李文忠

（中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司，山東青島 266500）

0 引言

煉化企業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用節(jié)流式差壓流量計來測量氣體及蒸汽介質(zhì)流量，其基本流量方程式為：

式中 qm——被測介質(zhì)實際操作條件下的質(zhì)量流量

qv——表示被測介質(zhì)實際操作條件下的體積流量

α——流量系數(shù)

ε——膨脹系數(shù)

d——節(jié)流元件開孔直徑

ΔP——節(jié)流元件前后差壓

ρ——被測介質(zhì)實際操作條件下的密度。從上式可以看出，差壓式流量計測量出的流量大小與節(jié)流元件前后差壓及被測介質(zhì)的密度相關(guān)。

由于氣體及蒸汽介質(zhì)的密度受溫度、壓力參數(shù)變化的影響很大，實際操作時氣體及蒸汽介質(zhì)的溫度、壓力與設(shè)計條件下的數(shù)據(jù)有時會有較大偏差。因此，為提高節(jié)流式差壓流量計測量精度，需要對氣體及蒸汽介質(zhì)流量測量進行相應(yīng)的溫度壓力補償運算。

1 部分DCS 廠家提供的流量計溫度、壓力補償運算方案

部分DCS 廠家提供的實用節(jié)流式差壓流量計溫度、壓力補償運算方案如下：

式中Fi——檢測流量；

F0——溫壓補償后的流量；

p——實測介質(zhì)壓力，kPa

ps——設(shè)計介質(zhì)壓力，kPa

t——實測介質(zhì)溫度，℃

ts——設(shè)計介質(zhì)溫度，℃

式（1）可簡化為F0=Fi。其中，F(xiàn)i為檢測流量，F(xiàn)0為溫壓補償后的流量，P 為實測介質(zhì)絕對壓力，Ps為設(shè)計介質(zhì)絕對壓力，T為實測介質(zhì)絕對溫度，Ts為設(shè)計介質(zhì)絕對溫度。

DCS 廠家資料說明中，明確了該溫度、壓力補償公式適用于氣體和蒸汽介質(zhì)。

通常氣體介質(zhì)的節(jié)流元件計算中采用的是標準狀況體積流量單位為“Nm3/h”，蒸汽介質(zhì)采用的是質(zhì)量流量單位“kg/h”。如果采用上述同一個溫壓補償運算公式，是否存在密度運算偏差？對于氣體介質(zhì)和蒸汽介質(zhì)，正確的溫壓補償公式應(yīng)該如何確定？

2 節(jié)流式差壓流量計測量氣體介質(zhì)流量

工程設(shè)計中通常把氣體介質(zhì)當(dāng)做理想氣體進行節(jié)流裝置計算選型，流量單位選擇標準狀況：

體積流量“Nm3/h”（0 ℃，0.101 325 MPa）。

2.1 氣體介質(zhì)的標準密度轉(zhuǎn)換為設(shè)計條件下的操作密度

理想氣體狀態(tài)方程式為PV=nRT，根據(jù)該方程式推導(dǎo)得出設(shè)計條件密度ρs與標準狀況密度ρn運算關(guān)系為。其中，n 指標準狀況下的變量參數(shù)，s 指設(shè)計條件下的變量參數(shù)。

2.2 流量的計算（流量單位為“m3/h”）

（1）設(shè)計條件下，體積流量運算關(guān)系為qs=qn×，體積流量測量運算關(guān)系為qs=αε×。因此，設(shè)計條件下轉(zhuǎn)換成標準狀況下的體積流量測量運算關(guān)系式：

2.3 氣體介質(zhì)溫度壓力補償運算公式

將上式與DCS 廠家給出的溫度壓力補償公式進行對比，可以明確：①廠家給出的溫度壓力補償公式用于氣體介質(zhì)溫度壓力補償運算時是有嚴格條件限制的，即只能用于節(jié)流裝置計算時流量單位采用標準體積流量的情況；②如果節(jié)流裝置計算時流量單位采用體積流量則需要根據(jù)式進行溫度壓力補償運算。

3 節(jié)流式差壓流量計測量蒸汽介質(zhì)流量及補償運算

工程設(shè)計中蒸汽介質(zhì)分為兩種，即飽和蒸汽和過熱蒸汽，節(jié)流裝置計算選型時流量單位選擇質(zhì)量流量“kg/h”。

3.1 飽和蒸汽流量測量及補償運算

飽和蒸汽的密度與壓力或溫度之間是單值函數(shù)關(guān)系，即通過壓力或溫度查飽和蒸汽熱力學(xué)參數(shù)表得出的密度數(shù)據(jù)是一致的。由于飽和蒸汽的物理性質(zhì)與理想氣體差別很大，因此不能采用通用的氣體介質(zhì)溫壓補償公式，飽和蒸汽流量測量公式如下：

由于壓力變送器測量精度優(yōu)于溫度傳感器，因此實際應(yīng)用中常采用壓力變送器方案對密度進行修正和補償運算（表1）。

表1 飽和水蒸汽密度與壓力的對應(yīng)關(guān)系

正常運行過程中，由于飽和蒸汽的實際操作工況已基本穩(wěn)定，應(yīng)根據(jù)實際的操作工況和確定的節(jié)流元件孔徑數(shù)據(jù)對節(jié)流元件進行應(yīng)用計算，反算并修正對應(yīng)實際操作工況的差壓變送器量程，并根據(jù)實際操作工況對照選擇不同壓力范圍下密度與壓力的計算公式代入，即可對飽和蒸汽流量進行相對準確的補償運算。

3.2 過熱蒸汽流量測量及補償運算

過熱蒸汽的密度受壓力和溫度兩個自變量共同影響，實際操作條件與設(shè)計條件偏差較小的前提下，實際應(yīng)用中可以簡單地把過熱蒸汽看做近似理想氣體，因此可按照氣體介質(zhì)質(zhì)量流量公式進行溫度壓力補償運算。

上式與DCS 廠家給出的溫度壓力補償公式進行對比，可以明確：廠家給出的溫度壓力補償公式可以用于過熱蒸汽流量的簡單溫度壓力補償運算，單位選擇質(zhì)量流量。

正常運行過程中，由于過熱蒸汽的實際操作工況已基本穩(wěn)定，應(yīng)根據(jù)實際的操作工況和確定的節(jié)流元件孔徑數(shù)據(jù)對節(jié)流元件進行應(yīng)用計算，反算并修正對應(yīng)實際操作工況的差壓變送器量程，然后再進行相對準確的溫度壓力補償運算。

4 結(jié)束語

通過對氣體、飽和蒸汽、過熱蒸汽差壓式流量計溫度壓力補償運算的推導(dǎo)和梳理，明確了部分DCS 廠家提供的通用溫度壓力補償運算公式中的流量單位及適用范圍，并給出不適用于通用溫度壓力補償運算公式的飽和蒸汽介質(zhì)流量的補償運算公式。通過正確選擇溫度壓力補償公式和流量單位，將提高差壓式流量計的測量準確度、減小測量偏差。