流量計如何正確選型|流量計選型模糊決策方法
摘要：將合適的流量計用到適合的工況，是工程設計人員及用戶十分關心的問題。將模糊綜合評價引入流量計的選型，并以實際工況為例，通過建立多級模糊評價體系后對各流量計進行綜合評價，所得結果較為合理和可信。該方法可在流量計的選型過程中為設計人員提供決策依據。
（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
流量計的選型一直是工程設計中的重要部分，在眾多的流量計類型中，將合適的流量計應用到適合的工況，不僅是用戶十分關心的問題，也是工程設計人員的目標。流量計選型的影響因素眾多，應用的場合復雜，不同類型的流量計常可適用于同一場合。在流量計選型前，設計人員需要充分了解工況，根據個人經驗經過初選一復選一優選的過程，確定流量計的類型，整個選型過程充滿了模糊判斷。
模糊綜合評價作為模糊數學的一種具體應用方法，對多因素、多層次的復雜問題評判效果比較好而得到了廣泛的應用。本文基于模糊綜合評價法與經驗，結合合成氨生產裝置的某實際工況，對多種類型的流量計進行模糊綜合評價，以對流量計的選型提供依據。
1、模糊綜合評價方法：
模糊綜合評價是以模糊數學為基礎，應用模糊關系合成的原理，將一些邊界不清、不易定量的因素定量化，從而進行綜合評價的一種方法。模糊綜合評價可分為單級和多級綜合評價，本文應用二級模糊綜合評價，計算步驟如下:
１）建立評價對象集Ｙ ＝ ｛Ｙ１，Ｙ２，…，Ｙｐ｝。
２）建 立 評 價 對 象 因 素 集 Ｕ ＝ ｛ｕ１，ｕ２，…，ｕｎ｝，即確定評價指標，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個因素進行單因素評價，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），得到單因素評價矩陣：
因素評價矩陣
５）建 立 Ｕｉ＝ ｛ｕ（ｉ）１，ｕ（ｉ）２，…，ｕ（ｉ）ｎｉ｝的 權 重Ａｉ＝（ａ（ｉ）１，ａ（ｉ）２，…，ａ（ｉ）ｎｉ），即各因素的相對重要程度，經模糊運算得到評價結果Ｂ～ｉ＝ＡｉＲｉ，ｉ＝１，２，…，ｋ。
６）對級因素集Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｋ｝做綜合評價。建立Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｋ｝的 權重 Ａ ＝（ａ１，ａ２， …，ａｋ），
總 評 價 矩 陣 Ｒ ＝［Ｂ～１ Ｂ～２ … Ｂ～ｋ］Ｔ，經模糊運算得到綜合評價結果Ｂ ＝ＡＲ。
７）綜合評價結果分析。
２、模糊綜合評價在流量計選型中的應用：
實例以山東某合成氨生產裝置為例，工藝流程需要測量進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 | 密度／ | 操作溫度／ 操作壓力／ 管道規格／ ***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 | |||||||||||||||||
根據文獻［３］中“表 Ａ．０．１流量儀表選型參考表”：當工藝介質為氣體時，宜選用差壓式流量計、渦街流量計、渦輪流量計和熱導式質量流量計等；第６．１．８條又規定“在滿足測量要求的情況下，宜選用差壓式流量計”。因此，該工況宜選用差壓式流量計 （孔 板、噴 嘴、文 丘 里 管、楔 形 管、彎 管、均速管）。
２）文獻［４］將流量計選型考慮因素分為儀表性能、流體特性、安裝條件、環境條件與經濟因素（共包含４７個子因素）；文獻［５］進一步總結為重復性、度、直管段、壓力損失、量程比等十幾個因素。考慮到該工況的實際情況，還應去掉：等同因素，如重復性（重復性取決于差壓變送器［４］）；無關因素，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）。根據該工況工藝條件***終確定的模糊綜合評價指標體系如圖１所示，評價指標見表２所列。
圖１ 差壓式流量計選型模糊綜合評價指標體系
| 圖 | １ | 差壓式流量計選型模糊綜合評價指標體系 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 表 | ［ ］ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ２ | 差壓式流量計的各項評價指標 ３－６ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 差壓式 | 度， | 壓力 | 長期 | 使用 | 儀表 | 安裝費 | 流量 | 運行費 | 維護費 | 修理費 | ||||||||||||||||||||||||||||
| 流量計 | 損失 | 穩定性 | 壽命 | 購置費 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ％ | 校驗費 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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，經濟因 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，安裝費，流量校驗費，運行費，維護費，修理費｝。３）表２中 的 各 定 性 指 標 是 按 照 ５ 個 等 級 評價流量 計，因 而 評 語 集 為 Ｖ ＝ ｛ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４，ｖ５｝＝ ｛很好，好，中，差，很差｝，評 價標準見表 ３所列。
