出口c分別與壓力變送器9、溫度變送器10和入口快速接頭13連接，入口快速接頭13通過旁通管道的分叉點d分別與旁通蓄能器18和旁通壓力控制閥17連接，其中，入口快速接頭為耐高壓氣動自鎖式接頭，通過旁通管道的分叉點d分叉后，使該接頭能夠消除軟管硬化產(chǎn)生的附加力；旁通壓力控制閥17與稱重容器19連接；旁通蓄能器18和稱重容器19同時置于電子稱22上；稱重容器19的出口手閥20通過出口快速接頭21與下手閥2.2和循環(huán)泵5的連接節(jié)點連接。

在圖2中，入口快速接頭和出口快速接頭均由陰接頭和陽接頭組成；其入口快速接頭13由入口快速接頭陰接頭12與入口快速接頭陽接頭14組成。

在圖2中，由三通換向閥11、入口快速接頭13、旁通蓄能器18、直通蓄能器16、旁通壓力控制閥17和直通壓力控制閥15組成穩(wěn)壓裝置；其中，所述入口快速接頭13連接在三通換向閥11與旁通壓力控制閥17之間，通過接頭的快速連通和自鎖，起到消除軟管硬化產(chǎn)生的附加力影響稱重精度的作用；該穩(wěn)壓裝置各部件間的連接距離應(yīng)盡量縮短，以便更好地發(fā)揮蓄能器的穩(wěn)壓功能；并且三通換向閥11與入口快速接頭13的陰接頭12之間用豎直不銹鋼管連接，以確保此段不會存留液態(tài)流體介質(zhì)，只存留氣態(tài)流體介質(zhì)，提高稱重精度。

所述旁通蓄能器18為氣囊式，當(dāng)三通換向閥11突然換向，使高壓密閉管道內(nèi)的流體產(chǎn)生壓力突變和流量突變，則旁通蓄能器起到穩(wěn)定壓力，平穩(wěn)流體介質(zhì)波動的作用，減弱突變對標(biāo)準(zhǔn)稱重過程帶來的影響。

所述壓力變送器9和溫度變送器10安裝于穩(wěn)壓裝置中的三通換向閥11的旁通管道上，用于檢測三通換向閥11與入口快速接頭13之間的管段內(nèi)氣體介質(zhì)的實時壓力和溫度值，對單相液體和氣液兩相流體進(jìn)行稱重的兩種情況，當(dāng)稱重流體介質(zhì)為氣液兩相流體介質(zhì)時，該管段中的氣體為兩相流體介質(zhì)中的氣體；再根據(jù)壓力和溫度與氣體介質(zhì)密度的關(guān)系，計算出氣體密度；根據(jù)該管段已知的管道內(nèi)徑和高度，求出管段內(nèi)氣體介質(zhì)的體積，由此可以得到該段管道內(nèi)殘存氣體介質(zhì)的質(zhì)量，作為標(biāo)準(zhǔn)計量結(jié)果的質(zhì)量修正值。

當(dāng)稱重流體介質(zhì)為液體時，圖中所示氣體管道4中的上手閥2.1關(guān)閉，氣體管道4不予啟用，管道4中的空壓機(jī)6關(guān)閉，混合流體管道8中只有被稱重液體；當(dāng)稱重流體介質(zhì)為氣液兩相流體介質(zhì)時，存儲容器1起到分離罐的作用，在容器1中將容器內(nèi)的兩相混合流體介質(zhì)通過靜置法分為氣、液兩相，氣體管道4中的上手閥2.1開啟，管道4中的空壓機(jī)6開啟，氣體通過氣體管道4與液體管道3中的液體在循環(huán)泵5的出口混合，然后進(jìn)入被檢流量計7，作為兩相混合流體介質(zhì)進(jìn)入混合流體管道8，以備稱重使用。

當(dāng)裝置準(zhǔn)備稱重時，三通換向閥11切至旁通出口c，由于三通換向閥11突然換向，導(dǎo)致三通換向閥入口a、旁通出口c兩點的壓差突然增大，主管路流量突變，此時穩(wěn)壓裝置開始工作，旁通管道內(nèi)流體介質(zhì)經(jīng)由三通換向閥11的旁通出口c以及入口快速接頭13，到達(dá)入口快速接頭13的出口，即旁通管道的分叉點d時，此時由于旁通蓄能器18內(nèi)的氣囊具有一定的初始壓力，而旁通壓力控制閥17的限定壓力值高于旁通蓄能器18內(nèi)的初始壓力，因此有，△pde＞△pdf，流體介質(zhì)首先經(jīng)由旁通管道分叉點d流入旁通蓄能器18，旁通蓄能器18隨著流體介質(zhì)的流入，內(nèi)部的壓力逐漸增大，當(dāng)其壓力值增大至△pde＜△pdf時，旁通蓄能器18中的流體介質(zhì)逆向流出，經(jīng)由旁通管道分叉點d以及旁通壓力控制閥17，流入稱重容器19中。

