0引(yin)言
  用标(biao)準節流(liu)裝置測(ce)量氣體(ti)流量，其(qi)準确度(du)影響因(yin)素，包🔆括(kuo)直管💚段(duan)長度、一(yi)次測量(liang)元件運(yun)行狀況(kuang)、現場🈲變(bian)送器安(an)裝使用(yong)、儀表量(liang)程合理(li)與否、溫(wen)壓補償(chang)參數正(zheng)确性都(dou)是非常(chang)重🈚要的(de)因素。
  氣(qi)體具有(you)可壓縮(suo)性，在氣(qi)體流量(liang)測量過(guo)程中，流(liu)量與氣(qi)🈲體💁密度(du)緊密關(guan)聯；而氣(qi)體密度(du)又是溫(wen)度和壓(ya)力（簡稱(cheng)溫壓）的(de)函數。所(suo)以要獲(huo)取準确(que)的氣體(ti)流量，需(xu)要進行(hang)溫壓☀️補(bu)償。
1節流(liu)式差壓(ya)流量計(ji)的構成(cheng)及工作(zuo)原理
1.1節(jie)流裝置(zhi)流量測(ce)量系統(tong)構成
  節(jie)流裝置(zhi)(孔闆流(liu)量計)、導(dao)壓管、差(cha)壓變送(song)器和流(liu)量二次(ci)表（DCS系統(tong)）組成了(le)孔闆式(shi)節流裝(zhuang)置流量(liang)🚶測量系(xi)⛱️統🔴（簡🌈稱(cheng)流量測(ce)量系統(tong)）。
1.2節流孔(kong)闆的工(gong)作原理(li)
  充滿管(guan)道的流(liu)體流經(jing)管道内(nei)的節流(liu)裝置，在(zai)節流件(jian)附近造(zao)成局部(bu)收縮，流(liu)速增加(jia)，在其上(shang)、下遊兩(liang)側産生(sheng)♻️靜壓🧡力(li)差。
在已(yi)知有關(guan)參數的(de)條件下(xia)，根據流(liu)動連續(xu)性原理(li)和👣伯努(nu)利🔞方程(cheng)可以推(tui)導出差(cha)壓與流(liu)量之間(jian)的關🈲系(xi)而求得(de)流量[1]。其(qi)基本公(gong)式如下(xia)：

c－流出系(xi)數無量(liang)綱
qm－質量(liang)流量kg/s
qv－體(ti)積流量(liang)m3/s
β－直徑比(bi)d/D無量綱(gang)
d－工作條(tiao)件下節(jie)流件直(zhi)徑
D－工作(zuo)條件下(xia)上遊管(guan)道内徑(jing)
ρ流體的(de)密度Kg/m3
ε可(ke)膨脹性(xing)系數無(wu)量綱
ΔP差(cha)壓值。
  在(zai)以上公(gong)式中，β和(he)d是常數(shu)，C和ε在一(yi)定流量(liang)範圍内(nei)也❗可以(yi)看作是(shi)😄常數，因(yin)此上式(shi)可以簡(jian)化爲：

