一种矿浆管道运量的智能计量系统及计量方法

摘要

本发明涉及了一种矿浆管道运量的智能计量系统及计量方法，包括矿浆管道（1）、正排量活塞隔膜泵（2）、浓度计量仪（3）、皮带秤（4）、PLC控制系统（5）、SCADA控制系统（6）、管控一体化系统（7）、智能计量系统（8）以及管道浆体输送计量系统显示界面（9）。本发明由于通过正排量活塞隔膜泵、浓度计量仪以及PLC控制系统采集矿浆浓度和矿浆体积数据，再根据计算公式得出一段矿浆管道中的铁精矿矿浆体积和铁精矿矿浆质量、整个管道内的铁精矿质量以及整个管道内生产水的质量，因而实现对整个管道运输中的各种参数进行精密监控。

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿浆管道运量的智能计量系统及计量方法，尤其涉及一种铁精矿管道运输流量的智能计量系统及计量方法。

背景技术

在铁精矿管道运输过程中，由于矿浆浆体为固体铁精矿和液态水混合物的特殊物理性质，长距离矿浆管道的输送以及流量测量和计量，一直是行业内难以解决的问题。目前，世界范围内还没有一种仪表能够准确对铁精矿矿浆浆体流量进行准确的计量。如果使用传统测量水的流量计，其无法准确测量出固体铁精矿和液态水混合物含量、体积以及各个组份的具体含量。

而浆体流量又是矿浆输送过程中必要的监测数据，对于铁精矿管道运输的安全稳定运行尤其重要。通过矿浆管道后的铁精矿矿浆通常会经历一脱水过程，脱水后的矿粉要结果皮带秤承重，计算出铁精矿矿粉质量。如果管道运输中出现故障导致部分铁精矿遗留在管道中没有运输出来，将有可能会导致整个运输系统出现故障，甚至安全事故。

因而，开拓性的设计一种矿浆管道运量的智能计量系统及计量方法就显得十分重要。

发明内容

本发明设计了一种矿浆管道运量的智能计量系统及计量方法，其解决的技术问题是（1）长距离固体物料管道输送过程中管道内铁精矿矿浆无法进行流量测量和成份计量；（2）无法确定管道中的铁精矿是否完全被输送出运输管道中，无法确保整个运输管道的安全性和稳定性。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种矿浆管道运量的智能计量系统，其特征在于：包括

一条或多条矿浆管道（1），所述矿浆管道（1）用于传输铁精矿矿浆；

一台或多台正排量活塞隔膜泵（2），所述正排量活塞隔膜泵（2）用于对所述矿浆管道（1）内的矿浆进行加压，并且其固定泵腔用于测量铁精矿矿浆在一定时间内或一定冲程内泵送的铁精矿矿浆体积；

一个或多个浓度计量仪（3），其用于计量所述矿浆管道（1）中铁精矿矿浆浓度；

PLC控制系统（5），其用于控制所述正排量活塞隔膜泵（2）和所述浓度计量仪（3）并且收集所述正排量活塞隔膜泵（2）和所述浓度计量仪（3）测量出的铁精矿矿浆体积和铁精矿矿浆浓度数值；

SCADA控制系统（6），其用于接收所述PLC控制系统（5）采集的铁精矿矿浆体积和铁精矿矿浆浓度数值，并计算出一段矿浆管道（1）中的铁精矿矿浆体积和铁精矿矿浆质量、整个管道内的铁精矿质量以及整个管道内生产水的质量。

进一步，还包括一皮带秤（4），其用于对脱水后的铁精矿进行计量；所述皮带秤（4）将无水铁精矿的质量数据通过所述PLC控制系统（5）发送给所述SCADA控制系统（6），所述SCADA控制系统（6）将所述皮带秤（4）测量值与自身计算值进行比较，以确定管道内是否存在未被输出的铁精矿。

进一步，还包括管控一体化系统（7），所述管控一体化系统（7）通过网络与所述SCADA控制系统（6）进行远程监控和管理。

进一步，还包括远程智能计量系统（8），所述远程智能计量系统（8）通过网络与所述PLC控制系统（5）连接，直接收集所述PLC控制系统（5）采集的铁精矿矿浆体积和铁精矿矿浆浓度数值，并计算出铁精矿矿浆体积、铁精矿矿浆质量、整个管道内的铁精矿质量以及整个管道内生产水的质量。

进一步，所述皮带秤（4）将无水铁精矿的质量数据通过所述PLC控制系统（5）发送给所述远程智能计量系统（8），所述远程智能计量系统（8）将所述皮带秤（4）测量值与自身计算值进行比较，以确定管道内是否存在未被输出的铁精矿。

