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        溫壓補償在流量計量中的應用
        發(fā)布時間:2016-11-03

        1 引言
           差壓式流量計測量氣體流量時,由于介質(zhì)工作溫度、壓力不是恒定的,所以需要對測得的流量進行溫壓補償才能獲得準確的流量數(shù)值。但在實際維護工作中,由于概念模糊、錯誤,對公式及參數(shù)的理解不夠深入嚴謹、各主流DCS或流量演算儀組態(tài)參數(shù)的配置不一等原因?qū)е職怏w流量測量偏差較大。
        2 溫壓補償
        2.1 溫壓補償?shù)幕驹?
           由于氣體的可壓縮性,決定了其流量測量的復雜性,氣體的實際流量除了與儀表的測量信號有關(guān),還與氣體的實時密度有關(guān),而氣體的密度又是溫度和壓力的函數(shù),所以,氣體的流量測量普遍存在溫壓補償問題,其實質(zhì)就是被測氣體的工況下溫度、壓力與設計數(shù)值不符時,而采取的密度修正措施。
        2.2 溫壓補償?shù)那疤?
           只有計算出流量,補償才有意義。溫壓補償?shù)那疤峋褪怯嬎愠隽髁,沒有流量計算,補償就無從談起。只要是利用差壓原理來測量流量,都滿足流量基本方程。流量基本方程式(差壓流量計)為:

        式中:
        q為被測氣體在工作狀態(tài)下的體積流量;
        M為被測氣體在工作狀態(tài)下的質(zhì)量流量;
        k為系數(shù),它包含流量系數(shù)、膨脹系數(shù)、管道孔徑等參數(shù);
        Δp為差壓,可實時檢測;
        ρ為工作狀態(tài)下的密度,一般難以直接測得,通常通過溫度、壓力、組分求得,需在線進行溫壓補償。
        2.3 溫壓補償?shù)幕竟?
        依據(jù)理想氣體、水蒸氣、濕氣體3種情況密度變化的具體特點,分別衍生出3種不同的流量補償公式。
        (1) 理想氣體溫壓補償公式

        式中:F0為補償前的流量,單位為m3/h;
        F為補償后的流量,單位為m3/h;
        P為工作壓力,單位為kPa;
        Pb為設計壓力,單位為kPa;
        T為工作溫度,單位為K;
        Tb為設計溫度,單位為K。
        (2)水蒸氣溫壓補償公式
           水蒸氣不等同于理想氣體,其密度與溫度、壓力沒有現(xiàn)成的、精確的函數(shù)關(guān)系式,只能從手冊中,根據(jù)溫度和壓力查表找出相應的密度,或以經(jīng)驗公式來替代,分為兩種情況:
        當壓力變化范圍0.1~1.1MPa,溫度變化范圍100~400℃時:

        當壓力變化范圍1.0~14.7MPa,溫度變化范圍400~500℃時

        式中:P為實時壓力,T為實時溫度。
        (3)濕氣體溫壓補償公式
           濕氣體與干氣體的不同點是,其密度除了與溫度、壓力有關(guān)外,還與濕度有關(guān),包含濕度補正的濕氣體溫壓補償公式:

