摘要:將合適的流量計(jì)用到適合的工況,是工程設(shè)計(jì)人員及用戶(hù)十分關(guān)心的問(wèn)題。將模糊綜合評(píng)價(jià)引入流量計(jì)的選型,并以實(shí)際工況為例,通過(guò)建立多級(jí)模糊評(píng)價(jià)體系后對(duì)各流量計(jì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),所得結(jié)果較為合理和可信。該方法可在流量計(jì)的選型過(guò)程中為設(shè)計(jì)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(jì)的選型一直是工程設(shè)計(jì)中的重要部分,在眾多的流量計(jì)類(lèi)型中,將合適的流量計(jì)應(yīng)用到適合的工況,不僅是用戶(hù)十分關(guān)心的問(wèn)題,也是工程設(shè)計(jì)人員的目標(biāo)。流量計(jì)選型的影響因素眾多,應(yīng)用的場(chǎng)合復(fù)雜,不同類(lèi)型的流量計(jì)常可適用于同一場(chǎng)合。在流量計(jì)選型前,設(shè)計(jì)人員需要充分了解工況,根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過(guò)初選一復(fù)選一優(yōu)選的過(guò)程,確定流量計(jì)的類(lèi)型,整個(gè)選型過(guò)程充滿(mǎn)了模糊判斷。
模糊綜合評(píng)價(jià)作為模糊數(shù)學(xué)的一種具體應(yīng)用方法,對(duì)多因素、多層次的復(fù)雜問(wèn)題評(píng)判效果比較好而得到了廣泛的應(yīng)用。本文基于模糊綜合評(píng)價(jià)法與經(jīng)驗(yàn),結(jié)合合成氨生產(chǎn)裝置的某實(shí)際工況,對(duì)多種類(lèi)型的流量計(jì)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià),以對(duì)流量計(jì)的選型提供依據(jù)。
1、模糊綜合評(píng)價(jià)方法: 模糊綜合評(píng)價(jià)是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ),應(yīng)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(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的一種方法。模糊綜合評(píng)價(jià)可分為單級(jí)和多級(jí)綜合評(píng)價(jià),本文應(yīng)用二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià),計(jì)算步驟如下:
1)建立評(píng)價(jià)對(duì)象集Y = {Y1,Y2,…,Yp}。
2)建 立 評(píng) 價(jià) 對(duì) 象 因 素 集 U = {u1,u2,…,un},即確定評(píng)價(jià)指標(biāo),并將U 分為級(jí)因素集U*= {U1,U2,…,Uk}和第 二 級(jí)因素集 Ui={u(i)1,u(i)2,…,u(i)ni},i=1,2,…,k;n=∑ki=1ni。
3)建立評(píng)語(yǔ)集V = {v1,v2,…,vm},即確定評(píng)語(yǔ)等級(jí)。
4)對(duì)第二級(jí)因素集Ui= {u(i)1,u(i)2,…,u(i)ni}的ni個(gè)因素進(jìn)行單因素評(píng)價(jià),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(píng)價(jià)矩陣:

因素評(píng)價(jià)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(duì)重要程度,經(jīng)模糊運(yùn)算得到評(píng)價(jià)結(jié)果B~i=AiRi,i=1,2,…,k。
6)對(duì)級(jí)因素集U = {U1,U2,…,Uk}做綜合評(píng)價(jià)。建立U = {U1,U2,…,Uk}的 權(quán)重 A =(a1,a2, …,ak),
總 評(píng) 價(jià) 矩 陣 R =[B~1?。隆病?hellip;?。隆耄荩裕?jīng)模糊運(yùn)算得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果B =AR。
7)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分析。
2、模糊綜合評(píng)價(jià)在流量計(jì)選型中的應(yīng)用:
實(shí)例以山東某合成氨生產(chǎn)裝置為例,工藝流程需要測(cè)量進(jìn)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(xiàn)[3]中“表 A.0.1流量?jī)x表選型參考表”:當(dāng)工藝介質(zhì)為氣體時(shí),宜選用差壓式流量計(jì)、渦街流量計(jì)、渦輪流量計(jì)和熱導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)等;第6.1.8條又規(guī)定“在滿(mǎn)足測(cè)量要求的情況下,宜選用差壓式流量計(jì)”。因此,該工況宜選用差壓式流量計(jì) (孔 板、噴 嘴、文 丘 里 管、楔 形 管、彎 管、均速管)。
2)文獻(xiàn)[4]將流量計(jì)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(jì)因素(共包含47個(gè)子因素);文獻(xiàn)[5]進(jìn)一步總結(jié)為重復(fù)性、度、直管段、壓力損失、量程比等十幾個(gè)因素??紤]到該工況的實(shí)際情況,還應(yīng)去掉:等同因素,如重復(fù)性(重復(fù)性取決于差壓變送器[4]);無(wú)關(guān)因素,如雙向測(cè)量能力(該工況只需單向測(cè)量);過(guò)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示,評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表2所列。