进一步，所述远程智能计量系统（8）还包括一管道浆体输送计量系统显示界面（9）。

进一步，所述浓度计量仪（3）为超声波浓度计量仪。

一种矿浆管道运量的智能计量方法，包括以下步骤：

步骤Ⅰ：所述PLC控制系统（5）收集所述正排量活塞隔膜泵（2）和所述浓度计量仪（3）测量出的铁精矿矿浆体积和铁精矿矿浆浓度数值；

步骤Ⅱ：所述SCADA控制系统（6）或所述远程智能计量系统（8）根据上述数值进行如下计算并得出如下公式：由于矿浆密度                                                _浆随工况不同（例如打水、打浆以及浆水混合）会发生连续变化，因此_浆是时间的函数_浆(t)；所述正排量活塞隔膜泵（2）的活塞冲程数S的不断递增，S为连续变化，来代替时间t的递增，因此_浆(t)可以改写为_浆(S) ；

经过d_S个冲程（即d_t时间），泵送的矿浆体积为：

             公式1

其中：V₀-活塞单个冲程的理想泵送体积；η-冲程体积经验系数（活塞泵送的效率）；V_浆-矿浆体积；

于是在s个冲程（即t时间）内，泵送的矿浆总体积和总质量分别为：

          公式2

          公式3

V_浆的计算所需的冲程数s来自于所述PLC控制系统（5）对所述主泵2冲程数的采集；

而M_浆的计算所需的实时矿浆密度_浆(S)不是直接测得的，需用所述PLC控制系统5自所述浓度计3采得的实时矿浆质量浓度或来计算；即_浆(S)= f()或者_浆(t) = f()；

基于公式1、2、3的参数，结合所述PLC控制系统（5）采集的实时数据，可推导整个管道中的干矿质量：

    公式4

其中：-管段号；-同质流体段号；-管段中第个的长度（根据管道的运行历史动态计算）；-管道横截面积；-管段中第个同质流体段的密度；-管段中第个同质流体段的固体质量浓度；-管段中流体段数；

整个管道中的生产水质量(不含矿浆中的水)：

        公式5

其中：-用于控制矿浆中的水是否计入管内水总质量的开关量，这里计算时矿浆中水不计入管内水总量，取值方法为：当管段中第个同质流体段为水时，取值1；为浆体时，取值为0；

其中，M_浆=M_管内矿+M_管内水。

进一步，所述SCADA控制系统（6）或所述远程智能计量系统（8）将计算出的M_管内矿与所述皮带秤（4）计算出铁精矿的质量相比较，当两值相同或相差在安全值内，证明铁精矿管道运输安全；当两值相差值大于安全值时，证明存在一定量的铁精矿残留在管道中，需要进行故障排除。

该矿浆管道运量的智能计量系统及计量方法具有以下有益效果：

（1）本发明由于通过正排量活塞隔膜泵、浓度计量仪以及PLC控制系统采集矿浆浓度和矿浆体积数据，再根据计算公式得出一段矿浆管道中的铁精矿矿浆体积和铁精矿矿浆质量、整个管道内的铁精矿质量以及整个管道内生产水的质量，因而实现对整个管道运输中的各种参数进行精密监控。

（2）本发明还可以将计算出的整个管道中的干矿质量与皮带秤计算出铁精矿进行比较，以确定管道中的铁精矿是否完全被运输出来，以确定整个管道运输是否安全和稳定。

（3）本发明还通过网络建立远程智能计量系统，该系统不仅仅可以接收工作现场SCADA控制系统发来的计算结果，而且还能直接从PLC控制系统中读取相关数据并进行计算，以确保计算数值的准确性和精确性，不会出现失真或错误。

（4）无论管道中运行的是水还是矿浆，本发明均能准确测量出管道内输送物质的瞬时流量。

附图说明

图1：为本发明矿浆管道运量的智能计量系统及计量方法连接图；

图2：为本发明矿浆管道运量的智能计量系统的显示界面图。

附图标记说明：

1—矿浆管道；2—正排量活塞隔膜泵；3—浓度计量仪；4—皮带秤；5—PLC控制系统；6—SCADA控制系统；7—管控一体化系统；8—远程智能计量系统；9—管道浆体输送计量系统显示界面。

具体实施方式

下面结合图1和图2，对本发明做进一步说明：

如图1所示，一种矿浆管道运量的智能计量系统，包括一条或多条矿浆管道1、一台或多台正排量活塞隔膜泵2、一个或多个浓度计量仪3、PLC控制系统5以及SCADA控制系统6。

该矿浆管道1用于传输铁精矿矿浆。

该正排量活塞隔膜泵2用于对矿浆管道1内的矿浆进行加压，并且其固定泵腔用于测量铁精矿矿浆在一定时间内或一定冲程内泵送的铁精矿矿浆体积。

该浓度计量仪3其用于计量矿浆管道1中铁精矿矿浆浓度，该浓度计量仪3为超声波浓度计量仪。

该PLC控制系统5用于控制正排量活塞隔膜泵2和浓度计量仪3并且收集正排量活塞隔膜泵2和浓度计量仪3测量出的铁精矿矿浆体积和铁精矿矿浆浓度数值。

该SCADA控制系统6，SCADA控制系统6用于接收PLC控制系统5采集的铁精矿矿浆体积和铁精矿矿浆浓度数值，并计算出一段矿浆管道1中的铁精矿矿浆体积和铁精矿矿浆质量、整个管道内的铁精矿质量以及整个管道内生产水的质量。