  在(zai)工況一(yi)定的情(qing)況下，即(ji)流體介(jie)質密度(du)不變時(shi)，流體的(de)流量與(yu)差壓成(cheng)平方根(gen)關系。
2氣(qi)體流量(liang)測量的(de)溫壓補(bu)償要求(qiu)及公式(shi)推導
2.1氣(qi)體流量(liang)測量的(de)溫壓補(bu)償要求(qiu)
  由于流(liu)量測量(liang)裝置的(de)設計過(guo)程中，提(ti)供的設(she)計溫度(du)、壓力🌈與(yu)🏒實際運(yun)行的工(gong)作溫度(du)、壓力有(you)一定的(de)差🈲異，或(huo)者由于(yu)工藝條(tiao)件造成(cheng)流體溫(wen)度、壓力(li)波動較(jiao)💋大，緻使(shi)測出的(de)流量不(bu)能真實(shi)反映其(qi)工作狀(zhuang)态下的(de)實際流(liu)量。當被(bei)測介質(zhi)爲氣體(ti)時，溫度(du)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼、壓力對(dui)密💚度的(de)影響就(jiu)㊙️會更大(da)，要獲得(de)正确的(de)結果則(ze)需要進(jin)行補償(chang)。
  通常測(ce)量氣體(ti)的溫度(du)和壓力(li)要比測(ce)量介質(zhi)密度更(geng)易🙇‍♀️實現(xian)，在高溫(wen)高壓條(tiao)件下，難(nan)以直接(jie)測量出(chu)氣體的(de)🔅密度❌，必(bi)須根據(ju)密度與(yu)壓力、溫(wen)度的關(guan)系ρ=f(t,p)進行(hang)運算處(chu)💜理，利用(yong)參數壓(ya)力P、溫度(du)T來代替(ti)密度ρ的(de)變化量(liang)進行補(bu)償，而壓(ya)力P、溫度(du)T可以🧡通(tong)過安裝(zhuang)在孔闆(pan)前👉後的(de)壓力變(bian)送器、溫(wen)度儀💞表(biao)檢測取(qu)得。
2.2氣體(ti)流量測(ce)量的溫(wen)壓補償(chang)公式推(tui)導
  用于(yu)過程控(kong)制的氣(qi)體測量(liang)目前主(zhu)要采用(yong)孔闆式(shi)節流裝(zhuang)置進行(hang)流量測(ce)量的方(fang)式[2]。其流(liu)量基本(ben)方程式(shi)爲：

  其中(zhong)Qm爲被測(ce)流體的(de)質量流(liu)量，Qv爲被(bei)測流體(ti)的體積(ji)流量，△P爲(wei)差壓變(bian)送器輸(shu)出的差(cha)壓值，ρ爲(wei)被測流(liu)體的密(mi)度。
在測(ce)氣體的(de)孔闆計(ji)算書中(zhong)，設計者(zhe)一般提(ti)供孔闆(pan)測量的(de)最大流(liu)量Qmax（單位(wei)一般是(shi)Nm3/h）、最大差(cha)壓△Pmax、設計(ji)溫度T0、設(she)計壓力(li)P0、設計密(mi)度👨‍❤️‍👨ρ0,假設(she)🈚被測介(jie)質在标(biao)準狀況(kuang)下的密(mi)度爲ρN
則(ze)有：


  其中(zhong)：Pf爲工況(kuang)下的壓(ya)力，Tf爲工(gong)況下的(de)溫度。注(zhu)意：計算(suan)時🔞需⭕采(cai)用✉️絕對(dui)壓力，絕(jue)對溫度(du)。
将（7）代入(ru)（6）式：

3氣體(ti)流量測(ce)量應用(yong)舉例
3.1問(wen)題引出(chu)的背景(jing)
  某廠加(jia)氫裂化(hua)裝置循(xun)環氫機(ji)組入口(kou)流量參(can)與機組(zu)的喘振(zhen)控制，所(suo)以流量(liang)測量正(zheng)确率顯(xian)得尤爲(wei)重要，但(dan)⭐開工初(chu)期發現(xian)循環氫(qing)壓縮機(ji)入口流(liu)量指示(shi)超量程(cheng)。
  根據設(she)計提供(gong)的孔闆(pan)計算原(yuan)始數據(ju)（見表1，修(xiu)改前），按(an)ISO5167标準法(fa)蘭取壓(ya)的計算(suan)軟件對(dui)孔闆的(de)計算結(jie)果進行(hang)核算，得(de)到的差(cha)壓量程(cheng)及孔徑(jing)尺寸與(yu)制造廠(chang)家提供(gong)的數據(ju)一緻，但(dan)✊循環氫(qing)機組的(de)🛀入口流(liu)量指示(shi)超量程(cheng)情況依(yi)然📱未能(neng)解決。
  再(zai)次對孔(kong)闆計算(suan)書進行(hang)複核，發(fa)現機組(zu)循環氫(qing)介質标(biao)👣準密度(du)設置爲(wei)純氫的(de)物性0.0899kg/m3、操(cao)作密度(du)爲10.5692kg/m3。即原(yuan)設計者(zhe)把純氫(qing)密度🌈替(ti)代循環(huan)氫介質(zhi)密度作(zuo)爲孔闆(pan)計算參(can)數，造成(cheng)了差壓(ya)設置的(de)偏差。