當(dāng)裝置準(zhǔn)備稱重完畢時，三通換向閥11切至直通出口b，由于三通換向閥11突然換向，導(dǎo)致三通換向閥入口a和直通出口b兩點的壓差突然增大，主管路流量突變，此時穩(wěn)壓裝置繼續(xù)發(fā)揮作用，直通管道流體介質(zhì)經(jīng)由三通換向閥11的直通出口b到達(dá)直通管道的分叉點g時，此時由于直通蓄能器16內(nèi)的氣囊具有一定的初始壓力，而直通壓力控制閥15的限定壓力值高于直通蓄能器16內(nèi)的初始壓力，因此有，△pgh＞△pgi，流體介質(zhì)首先經(jīng)由直通管道分叉點g流入直通蓄能器16，直通蓄能器16隨著流體介質(zhì)的流入，內(nèi)部的壓力逐漸增大，當(dāng)其壓力值增大至△pgh＜△pgi時，直通蓄能器16中的流體介質(zhì)流出，經(jīng)由直通管道分叉點g逆向流入存儲容器1中。

圖3所示為本發(fā)明智能儀表信號處理流程框圖。圖中被檢流量計7用于將檢測到的管道內(nèi)流體介質(zhì)實時流量值，通過pci板卡24上傳至pc機(jī)25，結(jié)合計時器23上傳的計時時間，在pc機(jī)25上進(jìn)行被檢流量計檢測質(zhì)量流量的計算，該質(zhì)量值為被檢表讀數(shù)。壓力變送器9和溫度變送器10將檢測到的管段內(nèi)氣體的壓力和溫度值，通過pci板卡24傳至pc機(jī)25，在pc機(jī)25上進(jìn)行氣體密度以及三通換向閥11與入口快速接頭13之間管段內(nèi)氣體質(zhì)量的計算。電子稱22所稱得的流體質(zhì)量值經(jīng)由pci板卡24上傳至pc機(jī)25，與前述計算得到的管段氣體質(zhì)量值相加，再減去稱重開始前存儲的電子稱22的初始示值，得到高壓密閉系統(tǒng)流體介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量值，該標(biāo)準(zhǔn)值用來與被檢表讀數(shù)比較，以校驗被檢流量計。入口快速接頭13和出口快速接頭21為高壓氣動自鎖開關(guān)，其控制命令由pc機(jī)25通過pci板卡24下傳，實現(xiàn)快速接頭的上位機(jī)自動控制。三通換向閥11為氣動閥，其直通和旁通方向的通斷狀態(tài)，均由pc機(jī)25通過pci板卡24下傳命令予以控制。

圖4所示為標(biāo)準(zhǔn)稱重裝置的穩(wěn)壓稱重流程，首先詢問系統(tǒng)是否需要稱重，如果不稱重，那么流體介質(zhì)正常在主管路中流動，斷開入口快速接頭，此時記錄電子稱的示值，作為稱重的初始重量；如果需要稱重，那么首先將入口快速接頭13連通，然后啟動計時器23進(jìn)行稱重計時，同時將三通換向閥11由原先的直通狀態(tài)切至旁通；此時主管路的流體介質(zhì)通過三通換向閥11的旁通出口c和入口快速接頭13流入旁通蓄能器18中，進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)壓；當(dāng)旁通蓄能器18中的流體壓力達(dá)到旁通壓力控制閥17的壓力設(shè)定上限時，流體介質(zhì)從旁通蓄能器18中流出，經(jīng)旁通壓力控制閥17，流入稱重容器19中；程序再次檢測三通換向閥11的狀態(tài)，如果三通換向閥11被切至直通出口b，說明待稱重流體介質(zhì)準(zhǔn)備完畢，同時停止計時器23，流體介質(zhì)經(jīng)三通換向閥11的直通出口b流入直通蓄能器16，進(jìn)行穩(wěn)壓；當(dāng)直通蓄能器16中的流體介質(zhì)壓力達(dá)到直通壓力控制閥15的壓力設(shè)定上限時，流體介質(zhì)從直通蓄能器16中流出，經(jīng)直通壓力控制閥15流入存儲容器1中；此時入口快速接頭13被切斷，電子秤22開始稱重，pc機(jī)25存儲上傳的稱重數(shù)據(jù)；入口快速接頭13重新連通，出口手閥20開通，出口快速接頭21連通，稱重容器19中的流體介質(zhì)通過出口手閥20和出口快速接頭21排出，流體介質(zhì)重新進(jìn)入主管路中，等待開啟下次稱重。