流量计选型的模糊决策

于晓辉

(中海油山东化学工程有限责任公司，济南 250101)



流量计选型的模糊决策

于晓辉

(中海油山东化学工程有限责任公司，济南 250101)

摘要：将合适的流量计用到适合的工况，是工程设计人员及用户十分关心的问题。将模糊综合评价引入流量计的选型，并以实际工况为例，通过建立多级模糊评价体系后对各流量计进行综合评价，所得结果较为合理和可信。该方法可在流量计的选型过程中为设计人员提供决策依据。

关键词：模糊综合评价差压式流量计仪表选型合成氨

流量计的选型一直是工程设计中的重要部分，在众多的流量计类型中，将合适的流量计应用到适合的工况，不仅是用户十分关心的问题，也是工程设计人员的目标。流量计选型的影响因素众多，应用的场合复杂，不同类型的流量计常可适用于同一场合。在流量计选型前，设计人员需要充分了解工况，根据个人经验经过初选—复选—优选的过程，确定流量计的类型，整个选型过程充满了模糊判断。

模糊综合评价[1-2]作为模糊数学的一种具体应用方法，对多因素、多层次的复杂问题评判效果比较好而得到了广泛的应用。本文基于模糊综合评价法与专家经验，结合合成氨生产装置的某实际工况，对多种类型的流量计进行模糊综合评价，以对流量计的选型提供依据。

1模糊综合评价方法

模糊综合评价是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清、不易定量的因素定量化，从而进行综合评价的一种方法。模糊综合评价可分为单级和多级综合评价，本文应用二级模糊综合评价，计算步骤如下：

1) 建立评价对象集Y={Y1， Y2， …， Yp}。

3) 建立评语集V={v1， v2， …， vm}，即确定评语等级。

7) 综合评价结果分析。

2模糊综合评价在流量计选型中的应用实例

以山东某合成氨生产装置为例，工艺流程需要测量进变脱工段的变换气流量，允许的压力损失越小越好，具体工况见表1所列。

表1　工艺流量条件

根据文献[3]中“表A.0.1流量仪表选型参考表”： 当工艺介质为气体时，宜选用差压式流量计、涡街流量计、涡轮流量计和热导式质量流量计等；第6.1.8条又规定“在满足测量要求的情况下，宜选用差压式流量计”。因此，该工况宜选用差压式流量计(孔板、喷嘴、文丘里管、楔形管、弯管、均速管)。

1) 设Yi表示第i种差压式流量计，则评价对象集为： Y={Y1， Y2， Y3， Y4， Y5， Y6}={孔板，喷嘴，文丘里管，楔形管，弯管，均速管}。

2) 文献[4]将流量计选型考虑因素分为仪表性能、流体特性、安装条件、环境条件与经济因素(共包含47个子因素)；文献[5]进一步总结为重复性、精确度、直管段、压力损失、量程比等十几个因素。考虑到该工况的实际情况，还应去掉： 等同因素，如重复性(重复性取决于差压变送器[4])；无关因素，如双向测量能力(该工况只需单向测量)；过分因素，如量程比(3∶1的量程比已符合该工况的期望)。根据该工况工艺条件最终确定的模糊综合评价指标体系如图1所示，评价指标见表2所列。

图1　差压式流量计选型模糊综合评价指标体系

差压式流量计精确度,%压力损失长期稳定性使用寿命仪表购置费安装费流量校验费运行费维护费修理费孔板1.5中～大最差短低～中低～高最低中～高低最低喷嘴1.5小～中差中中中中中～高中低文丘里管1.5小好长中～高高最低～高低～中中中弯管1.0～2.5小中长低～中中最低低低最低楔形管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

3) 表2中的各定性指标是按照5个等级评价流量计，因而评语集为V={v1， v2， v3， v4， v5}={很好，好，中，差，很差}，评价标准见表3所列。

表3　评价指标的评语等级对照

4) 从表2与表3来看，各差压式流量计存在某项评价指标与评语等级一对一的情况，则对该评语等级的隶属度取值为1；也存在某项评价指标跨越多个评语等级的情况，如楔形管流量计的精确度跨越了“好～很差”4个等级，则对所跨越的全部评语等级的隶属度取平均值。以孔板流量计Y1为例，分别对第二级因素集U1和U2的各个因素进行单因素评价，得到R1(Y1)， R2(Y1)为