圖1 差壓式流量計(jì)選型模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
| | | | | | | | 圖 | 1 | | 差壓式流量計(jì)選型模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | 表 | | | | | | | | | | | | | | [ ] | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | 2 | 差壓式流量計(jì)的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo) 3-6 | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
差壓式 | | 度, | | 壓力 | | 長(zhǎng)期 | | | 使用 | | | 儀表 | 安裝費(fèi) | | 流量 | 運(yùn)行費(fèi) | 維護(hù)費(fèi) | | 修理費(fèi) |
流量計(jì) | | | | | 損失 | | 穩(wěn)定性 | | | 壽命 | | | 購(gòu)置費(fèi) | | | | | | | | | | |
| | | % | | | | | | | | | | | | | | | 校驗(yàn)費(fèi) | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
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(zhǎng) | | | 中 | ~ | 高 | | 高 | | | 較低 | ~ | 高 低 | ~ | 中 | 中 | | | 中 |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
彎管 | | 1.0~2.5 | | | 小 | | | 中 | | | | | 長(zhǎng) | | | 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(jí)因素集:U = {U1,U2}= {儀表性能,經(jīng)濟(jì)因 素};第 二 級(jí) 因 素 集:U1= {u(1)1,u(1)2,u(1)3,u(1)4}={度,壓力損失,長(zhǎng)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(gòu)置費(fèi),安裝費(fèi),流量校驗(yàn)費(fèi),運(yùn)行費(fèi),維護(hù)費(fèi),修理費(fèi)}。3)表2中 的 各 定 性 指 標(biāo) 是 按 照 5 個(gè) 等 級(jí) 評(píng)價(jià)流量 計(jì),因 而 評(píng) 語(yǔ) 集 為 V = {v1,v2,v3,v4,v5}= {很好,好,中,差,很差},評(píng) 價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表 3所列。
表 | 3 | 評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)語(yǔ)等級(jí)對(duì)照 |
| |
| | |
| 評(píng)價(jià)指標(biāo) | 評(píng) | 語(yǔ) | 等 | 級(jí) |
| | | |
| | 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(wú) | 小 | 中 | 大 | 很大 |
長(zhǎng)期穩(wěn)定性 | ***好 | 好 | 中 | 差 | ***差 |
使用壽命 | 很長(zhǎng) | 長(zhǎng) | 中 | 短 | 很短 |
費(fèi)用 | 較低 | 低 | 中 | 高 | ***高 |
?。矗谋恚才c表3來(lái)看,
各差壓式流量計(jì)存在某項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)語(yǔ)等級(jí)一對(duì)一的情況,則對(duì)該評(píng)語(yǔ)等級(jí)的隸屬度取值為1;也存在某項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)跨越多個(gè)評(píng)語(yǔ)等級(jí)的情況,
如楔形管流量計(jì)的度跨越了“好~很差”4個(gè)等級(jí),則對(duì)所跨越的全部評(píng)語(yǔ)等級(jí)的隸屬度取平均值。以孔板流量計(jì)Y1為例,分別對(duì)第二級(jí)因素集U1和U2的各個(gè)因素進(jìn)行單因素評(píng)價(jià),得到R1(Y1),R2(Y1)為R1(Y1)= 0?。啊?1 0


5)在模糊綜合評(píng)價(jià)中,權(quán)重是至關(guān)重要的,它反映了各個(gè)因素在綜合評(píng)價(jià)過(guò)程中所占有的地位或所起的作用,直接影響到綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果。為客觀地反映實(shí)際情況,采用估測(cè)法[1]確定應(yīng)用于該工況的權(quán)重。以第二級(jí)因素集U1為例,表4為10位分別對(duì)各因素權(quán)重的打分(滿(mǎn)分100分)。
表 | 4 | 評(píng)分 |
| |
| | |
| | | 權(quán) 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(zhǎng)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(duì)第二級(jí)因素集作綜合評(píng)價(jià),
模糊合成 算 子 “”采 用 加 權(quán) 平 均 型 M(●,
),
計(jì) 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(zhuān) 家 估 測(cè) 法 得 U = {U1,U2}的 權(quán) 重A =(0.562,
0.438)??傇u(píng)價(jià)矩陣 R 是以B~1,B~2為行的模 糊 矩 陣,則 孔 板 流 量 計(jì) Y1的 總 評(píng) 價(jià) 矩陣為對(duì)級(jí)因素集U = {U1,U2}= {儀表性能,經(jīng)濟(jì)因素}作綜合評(píng)價(jià),采用加權(quán)平均型 M(●,)算子,得 孔 板 流 量 計(jì) Y1的 模 糊 綜 合 評(píng) 價(jià) 結(jié) 果:B~(Y1)= A R(Y1)= (0.118,
0.139,
0.314,
0.279,
0.151)。

則 孔 板 流 量 計(jì) Y1的 總 評(píng) 價(jià) 矩陣為同樣,根據(jù)以上步驟,可得其他流量計(jì)的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果,見(jiàn)表5所列。

表5 各差壓式流量計(jì)的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果
7)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分析。采用加權(quán)平均原則對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析,不僅能評(píng)價(jià)出各差壓式流量計(jì)在該工況的等級(jí),而且可以依據(jù)其等級(jí)進(jìn)行排序,從而選出該工況***適用的流量計(jì)。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(jí)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(jì)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(píng) 價(jià):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(shí),彎管、均速管和文丘里管的B*非常接近,說(shuō)明這3種流量計(jì)均適用于該工況,這也符合文獻(xiàn)[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(jì)[7]是國(guó)內(nèi)近年來(lái)才開(kāi)始推廣,因而在該工況下的應(yīng)用并不多,目前大量應(yīng)用的是均速管流量計(jì)[8],并且在該工況下取得了良好的表現(xiàn)。
3、結(jié)束語(yǔ):
1)通過(guò)實(shí)例表明,采用模糊綜合評(píng)價(jià)法使流量計(jì)的選型更加科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),并且能綜合經(jīng)驗(yàn)得出符合規(guī)范和實(shí)際應(yīng)用情況的評(píng)價(jià)結(jié)果。
2)流量計(jì)應(yīng)用場(chǎng)合眾多,不同的工況需要建立不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)集,而各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重應(yīng)根據(jù)具體工況綜合經(jīng)驗(yàn)后確定。
3)模糊綜合評(píng)價(jià)可為設(shè)計(jì)人員在流量計(jì)選型中提供決策依據(jù),值得推廣運(yùn)用。