        式中:
        Q為補償后的質(zhì)量流量,
        Q0為補償前的質(zhì)量流量,單位為kg/m3;
        0.804為溫度0℃,一個標準大氣壓下,水蒸氣的密度,單位為kg/m3;
        ρ0、T0、P0分別表示氣體在0℃、一個標準大氣壓下的密度、絕對溫度、絕對壓力;
        F為氣體的絕對濕度,kg/m3;
        Z為氣體壓縮系數(shù);
        P為實時壓力;
        T為實時溫度;
        F、Z、ρ0可查表求得。
        3 溫壓補償?shù)膶嵤?
        3.1 DCS中實現(xiàn)溫壓補償
           在目前應用的主流DCS系統(tǒng)具有數(shù)學函數(shù)、邏輯運算的功能塊,方便程序得以實現(xiàn)。對于理想氣體而言,艾默生DeltaV系統(tǒng)調(diào)用PT_COMP模塊、橫河CS3000 DCS系統(tǒng)調(diào)用TPCFL模塊、和利時MACCS DCS系統(tǒng)調(diào)用TPCOMP模塊、浙大中控JX-300XDCS系統(tǒng)調(diào)用PTCOMP模塊,定義相關(guān)變量并設置相應參數(shù)即可。對于濕氣體或蒸汽而言,只需按照上述對應的溫壓補償公式單獨組態(tài)即可。
        3.2 PLC中實現(xiàn)溫壓補償
           對于PLC控制系統(tǒng),實現(xiàn)起來較為復雜。不管是理想氣體還是濕氣體或蒸汽而言,都須按照各自的補償公式自定義功能塊,在功能塊中通過文本化的高級編程語言編寫應用程序,調(diào)用該功能塊來實現(xiàn)密度計算。
        3.3 流量演算儀中實現(xiàn)溫壓補償
           在流量演算儀中組態(tài),若現(xiàn)場為差壓式儀表時,一方面要注意選用合適的密度補償模塊,同時還需注意通道的正確性、單位的一致性。若現(xiàn)場為脈沖式儀表,在設定儀表系數(shù)時確保單位的一致性,且只能測得工況下的體積流量,結(jié)合已經(jīng)固化好的密度補償芯片可算出對應的質(zhì)量流量。
        4 溫壓補償?shù)牡湫驼`解及維護策略
        4.1 正確對待極端情況
           要對實際工況波動頻繁及波動很大的場合持慎重態(tài)度,否則單靠溫壓補償仍難達到測量精度要求。自控人員應建議工藝人員查找工況參數(shù)波動大及波動頻繁的原因,從工藝或設備上進行改進才是上策。
        4.2 油品計量也需要溫壓補償
           石油制品大都采用壓力、溫度修正,它通過密度與壓力、溫度的函數(shù)關(guān)系進行計算而得到。但這種方法并非所有情況都是有效的,如被測介質(zhì)組分經(jīng)常變動,密度與壓力溫度關(guān)系不明確或精度不高等就難以應用,因此,應該發(fā)展補償?shù)闹苯臃ǎ芏、粘度補償),使直接法和間接法(壓力溫度補償)同時并舉,相輔相成。
        4.3 工況流量與標準流量的區(qū)別
           工況下的流量是指介質(zhì)在實際工作狀態(tài)下的流量,設計流量是指介質(zhì)在某種規(guī)定條件(一般為設計狀況)下的流量,標準流量是指壓力為101325Pa,溫度為20℃時的體積流量。在實際工作中有很多人將設計流量誤解為標準大氣壓下的流量,這種情況一定要加以糾正。
        4.4 量程與單位必須保證一致
           注意DCS、PLC、演算儀中的差壓、溫度、壓力值的上下限的設定要與各個變送器保持一致,并要注意各個量的單位使用,單位在任何時候都需保持一致。
        4.5 流量系數(shù)設定要慎之又慎
           在以脈沖形式輸出的流量傳感器(如渦街流量計、渦輪流量計旋進漩渦流量計、羅茨流量計)中,常用儀表常數(shù)來表示脈沖輸出量與流過儀表的流體流量之間的靜特性。在流量儀表中,儀表常數(shù)的定義是單位體積流體流過流量計時流量計發(fā)出的脈沖數(shù),其單位為L-1或m-3,有些儀表中將單位標示為流量系數(shù)K(單位為P/L或P/m-3,有的單位為I/L,有的單位為ξ單位為l/P,有的單位為N/L,或N/m-3),在進行計算時,應保持量綱的一致性,有時需進行簡單單位換算,否則容易出錯。
        4.6 避免重復開方
           差壓式流量計總是要有開方運算這一環(huán)節(jié),但若在差壓變送器開了平方后,在二次儀表(DCS、PLC、流量演算儀)中再開方一次,就會產(chǎn)生相當大的誤差,重復開方使得儀表示值偏大。
        4.7 避免將絕對壓力當表壓來處理
           在帶壓力補償?shù)牧髁繙y量系統(tǒng)中,其中最容易出錯的是將絕對壓力當表壓來處理,流量補償中用的壓力變送器一般均為表壓力變送器,但在差壓流量計中進行壓力補償?shù)墓綖榻^壓,將絕對壓力當表壓來處理帶來的誤差是顯著的,而且操作壓力越低,影響越大。
        4.8 溫壓補償不是萬能的
           當工況參數(shù)偏離設計值太多,或工況參數(shù)波動頻繁且太大時,即使有了溫壓補正措施,仍難達到測量精度要求,此時對于特定的孔板而言,只能重新計算差壓與流量之間的關(guān)系。
        5 結(jié)束語
           氣體流量測量普遍存在溫壓補償問題,這是由氣體的特性所確定的。因此,在氣體流量測量系統(tǒng)中,溫壓補償是其中一個不可缺少的環(huán)節(jié)。深入了解溫壓補償?shù)臋C理,將其靈活應用于工作實踐中,真正做到流量測量了然于心,才能在工作中不被動

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