流量計(jì)如何正確選型|流量計(jì)選型模糊決策方法
摘要：將合適的流量計(jì)用到適合的工況，是工程設(shè)計(jì)人員及用戶十分關(guān)心的問題。將模糊綜合評價(jià)引入流量計(jì)的選型，并以實(shí)際工況為例，通過建立多級模糊評價(jià)體系后對各流量計(jì)進(jìn)行綜合評價(jià)，所得結(jié)果較為合理和可信。該方法可在流量計(jì)的選型過程中為設(shè)計(jì)人員提供決策依據(jù)。
（ＣＮＯＯＣ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ，２５０１０１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔｓ：Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｌｏｗ ｍｅｔｅｒ ｔｏ ｒｉｇｈｔ ｗｏｒｋ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｉｓｓｕｅ ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ ｂｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｓｔａｆｆ ａｎｄ ｕｓｅｒｓ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ａｆｔｅｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｆｕｚｚｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｆｕｚｚｙ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎｔｏ ｆｌｏｗ ｍｅｔｅｒ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ａｃｔｕａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｓ ｅｘａｍｐｌｅ．Ｔｈｅ ａｃｈｉｅｖｅｄｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ａｎｄ ｃｒｅｄｉｂｌｅ．Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｂａｓｉｃ ｆｏｒ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅｎｇｉｎｅｅｒｓ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｌｏｗ ｍｅｔｅｒ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｕｚｚｙ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｌｏｗ ｍｅｔｅｒ；ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｅｌｅｃｔｉｏｎ；ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｍｍｏｎｉａ
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)類型中，將合適的流量計(jì)應(yīng)用到適合的工況，不僅是用戶十分關(guān)心的問題，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)用的場合復(fù)雜，不同類型的流量計(jì)常可適用于同一場合。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)過初選一復(fù)選一優(yōu)選的過程，確定流量計(jì)的類型，整個(gè)選型過程充滿了模糊判斷。
模糊綜合評價(jià)作為模糊數(shù)學(xué)的一種具體應(yīng)用方法，對多因素、多層次的復(fù)雜問題評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，對多種類型的流量計(jì)進(jìn)行模糊綜合評價(jià)，以對流量計(jì)的選型提供依據(jù)。
1、模糊綜合評價(jià)方法：
模糊綜合評價(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)行綜合評價(jià)的一種方法。模糊綜合評價(jià)可分為單級和多級綜合評價(jià)，本文應(yīng)用二級模糊綜合評價(jià)，計(jì)算步驟如下:
１）建立評價(jià)對象集Ｙ ＝ ｛Ｙ１，Ｙ２，…，Ｙｐ｝。
２）建 立 評 價(jià) 對 象 因 素 集 Ｕ ＝ ｛ｕ１，ｕ２，…，ｕｎ｝，即確定評價(jià)指標(biāo)，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(gè)因素進(jìn)行單因素評價(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），得到單因素評價(jià)矩陣：
因素評價(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），即各因素的相對重要程度，經(jīng)模糊運(yùn)算得到評價(jià)結(jié)果Ｂ～ｉ＝ＡｉＲｉ，ｉ＝１，２，…，ｋ。
６）對級因素集Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｋ｝做綜合評價(jià)。建立Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｋ｝的 權(quán)重 Ａ ＝（ａ１，ａ２， …，ａｋ），
總 評 價(jià) 矩 陣 Ｒ ＝［Ｂ～１ Ｂ～２ … Ｂ～ｋ］Ｔ，經(jīng)模糊運(yùn)算得到綜合評價(jià)結(jié)果Ｂ ＝ＡＲ。
７）綜合評價(jià)結(jié)果分析。
２、模糊綜合評價(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流量儀表選型參考表”：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“在滿足測量要求的情況下，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。考慮到該工況的實(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］）；無關(guān)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(jià)指標(biāo)體系如圖１所示，評價(jià)指標(biāo)見表２所列。
圖１ 差壓式流量計(jì)選型模糊綜合評價(jià)指標(biāo)體系
| 圖 | １ | 差壓式流量計(jì)選型模糊綜合評價(jià)指標(biāo)體系 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 表 | ［ ］ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ２ | 差壓式流量計(jì)的各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo) ３－６ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 差壓式 | 度， | 壓力 | 長期 | 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 | 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(jì)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(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 評價(jià)流量 計(jì)，因 而 評 語 集 為 Ｖ ＝ ｛ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４，ｖ５｝＝ ｛很好，好，中，差，很差｝，評 價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表 ３所列。
| 表 | ３ | 評價(jià)指標(biāo)的評語等級對照 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 評價(jià)指標(biāo) | 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(fèi)用 | 較低 | 低 | 中 | 高 | ***高 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
４）從表２與表３來看，
各差壓式流量計(jì)存在某項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)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(xiàng)評價(jià)指標(biāo)跨越多個(gè)評語等級的情況，
如楔形管流量計(jì)的度跨越了“好～很差”４個(gè)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(jì)Ｙ１為例，分別對第二級因素集Ｕ１和Ｕ２的各個(gè)因素進(jìn)行單因素評價(jià)，得到Ｒ１（Ｙ１），Ｒ２（Ｙ１）為Ｒ１（Ｙ１）＝ ０ ０ １ ０
５）在模糊綜合評價(jià)中，權(quán)重是至關(guān)重要的，它反映了各個(gè)因素在綜合評價(jià)過程中所占有的地位或所起的作用，直接影響到綜合評價(jià)的結(jié)果。為客觀地反映實(shí)際情況，采用估測法［１］確定應(yīng)用于該工況的權(quán)重。以第二級因素集Ｕ１為例，表４為１０位分別對各因素權(quán)重的打分（滿分１００分）。
| 表 | ４ | 評分 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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）。對第二級因素集作綜合評價(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 家 估 測 法 得 Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２｝的 權(quán) 重Ａ ＝（０．５６２，
０．４３８）。總評價(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 價(jià) 矩陣為對級因素集Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２｝＝ ｛儀表性能，經(jīng)濟(jì)因素｝作綜合評價(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 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 價(jià) 矩陣為同樣，根據(jù)以上步驟，可得其他流量計(jì)的模糊綜合評價(jià)結(jié)果，見表５所列。
表５ 各差壓式流量計(jì)的模糊綜合評價(jià)結(jié)果
７）綜合評價(jià)結(jié)果分析。采用加權(quán)平均原則對模糊綜合評價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析，不僅能評價(jià)出各差壓式流量計(jì)在該工況的等級，而且可以依據(jù)其等級進(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。可 以 做 出 評 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］是國內(nèi)近年來才開始推廣，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：
１）通過實(shí)例表明，采用模糊綜合評價(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)用情況的評價(jià)結(jié)果。
２）流量計(jì)應(yīng)用場合眾多，不同的工況需要建立不同的評價(jià)指標(biāo)集，而各評價(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。
１）通過實(shí)例表明，采用模糊綜合評價(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)用情況的評價(jià)結(jié)果。
２）流量計(jì)應(yīng)用場合眾多，不同的工況需要建立不同的評價(jià)指標(biāo)集，而各評價(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。
