差壓式流量計的溫壓補(bǔ)償計算

牛澤亭(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

在化工廠中，應(yīng)用較為普遍的流體可分為氣體、蒸汽、液體三種。通過對以上流體的具體調(diào)查可知，對液體體積的影響較大的是溫度的變化，并呈正比關(guān)系，即溫度變化小，液體體積變化小，而壓力變化對其影響較小。因此在實踐過程中，不需要對其溫度和壓力進(jìn)行補(bǔ)償。而另兩種流體與液體流體特性不同，需要加以注意。在工作過程中，氣體和蒸汽受到溫度和壓力的影響會隨之發(fā)生改變，因此可能造成流量檢測結(jié)果存在誤差，并且數(shù)值差距較大。由此可見，在對氣體和蒸汽進(jìn)行流量測量時，加入溫壓補(bǔ)償計算，有利于測量結(jié)果精準(zhǔn)程度的提高[1]。

目前市面上應(yīng)用較廣的流量計具有較多種類，例如容積式、差壓式、振動式以及電磁式等。在液體、蒸汽和氣體流量的測量中，流量計有很多種，其中以帶壓力位移機(jī)構(gòu)的差壓式流量計較為常見，由于其結(jié)構(gòu)簡單、具有應(yīng)用范圍廣、數(shù)值準(zhǔn)確度較高的特點，因此差壓計作為在化工實際生產(chǎn)中最為常見且最為普遍的流量計。差壓式流量計內(nèi)部包含種類較多，分別有標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計、文丘里管式流量計、噴嘴流量計、均速管流量計、平衡流量計等等。差壓流量計作為一種流量測量工具，用于測量液體通過節(jié)流閥和差壓變送器的流量，具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝舒適、運(yùn)行可靠、造價低廉、施工加工標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點，因此在化工生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，例如可以測量液體和氣體單相。本文對流量測量中氣體和蒸汽兩種流體的溫壓補(bǔ)償具體計算進(jìn)行分析與探討。

1 差壓式流量計測量原理

流量測量在環(huán)境保護(hù)、交通運(yùn)輸、生物技術(shù)、科學(xué)研究與實驗、海洋氣象、河流湖泊等領(lǐng)域具有重要作用，其測量結(jié)果不僅要可靠，而且要準(zhǔn)確，因此對于流量計的要求非常嚴(yán)格。對于差壓式流量計而言，其主要結(jié)構(gòu)有節(jié)流裝置以及差壓變送器兩個裝置。其中節(jié)流裝置位于所要測量流體的管道之內(nèi)，而差壓變送器位于管道之外。具體來說，差壓變送器，只對測量液體的上下兩點中間的壓差進(jìn)行計算，如果需要測量流體流量，那么需要與節(jié)流閥或者壓力技術(shù)裝置共同使用，其中節(jié)流閥包括標(biāo)準(zhǔn)孔板和文丘里管等設(shè)備，壓力記錄裝置包括平均管、彎頭等設(shè)備。在測量過程中，需要根據(jù)相關(guān)結(jié)論如伯努利方程以及流體連續(xù)性原理，在流動管中進(jìn)行阻尼元件的安裝。安裝完成后，使得測量液體可以在阻尼元件處產(chǎn)生壓差，這時的壓差與流量具有函數(shù)關(guān)系。控制裝置內(nèi)出現(xiàn)充滿圓管的單相流體通過時，其產(chǎn)生的流動帶可以使彎曲部分產(chǎn)生局部收縮現(xiàn)象，形成反比關(guān)系，隨著流速的增大，靜壓逐漸降低，這時牽引部的前后方形成壓差。這個壓差值與流體的流量有一個數(shù)值比，因此，只要測量壓差，就可以得到流體通過管道的流量。在實踐過程中，差壓式流量計流量測量基本方程式如下[2]：

2 測量氣體流量溫壓補(bǔ)償

在化工行業(yè)生產(chǎn)過程中，諸如氧氣、氮氣這些較為常見的氣體大多結(jié)構(gòu)單一并且狀態(tài)穩(wěn)定。一般氣體為該氣體符合理想氣體狀態(tài)方式，也就是當(dāng)壓力低于1 MPa時，該氣體有無限等于1的可壓縮性。一般氣體具有較多優(yōu)勢，如對計算過程起到簡化作用，并且大多情況下符合工程的需求標(biāo)準(zhǔn)。

因此，本文僅對這類一般氣體的溫度、壓力補(bǔ)償計算方法進(jìn)行了探討。

2.1 氣體溫壓補(bǔ)償原理

根據(jù)相關(guān)定律，可對理想氣體方程進(jìn)行推導(dǎo)，公式具體分析如下：

式中：P為壓強(qiáng)(Pa)，表示理想氣體的絕對壓力；V為理想氣體體積 (m3)；n為氣體的物質(zhì)的量(mol)；R為最佳氣體常數(shù)，8 314 Pa·m3/(mol·k)； T為理想氣體的熱力學(xué)溫度(K)。