5) 在模糊综合评价中，权重是至关重要的，它反映了各个因素在综合评价过程中所占有的地位或所起的作用，直接影响到综合评价的结果。为客观地反映实际情况，采用专家估测法[1]确定应用于该工况的权重。以第二级因素集U1为例，表4为10位专家分别对各因素权重的打分(满分100分)。

表4　专家评分

同样，根据以上步骤，可得其他流量计的模糊综合评价结果，见表5所列。

表5　各差压式流量计的模糊综合评价结果

7) 综合评价结果分析。采用加权平均原则对模糊综合评价结果进行分析，不仅能评价出各差压式流量计在该工况的等级，而且可以依据其等级进行排序，从而选出该工况最适用的流量计。加权平均可表示为

式中： bj——隶属于第j等级的隶属度；k——待定系数(k=1或k=2)，目的是控制较大的bj所起的作用。

计算可得孔板、喷嘴、文丘里管、弯管、楔形管和均速管的B*(k=2)分别为3.329， 3.041， 2.395， 2.190， 2.991和2.497。可以做出评价： 弯管最接近于“好”，其次为文丘里管和均速管，而孔板、喷嘴和楔形管则属于“中”；同时，弯管、均速管和文丘里管的B*非常接近，说明这3种流量计均适用于该工况，这也符合文献[3]中第6.2.3.2条、6.2.4.4条和6.2.4.7条。由于弯管流量计[7]是国内近年来才开始推广，因而在该工况下的应用并不多，目前大量应用的是均速管流量计[8]，并且在该工况下取得了良好的表现。

3结束语

1) 通过实例表明，采用模糊综合评价法使流量计的选型更加科学严谨，并且能综合专家经验得出符合规范和实际应用情况的评价结果。

2) 流量计应用场合众多，不同的工况需要建立不同的评价指标集，而各评价指标的权重应根据具体工况综合专家经验后确定。

3) 模糊综合评价可为设计人员在流量计选型中提供决策依据，值得推广运用。

参考文献:

[1]谢季坚，刘承平.模糊数学方法及其应用[M].3版.武汉： 华中科技大学出版社，2006： 148-194.

[2]胡永宏，贺思辉.综合评价方法[M].北京： 科学出版社，2000： 167-200.

[3]王雪梅，张悦崑，安铁夫，等.HG/T 20507—2014自动化仪表选型设计规范[S].北京： 中国计划出版社，2014.

[4]陆德民，张振基，黄步余.石油化工自动控制设计手册[M].3版.北京： 化学工业出版社，2000： 67-77.

[5]孙延祚.流量仪表的合理选型[J].工业计量，2007，17(04)： 20-24.

[6]马宝祥.平衡流量计的性能分析[J].石油化工自动化，2009，45(03)： 64-65.

[7]马竹梧.弯管流量计的进展及其在工业中的应用与前景[J].冶金自动化，2005(03)： 5-8.

[8]毛新业.均速管流量计的应用与发展[J].自动化仪表，1996，17(01)： 1-6.

Fuzzy Decision on Selection of Flow Meter

Yu Xiaohui

(CNOOC Shandong Chemical Engineering Co. Ltd., Ji’nan, 250101, China)

Abstracts: Utilizing suitable flow meter to right work condition is the main issue concerned by engineering design staff and users. Then the flow meters are conducted with comprehensive evaluation after constructing fuzzy evaluation system. Fuzzy comprehensive evaluation is introduced into flow meter selection with actual working condition as example. The achieved results are reasonable and credible. This method can provide decision basic for instrument engineers to select suitable flow meter.

Key words:fuzzy comprehensive evaluation; differential pressure flow meter; instrument selection; synthesis ammonia

作者简介：于晓辉(1979—)，男，山东海阳人，硕士学位，现就职于中海油山东化学工程有限责任公司，从事石油化工自控设计工作，任工程师。

中图分类号：TP814

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2016)02-0021-04

稿件收到日期： 2015-11-03。