| 表 | ３ | 評價指標的評語等級對照 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 評價指標 | 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 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 長期穩定性 | ***好 | 好 | 中 | 差 | ***差 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 使用壽命 | 很長 | 長 | 中 | 短 | 很短 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 費用 | 較低 | 低 | 中 | 高 | ***高 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
４）從表２與表３來看，
各差壓式流量計存在某項評價指標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；也存在某項評價指標跨越多個評語等級的情況，
如楔形管流量計的度跨越了“好～很差”４個等級，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Ｙ１為例，分別對第二級因素集Ｕ１和Ｕ２的各個因素進行單因素評價，得到Ｒ１（Ｙ１），Ｒ２（Ｙ１）為Ｒ１（Ｙ１）＝ ０ ０ １ ０
５）在模糊綜合評價中，權重是至關重要的，它反映了各個因素在綜合評價過程中所占有的地位或所起的作用，直接影響到綜合評價的結果。為客觀地反映實際情況，采用估測法［１］確定應用于該工況的權重。以第二級因素集Ｕ１為例，表４為１０位分別對各因素權重的打分（滿分１００分）。
| 表 | ４ | 評分 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 權 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 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
即權重 Ａ１＝ （０．２０９，
０．２７６，
０．２６９，
０．２４６），
同樣可得權重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，
模糊合成 算 子 “”采 用 加 權 平 均 型 Ｍ（●，
），
計 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 重Ａ ＝（０．５６２，
０．４３８）。總評價矩陣 Ｒ 是以Ｂ～１，Ｂ～２為行的模 糊 矩 陣，則 孔 板 流 量 計 Ｙ１的 總 評 價 矩陣為對級因素集Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２｝＝ ｛儀表性能，經濟因素｝作綜合評價，采用加權平均型 Ｍ（●，）算子，得 孔 板 流 量 計 Ｙ１的 模 糊 綜 合 評 價 結 果：Ｂ～（Ｙ１）＝ Ａ Ｒ（Ｙ１）＝ （０．１１８，
０．１３９，
０．３１４，
０．２７９，
０．１５１）。
則 孔 板 流 量 計 Ｙ１的 總 評 價 矩陣為同樣，根據以上步驟，可得其他流量計的模糊綜合評價結果，見表５所列。
表５ 各差壓式流量計的模糊綜合評價結果
７）綜合評價結果分析。采用加權平均原則對模糊綜合評價結果進行分析，不僅能評價出各差壓式流量計在該工況的等級，而且可以依據其等級進行排序，從而選出該工況***適用的流量計。加權平均可表示為
加權平均可表示為
式中：ｂｊ———隸屬于第ｊ等級的隸屬度；ｋ———待定系數（ｋ＝１或ｋ＝２），目的是控制較大的ｂｊ所起的作用。
計算可得孔板、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：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，彎管、均速管和文丘里管的Ｂ＊非常接近，說明這３種流量計均適用于該工況，這也符合文獻［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［７］是國內近年來才開始推廣，因而在該工況下的應用并不多，目前大量應用的是均速管流量計［８］，并且在該工況下取得了良好的表現。
３、結束語：
１）通過實例表明，采用模糊綜合評價法使流量計的選型更加科學嚴謹，并且能綜合經驗得出符合規范和實際應用情況的評價結果。
２）流量計應用場合眾多，不同的工況需要建立不同的評價指標集，而各評價指標的權重應根據具體工況綜合經驗后確定。
３）模糊綜合評價可為設計人員在流量計選型中提供決策依據，值得推廣運用。
１）通過實例表明，采用模糊綜合評價法使流量計的選型更加科學嚴謹，并且能綜合經驗得出符合規范和實際應用情況的評價結果。
２）流量計應用場合眾多，不同的工況需要建立不同的評價指標集，而各評價指標的權重應根據具體工況綜合經驗后確定。
３）模糊綜合評價可為設計人員在流量計選型中提供決策依據，值得推廣運用。