流體質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系可以用以下公式表示：

2.2 實際舉例

本文的實證舉例為隨機(jī)選取的某一裝置，該裝置需要對氮氣流量進(jìn)行測量。在測量過程中使用差壓流量計，并且內(nèi)部設(shè)有壓力與溫度的變速器。對基礎(chǔ)壓力和設(shè)計溫度進(jìn)行設(shè)置，數(shù)值如下：基礎(chǔ)壓力0.5 MPa(G)、設(shè)計溫度35 ℃。經(jīng)檢測后，實際檢測壓力0.4 MPa(G)，溫度30 ℃。流量計數(shù)值為300 m3/h，可得：從這個例子可以看出，由于實際測溫和壓力不同于設(shè)計的溫度和壓力，實際流量應(yīng)為測量流量數(shù)值的0.92倍，實際值與實測值相差24 m3/h。也就是說，在平時對氣體流量的測量過程中存在較大的測量偏差，因此應(yīng)該在測量過程中加入溫壓補(bǔ)償法進(jìn)行調(diào)整，使得誤差變小，從而提高結(jié)果的準(zhǔn)確性，否則對于其他氣體的測量誤差會更大，甚至造成較大的經(jīng)濟(jì)損失[3]。

3 測量蒸汽流量溫壓補(bǔ)償

在持續(xù)加熱的作用之下，飽和蒸汽會在自然蒸汽壓力下進(jìn)行，溫度升高，因此會與理想氣體的物理性質(zhì)相差較大，被稱為實際氣體。這時由理想氣體狀態(tài)所形成的方程導(dǎo)出的溫壓計算就不能用于此時進(jìn)行計算補(bǔ)償和修正[4]。

3.1 蒸汽溫壓補(bǔ)償公式

根據(jù)公式可知，在蒸汽流量測量過程中對測量結(jié)果影響最大的因素為密度。因此要想對測量誤差進(jìn)行控制與減小，需要對密度值進(jìn)行作用，使得結(jié)果更加準(zhǔn)確。

3.2 蒸汽密度獲取方法

在蒸氣密度獲取時，通常采用公式法、狀態(tài)方程法以及查表法三種方法進(jìn)行獲取。

IFC-67公式與IAPWS-IF97公式。為了達(dá)到蒸汽熱力學(xué)性質(zhì)以及數(shù)據(jù)在世界范圍內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)一的目的， IFC機(jī)構(gòu)在縝密的分析與討論后，對蒸汽熱力學(xué)性質(zhì)框架進(jìn)行規(guī)定，以此為基礎(chǔ)，提出了IFC-67公式。20世紀(jì)末期，修改后形成IAPWS-IF97公式，該公式在全球范圍內(nèi)擁有較高的權(quán)威性，并且較為全面。相比較來看，進(jìn)行更改后的公式雖然使用條件以及計算方程復(fù)雜程度較高，但是使用過程更加簡便[5]。

3.3 不同密度求取方法結(jié)果比較

以上為蒸氣密度獲取方法中較為主要的三種，對三種方法進(jìn)行比較驗證后，在利用不同的求解方法對密度進(jìn)行計算時，需要在實際過程實踐中對誤差的大小進(jìn)行比較，因此需要對截止的具體工作條件進(jìn)行前提性的分析，并以此結(jié)果為基礎(chǔ)，對方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，依次提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 進(jìn)行溫壓補(bǔ)償計算需注意的問題

溫壓補(bǔ)償技術(shù)的實際應(yīng)用，在具體工作過程中還存在著較多不足，因此溫壓補(bǔ)償精度還有上升的空間，因此本文對工程實踐中遇到的問題進(jìn)行了具體舉例，希望可以引以為戒。理想氣體的狀態(tài)方程并不完全適用所有情況，需要進(jìn)行多因素的綜合性考慮后，才可以對計算的準(zhǔn)確性進(jìn)行保證[6]。

綜上所述，本文以較為常用的差壓流量計作為典型例子進(jìn)行分析，對溫壓補(bǔ)償技術(shù)和公式計算方法進(jìn)行簡單介紹，但是對于線性流量計以及脈沖流量計而言，流量公式的不同會造成溫壓補(bǔ)償公式的變化，因此這兩種流量計對于差壓流量公式而言是有所區(qū)別的，應(yīng)該在實際工作中加以注意。

5 結(jié)語

總而言之，由于流體特性的不同，存在流量測量過程與結(jié)果誤差的差異性。為了使得氣體和蒸汽兩種流體流量測量結(jié)果擁有更高的精準(zhǔn)度，需要在測量完成后加入對測量結(jié)果的溫壓補(bǔ)償計算。如果缺少這一步，或者不注意這一步，就會帶來很大的誤差，以此對化工生產(chǎn)過程的控制產(chǎn)生重要影響，會帶來不可估計的后果。本文對差壓式流量計的溫壓補(bǔ)償情況以及相關(guān)原理進(jìn)行具體分析闡述，用實例說明了計算的詳細(xì)過程，并提出了在實際工程實踐中應(yīng)注意的幾個要點，使差壓式流量計，可以更好地選擇適宜的溫壓補(bǔ)償方法，從而對燃?xì)夂驼羝髁繙y量的精準(zhǔn)程度進(jìn)行提高，促進(jìn)數(shù)據(jù)測量的穩(wěn)定性與高效性。