3.2循(xun)環氫系(xi)統的介(jie)質特征(zheng)
  加氫裂(lie)化工藝(yi)在反應(ying)過程中(zhong)需要耗(hao)氫，系統(tong)中提供(gong)了過量(liang)的氫氣(qi)參與反(fan)應，經過(guo)反應後(hou)，未反應(ying)的富裕(yu)氫氣從(cong)反應器(qi)出來，經(jing)過降溫(wen)并與油(you)分離後(hou)，進入循(xun)環氫壓(ya)📧縮機升(sheng)壓。
  循環(huan)氫實際(ji)上是富(fu)氫氣體(ti)，除了氫(qing)氣外，含(han)有碳化(hua)合物、硫(liu)化氫等(deng)組分，又(you)稱混氫(qing)，純氫與(yu)混氫的(de)密度有(you)較大的(de)🔞差異。
3.3問(wen)題處置(zhi)
  由于孔(kong)闆已經(jing)安裝到(dao)位投入(ru)使用，不(bu)具備更(geng)換條件(jian)。因此根(gen)據正常(chang)操作條(tiao)件下混(hun)氫密度(du)27.2194kg/m3以及實(shi)際孔闆(pan)💯的尺寸(cun)，來反推(tui)🐉導差壓(ya)變送器(qi)的實際(ji)量程。通(tong)過計算(suan)，循環氫(qing)入口流(liu)量的差(cha)壓量程(cheng)由原來(lai)的8KPa修改(gai)爲16.19KPa。變送(song)器量程(cheng)經重新(xin)設置🍓後(hou)流量指(zhi)示在量(liang)程範圍(wei)内重獲(huo)顯示。
  經(jing)過密度(du)重設後(hou)盡管在(zai)量程範(fan)圍内可(ke)顯示，但(dan)數值的(de)🧡正确性(xing)仍存在(zai)較大偏(pian)差，究其(qi)原因是(shi)氣體流(liu)量測量(liang)未進行(hang)正确的(de)溫壓補(bu)償，程序(xu)設定溫(wen)壓補償(chang)公式中(zhong)仍取用(yong)純氫密(mi)度計算(suan)得到的(de)補償系(xi)數不準(zhun)确，流🍓量(liang)與實際(ji)工況必(bi)定有較(jiao)大偏差(cha)。
4流量正(zheng)确率影(ying)響分析(xi)
4.1初始密(mi)度設置(zhi)偏差的(de)影響分(fen)析
  從加(jia)氫裂化(hua)裝置循(xun)環氫機(ji)組的入(ru)口流量(liang)指示超(chao)量程🏃問(wen)❓題中✂️發(fa)現原設(she)計介質(zhi)密度設(she)置偏離(li)。循環氫(qing)介質操(cao)作密度(du)從10.5692kg/m3改爲(wei)♍27.2194kg/m3後，計算(suan)得出變(bian)送器最(zui)大量程(cheng)由原來(lai)的8KPa改爲(wei)16.19KPa，而對應(ying)最大流(liu)量350000Nm3/h的工(gong)程量不(bu)變。根據(ju)公式：

