流量计如何正确选型|流量计选型模糊决策方法
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。
（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一复选一优选的过程，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｝。
２）建 立 评 价 对 象 因 素 集 Ｕ ＝ ｛ｕ１，ｕ２，…，ｕｎ｝，即确定评价指标，并将Ｕ 分为级因素集Ｕ＊＝ ｛Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｋ｝和第 二 级因素集 Ｕｉ＝｛ｕ（ｉ）１，ｕ（ｉ）２，…，ｕ（ｉ）ｎｉ｝，ｉ＝１，２，…，ｋ；ｎ＝∑ｋｉ＝１ｎｉ。
３）建立评语集Ｖ ＝ ｛ｖ１，ｖ２，…，ｖｍ｝，即确定评语等级。
４）对第二级因素集Ｕｉ＝ ｛ｕ（ｉ）１，ｕ（ｉ）２，…，ｕ（ｉ）ｎｉ｝的ｎｉ个因素进行单因素评价，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），得到单因素评价矩阵：
因素评价矩阵
５）建 立 Ｕｉ＝ ｛ｕ（ｉ）１，ｕ（ｉ）２，…，ｕ（ｉ）ｎｉ｝的 权 重Ａｉ＝（ａ（ｉ）１，ａ（ｉ）２，…，ａ（ｉ）ｎｉ），即各因素的相对重要程度，经模糊运算得到评价结果Ｂ～ｉ＝ＡｉＲｉ，ｉ＝１，２，…，ｋ。
６）对级因素集Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｋ｝做综合评价。建立Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｋ｝的 权重 Ａ ＝（ａ１，ａ２， …，ａｋ），
总 评 价 矩 阵 Ｒ ＝［Ｂ～１ Ｂ～２ … Ｂ～ｋ］Ｔ，经模糊运算得到综合评价结果Ｂ ＝ＡＲ。
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
| 表 | １ | 工艺流量条件 | ||||||||||||||||||
| 工艺介质 | 密度／ | 操作温度／ 操作压力／ 管道规格／ ***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）。
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、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***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
| 图 | １ | 差压式流量计选型模糊综合评价指标体系 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 表 | ［ ］ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ２ | 差压式流量计的各项评价指标 ３－６ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 差压式 | 度， | 压力 | 长期 | 使用 | 仪表 | 安装费 | 流量 | 运行费 | 维护费 | 修理费 | ||||||||||||||||||||||||||||
| 流量计 | 损失 | 稳定性 | 寿命 | 购置费 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ％ | 校验费 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 孔板 | １．５ | 中 | ～ | 大 | ***差 | 短 | 低 | ～ | 中 | 低 | ～ | 高 | 较低 | 中 | ～ | 高 | 低 | 较低 | ||||||||||||||||||||
| 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 | 较低 | ～ | 高 低 | ～ | 中 | 中 | 中 | |||||||||||||||||||||||
| 弯管 | １．０～２．５ | 小 | 中 | 长 | 低 | ～ | 中 | 中 | 较低 | 低 | 低 | 较低 | ||||||||||||||||||||||||||
| 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 | ||||||||||||||||||||||||
级因素集：Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２｝＝ ｛仪表性能，经济因 素｝；第 二 级 因 素 集：Ｕ１＝ ｛ｕ（１）１，ｕ（１）２，ｕ（１）３，ｕ（１）４｝＝｛度，压力损失，长期稳定性，使用寿命｝；Ｕ２＝ ｛ｕ（２）１，ｕ（２）２，ｕ（２）３，ｕ（２）４，ｕ（２）５，ｕ（２）６｝＝ ｛仪表购置费，安装费，流量校验费，运行费，维护费，修理费｝。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 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 评价指标 | 评 | 语 | 等 | 级 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ％ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 压力损失 | 无 | 小 | 中 | 大 | 很大 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 长期稳定性 | ***好 | 好 | 中 | 差 | ***差 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 使用寿命 | 很长 | 长 | 中 | 短 | 很短 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 费用 | 较低 | 低 | 中 | 高 | ***高 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Ｒ１（Ｙ１）＝ ０ ０ １ ０
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位分别对各因素权重的打分（满分１００分）。
| 表 | ４ | 评分 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 权 重 | １ | ２ | ３ | ４ | ５ | ６ | ７ | ８ | ９ | １０ | 平均值 归一化 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 度 | ６０ | ８０ | ６０ | ８０ | ８０ | ７０ | ６０ | ７０ | ７５ | ８０ | ７１．５ | ０．２０９ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 压力损失 | ９０ | １００ | １００ | １００ | ９０ | ９０ | ９０ | １００ | ９０ | ９５ | ９４．５ | ０．２７６ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 长期稳定性 | １００ | ８０ | １００ | ９０ | ９０ | ９０ | ８５ | １００ | ９５ | ９０ | ９２．０ | ０．２６９ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 使用寿命 | ８０ | ９０ | ８０ | ９０ | ９０ | ９０ | ８０ | ８０ | ８０ | ８５ | ８４．５ | ０．２４６ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
即权重 Ａ１＝ （０．２０９，
０．２７６，
０．２６９，
０．２４６），
同样可得权重Ａ２＝ （０．２５６，
０．１０３，
０．１２８，
０．２１８，
０．１５４，
０．１４１）。对第二级因素集作综合评价，
模糊合成 算 子 “”采 用 加 权 平 均 型 Ｍ（●，
），
计 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 专 家 估 测 法 得 Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２｝的 权 重Ａ ＝（０．５６２，
０．４３８）。总评价矩阵 Ｒ 是以Ｂ～１，Ｂ～２为行的模 糊 矩 阵，则 孔 板 流 量 计 Ｙ１的 总 评 价 矩阵为对级因素集Ｕ ＝ ｛Ｕ１，Ｕ２｝＝ ｛仪表性能，经济因素｝作综合评价，采用加权平均型 Ｍ（●，）算子，得 孔 板 流 量 计 Ｙ１的 模 糊 综 合 评 价 结 果：Ｂ～（Ｙ１）＝ Ａ Ｒ（Ｙ１）＝ （０．１１８，
０．１３９，
０．３１４，
０．２７９，
０．１５１）。
则 孔 板 流 量 计 Ｙ１的 总 评 价 矩阵为同样，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***适用的流量计。加权平均可表示为
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***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。
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。