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温 压补偿在流量计量中的应用

1 引言 

  测量气体流量时,由于介质工作温度、压力不是恒定的,所 以需要对测得的流量进行温压补偿才能获得准确的流量数值。但在实际维护工作中,由于概念模糊、错误,对 公式及参数的理解不够深入严谨、各主流DCS或 流量演算仪组态参数的配置不一等原因导致气体流量测量偏差较大。
2 温压补偿
2.1 温压补偿的基本原理
   由于气体的可压缩性,决 定了其流量测量的复杂性,气 体的实际流量除了与仪表的测量信号有关,还 与气体的实时密度有关,而 气体的密度又是温度和压力的函数,所以,气 体的流量测量普遍存在温压补偿问题,其 实质就是被测气体的工况下温度、压 力与设计数值不符时,而 采取的密度修正措施。
2.2 温压补偿的前提
   只有计算出流量,补偿才有意义。温 压补偿的前提就是计算出流量,没有流量计算,补偿就无从谈起。只 要是利用差压原理来测量流量,都满足流量基本方程。流量基本方程式(差压流量计)为:

式中:
q为 被测气体在工作状态下的体积流量;
M为 被测气体在工作状态下的质量流量;
k为系数,它包含流量系数、膨胀系数、管道孔径等参数;
Δp为差压,可实时检测;
ρ为工作状态下的密度,一般难以直接测得,通常通过温度、压力、组分求得,需在线进行温压补偿。
2.3 温压补偿的基本公式
依据理想气体、水蒸气、湿气体3种 情况密度变化的具体特点,分别衍生出3种 不同的流量补偿公式。
1) 理 想气体温压补偿公式

式中:F0为补偿前的流量,单位为m3/h;
F为补偿后的流量,单位为m3/h;
P为工作压力,单位为kPa;
Pb为设计压力,单位为kPa;
T为工作温度,单位为K;
Tb为设计温度,单位为K。
2)水蒸气温压补偿公式
   水 蒸气不等同于理想气体,其密度与温度、压力没有现成的、精确的函数关系式,只能从手册中,根 据温度和压力查表找出相应的密度,或以经验公式来替代,分为两种情况:
当压力变化范围0.1~1.1MPa,温度变化范围100~400℃时:

当压力变化范围1.0~14.7MPa,温度变化范围400~500℃时

式中:P为实时压力,T为实时温度。
3)湿气体温压补偿公式
   湿 气体与干气体的不同点是,其密度除了与温度、压力有关外,还与湿度有关,包 含湿度补正的湿气体温压补偿公式:

式中:
Q为补偿后的质量流量,
Q0为补偿前的质量流量,单位为kg/m3;
0.804为温度0℃,一个标准大气压下,水蒸气的密度,单位为kg/m3;
ρ0、T0、P0分别表示气体在0℃、一 个标准大气压下的密度、绝对温度、绝对压力;
F为气体的绝对湿度,kg/m3;
Z为气体压缩系数;
P为实时压力;
T为实时温度;
F、Z、ρ0可查表求得。
3 温压补偿的实施
3.1 DCS中实现温压补偿
   在目前应用的主流DCS系统具有数学函数、逻辑运算的功能块,方便程序得以实现。对于理想气体而言,艾默生DeltaV系统调用PT_COMP模块、横河CS3000 DCS系统调用TPCFL模块、和利时MACCS DCS系统调用TPCOMP模块、浙大中控JX-300XDCS系统调用PTCOMP模块,定 义相关变量并设置相应参数即可。对 于湿气体或蒸汽而言,只 需按照上述对应的温压补偿公式单独组态即可。
3.2 PLC中实现温压补偿
   对于PLC控制系统,实现起来较为复杂。不 管是理想气体还是湿气体或蒸汽而言,都 须按照各自的补偿公式自定义功能块,在 功能块中通过文本化的高级编程语言编写应用程序,调 用该功能块来实现密度计算。
3.3 流 量演算仪中实现温压补偿
   在流量演算仪中组态,若 现场为差压式仪表时,一 方面要注意选用合适的密度补偿模块,同 时还需注意通道的正确性、单位的一致性。若现场为脉冲式仪表,在 设定仪表系数时确保单位的一致性,且 只能测得工况下的体积流量,结 合已经固化好的密度补偿芯片可算出对应的质量流量。
4 温 压补偿的典型误解及维护策略
4.1 正确对待极端情况
   要 对实际工况波动频繁及波动很大的场合持慎重态度,否 则单靠温压补偿仍 难达到测量精度要求。自 控人员应建议工艺人员查找工况参数波动大及波动频繁的原因,从 工艺或设备上进行改进才是上策。
4.2 油 品计量也需要温压补偿
   石 油制品大都采用压力、温度修正,它通过密度与压力、温 度的函数关系进行计算而得到。但 这种方法并非所有情况都是有效的,如 被测介质组分经常变动,密 度与压力温度关系不明确或精度不高等就难以应用,因此,应 该发展补偿的直接法(密度、粘度补偿),使直接法和间接法(压力温度补偿)同时并举,相辅相成。
4.3 工 况流量与标准流量的区别
   工 况下的流量是指介质在实际工作状态下的流量,设 计流量是指介质在某种规定条件(一般为设计状况)下的流量,标准流量是指压力为101325Pa,温度为20℃时的体积流量。在 实际工作中有很多人将设计流量误解为标准大气压下的流量,这 种情况一定要加以纠正。
4.4 量 程与单位必须保证一致
   注意DCS、PLC、演算仪中的差压、温度、压 力值的上下限的设定要与各个变送器保持一致,并 要注意各个量的单位使用,单 位在任何时候都需保持一致。
4.5 流 量系数设定要慎之又慎
   在 以脉冲形式输出的流量传感器(如、罗茨流量计)中,常 用仪表常数来表示脉冲输出量与流过仪表的流体流量之间的静特性。在流量仪表中,仪 表常数的定义是单位体积流体流过流量计时流量计发出的脉冲数,其单位为L-1或m-3,有 些仪表中将单位标示为流量系数K(单位为P/L或P/m-3,有的单位为I/L,有的单位为ξ单位为l/P,有的单位为N/L,或N/m-3),在进行计算时,应保持量纲的一致性,有 时需进行简单单位换算,否则容易出错。
4.6 避免重复开方
   差 压式流量计总是要有开方运算这一环节,但若在开了平方后,在二次仪表(DCS、PLC、流量演算仪)中再开方一次,就 会产生相当大的误差,重 复开方使得仪表示值偏大。
4.7 避 免将绝对压力当表压来处理
   在 带压力补偿的流量测量系统中,其 中最容易出错的是将绝对压力当表压来处理,流 量补偿中用的压力变送器一般均为表压力变送器,但 在差压流量计中进行压力补偿的公式为绝压,将 绝对压力当表压来处理带来的误差是显著的,而且操作压力越低,影响越大。
4.8 温压补偿不是万能的
   当 工况参数偏离设计值太多,或 工况参数波动频繁且太大时,即 使有了温压补正措施,仍 难达到测量精度要求,此 时对于特定的孔板而言,只 能重新计算差压与流量之间的关系。
5 结束语
   气 体流量测量普遍存在温压补偿问题,这 是由气体的特性所确定的。因此,在 气体流量测量系统中,温 压补偿是其中一个不可缺少的环节。深 入了解温压补偿的机理,将 其灵活应用于工作实践中,真 正做到流量测量了然于心,才能在工作中不被动


(本文来源于网络)


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