  由(you)此可見(jian)，在孔闆(pan)測得同(tong)樣差壓(ya)的情況(kuang)下，8KPa量程(cheng)所📧對應(ying)流量值(zhi)指示值(zhi)是量程(cheng)爲16.19KPa所對(dui)應流量(liang)值指示(shi)的1.422倍，流(liu)量指示(shi)偏大。原(yuan)始介質(zhi)密度設(she)置的不(bu)恰當導(dao)緻流✍️量(liang)計算出(chu)現較大(da)誤差✨，且(qie)因變送(song)器量程(cheng)根據原(yuan)始密度(du)選型設(she)置偏小(xiao)而不能(neng)滿足實(shi)際測量(liang)要求。
4.2溫(wen)壓補償(chang)C系數偏(pian)差影響(xiang)分析
  加(jia)氫裂化(hua)循環機(ji)機組入(ru)口流量(liang)的溫壓(ya)補償方(fang)式，機組(zu)🈚制造商(shang)給出一(yi)個補償(chang)系數C，提(ti)供的C值(zhi)爲518138.53，但未(wei)給出此(ci)系數來(lai)源，推✏️導(dao)過程及(ji)設定的(de)邊界條(tiao)件。因此(ci)，上例中(zhong)差壓量(liang)程修🌈改(gai)後，流量(liang)指示還(hai)是存在(zai)較大偏(pian)差，必須(xu)對系數(shu)C進行調(diao)整，以下(xia)爲C系數(shu)調整的(de)🏒推算過(guo)程。

  溫壓(ya)補償C系(xi)數與流(liu)量呈線(xian)性關系(xi)，由于原(yuan)先C值設(she)♉置錯誤(wu)造成的(de)流量誤(wu)差達到(dao)30.0%。
4.3介質組(zu)分波動(dong)影響分(fen)析
  采用(yong)溫度、壓(ya)力補償(chang)方法測(ce)量氣體(ti)體積流(liu)量，是基(ji)💋于介質(zhi)組份穩(wen)定或組(zu)份變化(hua)很小的(de)一般氣(qi)體，可對(dui)流💋體密(mi)度影‼️響(xiang)予以忽(hu)👨‍❤️‍👨略，對測(ce)量示值(zhi)的影響(xiang)也即可(ke)忽🐪略。但(dan)對于組(zu)份波動(dong)變化較(jiao)大的氣(qi)體，流體(ti)密度影(ying)響🤞将增(zeng)大，如仍(reng)将某一(yi)組分的(de)流體狀(zhuang)态密度(du)當作常(chang)數來處(chu)理，最大(da)測量誤(wu)差就不(bu)可忽視(shi)。
  在加氫(qing)裂化循(xun)環氫系(xi)統運行(hang)過程中(zhong)，循環氫(qing)組分除(chu)❗氫氣外(wai)，含有碳(tan)化合物(wu)、硫化氫(qing)等組分(fen)，混氫組(zu)分發生(sheng)着動态(tai)變化。表(biao)2爲從混(hun)氫組份(fen)50個随機(ji)樣本中(zhong)📐選取數(shu)據，通過(guo)👅計算獲(huo)得氫氣(qi)百分含(han)量爲最(zui)大值、平(ping)均值、最(zui)小值時(shi)所對應(ying)的密度(du)分别爲(wei)：19.54kg/m3、26.615kg/m3、34.790kg/m3，密度存(cun)在着較(jiao)大波動(dong)。

  對50個樣(yang)本數進(jin)行數據(ju)統計，結(jie)果爲：組(zu)分變化(hua)造成密(mi)度變化(hua)曲線如(ru)圖1，圖2描(miao)述了±10%密(mi)度變化(hua)的樣本(ben)數爲66%。
  從(cong)圖1可看(kan)出，密度(du)在20～40範圍(wei)内變化(hua)。由此引(yin)出新的(de)疑惑：盡(jin)管對🍓氣(qi)體有溫(wen)壓補償(chang)糾偏，但(dan)氣體組(zu)分存在(zai)波動,爲(wei)了量化(hua)組分波(bo)動的影(ying)響情況(kuang)，對影響(xiang)的幅度(du)進行🚶計(ji)算。從設(she)計提供(gong)的孔闆(pan)計算用(yong)密度爲(wei)27.2194kg/m3作爲基(ji)準，按⭐最(zui)小密度(du)19.54kg/m3、最大密(mi)度34.790kg/m3來計(ji)算流量(liang)的誤差(cha)💔情況：

