差壓式流量測量技術問答（六）節流裝置計算及溫壓補償計算

天津石化煉油廠 汪玉忠

39 用內錐式流量計測量天然氣流量時，以行標SY/T6143方法如何進行計算？（例題）

⑴ 已知條件

①介質：天然氣

②流量：qVmax=13.0×104m3/h

qVcon=10.0×104m3/h

qVmin=2.0×104m3/h

③操作壓力：P1=4.5 MPa（表）

④操作溫度：t=15℃

⑤管道：20號鋼：內徑：D20=400.00mm

⑥相對密度：Gr=0.6

⑦操作粘度：μ1=0.118 mPa?s

⑧等熵指數：K=1.46

⑨流出系數：C=0.8200（標定值）

⑩當地大氣壓P大= 0.098 MPa（表）

⑵ 選擇數據

①內錐體材質為1Cr18Ni9Ti

②內錐直徑與管內徑比βV20=0.55

⑶ 輔助計算

④超壓系數 （見SY/T6143—2004附錄A.1.4）

⑤操作條件下管徑

⑷ 初步計算

①流量上限值

設ε=1 Δp=10kPa 根據計算式和其他已知條件：

②正常流量時的差壓

⑸ 最終計算

①可膨脹系數

②流量上限

③流量對應的差壓

40 節流裝置的永久壓力損失Δplose是如何規定的？

⑴標準孔板、噴嘴（ISA1932、長徑噴嘴）的壓力損失根據GB/T2624—93規定有兩種計算方法：

當β在0.40～0.75之間，永久壓力損失Δplose=（82～57%）Δp

⑵ 標準文丘里管（經典文丘里管、文丘里噴嘴）的壓力損失根據GB/T2624—93的規定計算方法為：

式中 Δp″—文丘里管安裝后，在上游法蘭前1D處與在下游

法蘭后6D處的兩點差壓；

Δp′—文丘里管安裝前，原管道上在上述兩點的差壓；

Δp —文丘里管差壓。

永久壓力損失Δplose的實際值為（5～20%）Δp。上面公式在實際應用中很不方便，在文丘里管的錐角為70°時，采用下列公式：

⑶ 均速管的壓力損失

均速管是低壓壓力損失的非標準節流裝置，其壓力損失沒有統一規定，各個廠家的產品都提供計算壓力損失的方法。下面提供的方法僅供參考：

41 標準孔板與均速管的壓力損失Δplose、能耗W、年運行費用Cost各有多少？

液體、氣體和蒸汽的能耗公式

年運行費用公式 Cost=（W/h）×年運行小時×A

式中：W— 能耗kw；

Δplose—壓力損失kPa；

qvcon— 正常體積流量m3/h；

qmcon—正常質量流量kg/h；

η— 泵效率% ；

FZ— 操作狀態壓縮系數；

TK— 介質絕對溫度°K；

P—介質操作狀態絕對壓力 kPa；

ρ—操作密度kg/m3；

A—電價

例1，某廠水管道內徑為φ250mm，正常體積流量400m3/h，操作壓力1.6MPa，標準孔板計算結果β=0.624、差壓Δp=50kPa；使用平均面積法四孔取壓的均速管計算結果：差壓Δp=16kPa，泵效率η取80%，電價A=0.5（yun/kW?h）。

①計算標準孔板的Δplose、W和Cost：

②計算均速管的Δplose、W和C：

42 差壓式流量計測量過熱蒸汽流量時，由于操作溫度、壓力的變化，為什么會產生測量誤差？

從上述公式可以看出差壓Δp作為影響流速的敏感因素，而把密度ρ作為一個常數量來處理的。但是在實際操作中，密度ρ也是流速的敏感因素，它是操作溫度、壓力的函數。一旦操作溫度或壓力偏離了設計值，就將帶來流量的測量誤差。因此，溫壓補償的實質就是將操作溫度、壓力隨時跟蹤密度ρ的變化。

例題 測量某供熱廠的過熱蒸汽流量，設計壓力1.078Mpa（表壓）、溫度260℃；當壓力下降0.35Mpa（表壓）、溫度上升50℃，測量誤差計算如下：

計算式中密度值查表得到，數值為負表示減少。

由此可見當操作條件偏離設計條件時所產生的測量誤差是很大的，進行溫壓補償是必要的。

43 氣體流量計無溫壓補償，當操作溫度、壓力變化時，對測量會有多大的誤差？

在氣體或過熱蒸汽流量測量中，操作溫度、壓力偏離設計值，又無溫壓補償，其測量誤差是很大的。下面舉例進行說明。

例1：某廠測量燃料氣流量，設計壓力0.3Mpa（表壓）、溫度30℃；冬季用量大時，壓力降至0.2Mpa（表壓），在溫度不變時測量誤差如下。

由氣體流量溫壓補償的誤差計算式：

式中 ，ρ—密度；p—壓力；T—溫度；δqv—相對誤差；下標d —設計值；o — 操作值 。

由此可見當操作條件偏離設計條件時所產生的測量誤差是很大的，進行溫壓補償是必要的。

44 差壓式流量計測量氣體的溫壓補償運算式是如何表示的？

由于氣體體積是可以壓縮的，在不同的溫度和壓力條件下，氣體的體積流量是不同的。采用節流裝置差壓式流量計測量時，其結果是用標準狀態下（t=0℃、P=0.10133Mpa）來表示的。下面公式推導中qV—氣體體積流量、ρ—密度、T—絕對溫度、P—絕對壓力、—差壓、K=0.03999αεd2、K—流量系數；下標s—標準、o—操作、d—設計。

根據理想氣體特性

所以得到溫壓補償運算式為：

45 差壓式流量計測量過熱蒸汽的溫壓補償運算式是如何推導的？

過熱蒸汽差壓式流量測量與氣體流量測量有兩點不同，一個是過熱蒸汽密度ρ不遵守理想氣體溫度、壓力變化的特性，另一個是采用質量流量計算公式，因此它們的溫壓補償運算式完全不同。

根據節流裝置差壓式流量計算式

當采用數學模型法計算操作密度ρ時

式（45-4）為過熱蒸汽流量測量的溫壓補償運算式，式中符號為：

P — 壓力（表壓） MPa ； t —溫度℃ ； 下標O — 操作 ；d — 設計；A、B、D、F—模型系數，在補償溫度、壓力量程確定后，用最小二乘法求出。

46 氣體流量的溫壓補償方法是如何實現的？（舉例說明）

采用溫壓補償的方框圖見圖11。

圖11 氣體流量溫壓補償方框圖

根據題意選壓力變送器量程為0～0.441MPa，溫度變送器量程為0～60℃，計算各系數，并代入式（46-5），得到：

根據氣體流量溫壓補償公式：

又根據儀表統一信號（4～20ma或1～5V）表達式，令：

式中：PL—壓力變送器起始壓力

TL—溫度變送器起始溫度

PS—壓力變送器量程

TS—溫度變送器量程

XP—壓力變送器輸出信號

XT—溫度變送器輸出信號

XH—變送器上限信號

XL—變送器下限信號

將式（46-2）、（46-3）代入式（46-1），經過整理得到：

為便于運算將式（46-4）改寫為：

式中 X1—差壓信號、X2—壓力信號、X3—溫度信號

k01—PS/Pd、k02—TS/Td、k03—PL/Pd、k04—TL/Td

例題：測量燃料氣孔板式差壓流量計最大流量2000nm3/h，設計的表壓0.441MPa ，溫度60℃，選擇差壓16kPa，管內徑D=205mm，孔板孔徑d=108.03mm，寫出溫壓補償運算式。