根据上述部件及其功能，就可以在管道输送现场对铁精矿矿浆体积、铁精矿矿浆质量、整个管道内的铁精矿质量以及整个管道内生产水的质量进行计算。

此外，还包括一皮带秤4，皮带秤4用于对脱水后的铁精矿质量进行计量；皮带秤4将无水铁精矿的质量数据通过PLC控制系统5发送给SCADA控制系统6，SCADA控制系统6将皮带秤4测量值与自身计算值进行比较，以确定管道内是否存在未被输出的铁精矿。

因此，本发明还可以将计算出的整个管道中的干矿质量与皮带秤计算出铁精矿进行比较，以确定管道中的铁精矿是否完全被运输出来，以确定整个管道运输是否安全和稳定。

如图1虚线方框内所示，本发明还包括管控一体化系统7和远程智能计量系统8，管控一体化系统7通过网络与SCADA控制系统6进行远程监控和管理。

再者，本发明还包括远程智能计量系统8，远程智能计量系统8通过网络与PLC控制系统5连接，直接收集PLC控制系统5采集的铁精矿矿浆体积和铁精矿矿浆浓度数值，并计算出铁精矿矿浆体积、铁精矿矿浆质量、整个管道内的铁精矿质量以及整个管道内生产水的质量。本发明还通过网络建立远程智能计量系统8，该远程智能计量系统8不仅仅可以接收工作现场SCADA控制系统发来的计算结果，而且还能直接从PLC控制系统5中读取相关数据并进行计算，以确保计算数值的准确性和精确性，不会出现失真或错误。

皮带秤4将无水铁精矿的质量数据通过PLC控制系统5发送给远程智能计量系统8，远程智能计量系统8将所述皮带秤4测量值与自身计算值进行比较，以确定管道内是否存在未被输出的铁精矿。因而，在远程控制端也可以清楚的知晓管道运输中是否存在没有完全运出的铁精矿。

远程智能计量系统8还包括一管道浆体输送计量系统显示界面9，可供操作人员和管理人员直接进行管理。

该矿浆管道运量的智能计量系统的工作原理如下：

步骤Ⅰ：PLC控制系统5收集正排量活塞隔膜泵2和浓度计量仪3测量出的铁精矿矿浆体积和铁精矿矿浆浓度数值；

步骤Ⅱ：SCADA控制系统6或远程智能计量系统8根据上述数值进行如下计算并得出如下公式：由于矿浆密度_浆随工况不同（例如打水、打浆以及浆水混合）会发生连续变化，因此_浆是时间的函数_浆(t)；正排量活塞隔膜泵2的活塞冲程数S的不断递增，S为连续变化，来代替时间t的递增，因此_浆(t)可以改写为_浆(S) ；

经过d_S个冲程（即d_t时间），泵送的矿浆体积为：

             公式1

其中：V₀-活塞单个冲程的理想泵送体积；η-冲程体积经验系数（活塞泵送的效率）；V_浆-矿浆体积；

于是在s个冲程（即t时间）内，泵送的矿浆总体积和总质量分别为：

          公式2

          公式3

V_浆的计算所需的冲程数s来自于所述PLC控制系统5对所述主泵2冲程数的采集；

而M_浆的计算所需的实时矿浆密度_浆(S)不是直接测得的，需用所述PLC控制系统5自所述浓度计3采得的实时矿浆质量浓度或来计算；即_浆(S)= f()或者_浆(t) = f()；

基于公式1、2、3的参数，结合所述PLC控制系统5采集的实时数据，可推导整个管道中的干矿质量：

    公式4

其中：-管段号；-同质流体段号；-管段中第个的长度（根据管道的运行历史动态计算）；-管道横截面积；-管段中第个同质流体段的密度；-管段中第个同质流体段的固体质量浓度；-管段中流体段数。

需要做说明的是，铁精矿管道运输通常是有若干个基站之间连接管道组成，因而运输时，为了保证整个管道运输的压力，所以可能存在不同管段中输送不同质的流体，即有的管段为铁精矿矿浆，而有的管段仅仅是输送清水。

整个管道中的生产水质量(不含矿浆中的水)：

        公式5

其中：-用于控制矿浆中的水是否计入管内水总质量的开关量，这里计算时矿浆中水不计入管内水总量，取值方法为：当管段中第个同质流体段为水时，取值1；为浆体时，取值为0；

其中，M_浆=M_管内矿+M_管内水。

最后，上述SCADA控制系统6或远程智能计量系统8将计算出的M_管内矿与皮带秤4计算出铁精矿的质量相比较，当两值相同或相差在安全值内，证明铁精矿管道运输安全；当两值相差值大于安全值时，证明存在一定量的铁精矿残留在管道中，需要进行故障排除。

如图2所示，图2所示界面即为本发明固体运量的智能计量系统的显示界面。其显示了管道内各种物质的各种参数。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。