  假(jia)設除介(jie)質密度(du)變化外(wai)，K、△P都不變(bian)
則：

下的(de)設計體(ti)積流量(liang)值。
  當實(shi)際密度(du)ρ2爲19.54kg/m3，設計(ji)密度ρ1爲(wei)27.2194kg/m3時：
Q2=1.18Q1
  同樣(yang)，當實際(ji)密度ρ2爲(wei)34.790kg/m3，設計密(mi)度1爲27.2194kg/m3時(shi)：
Q2=0.884Q1
  從圖2情(qing)況看，組(zu)分變化(hua)引起密(mi)度在設(she)計基準(zhun)密度上(shang)下10%範圍(wei)内波動(dong)的情況(kuang)占66%，按密(mi)度上下(xia)變化爲(wei)10%計☔算，分(fen)别是：
Q2=0.954Q1
和(he)Q2=1.054Q1
  當實際(ji)密度ρ2比(bi)設計密(mi)度ρ1小時(shi)，實際體(ti)積流量(liang)比指示(shi)的流量(liang)大。當實(shi)際密度(du)ρ2比設計(ji)密度ρ1大(da)時，實際(ji)體積流(liu)量比指(zhi)示的流(liu)量小。
4.4各(ge)因素影(ying)響程度(du)的比較(jiao)
4.4.1影響程(cheng)度比較(jiao)
  由于采(cai)用錯誤(wu)的介質(zhi)密度，造(zao)成流量(liang)測量誤(wu)差最大(da)達40%；
  按錯(cuo)誤的溫(wen)壓補償(chang)系數計(ji)算得到(dao)的流量(liang)與實測(ce)值之間(jian)🔞的⛷️誤差(cha)達到30%；
  調(diao)整校正(zheng)溫壓補(bu)償系數(shu)後，介質(zhi)組分變(bian)化可能(neng)造🔞成的(de)流♋量測(ce)量誤差(cha)約達10%~20%；一(yi)般情況(kuang)下，組份(fen)引起的(de)測量誤(wu)差可以(yi)❗控制在(zai)5%以内。
4.4.2體(ti)會
  現階(jie)段要做(zuo)到在線(xian)進行密(mi)度補償(chang)暫時不(bu)具備條(tiao)件，但相(xiang)對🔞于設(she)置偏離(li)導緻的(de)計量誤(wu)差，取平(ping)均組份(fen)的密度(du)作爲📱計(ji)量基準(zhun)，可較大(da)幅度降(jiang)低計量(liang)偏差。
  在(zai)實際工(gong)作過程(cheng)中，有必(bi)要對設(she)計提供(gong)的數據(ju)的合理(li)性進行(hang)複核驗(yan)證，類似(si)加氫裂(lie)化循環(huan)氫介質(zhi)密度取(qu)值✉️錯誤(wu)🤞導緻🧡的(de)流量指(zhi)示誤差(cha)完全可(ke)以避免(mian)，而由📐于(yu)組份變(bian)化對流(liu)量測量(liang)的誤差(cha)目前沒(mei)有合适(shi)的解決(jue)辦法，當(dang)組份變(bian)化不大(da)時，流量(liang)誤差仍(reng)屬可控(kong)。
5結語
  在(zai)氣體流(liu)量測量(liang)系統中(zhong)，溫壓補(bu)償是其(qi)中一個(ge)不可缺(que)少的環(huan)🛀節，在實(shi)際的生(sheng)産過程(cheng)中，往往(wang)因設計(ji)參數的(de)不确定(ding)性，提供(gong)的🍓孔闆(pan)計算原(yuan)始參數(shu)與實際(ji)工況🌐存(cun)在較大(da)的偏差(cha)，學會✊計(ji)算調整(zheng)差壓，複(fu)核驗證(zheng)并得到(dao)正确的(de)補償系(xi)數在實(shi)際工♈作(zuo)非常重(zhong)要。

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