0引言(yan)
  用标準(zhǔn)節流裝(zhuāng)置測量(liàng)氣體流(liu)量，其準(zhǔn)确度影(ying)響因素(sù)，包括直(zhi)管段長(zhǎng)度、一次(cì)測量元(yuan)件運行(háng)狀況、現(xian)場變送(sòng)器安🌈裝(zhuāng)使用、儀(yí)表量🔞程(cheng)合理與(yu)否、溫壓(ya)補償參(cān)數正确(què)性都是(shì)非常重(zhòng)要的因(yīn)✊素。
  氣體(ti)具有可(kě)壓縮性(xing)，在氣體(tǐ)流量測(ce)量過程(cheng)中，流量(liàng)㊙️與氣體(tǐ)密度緊(jǐn)密關聯(lián)；而氣體(tǐ)密度又(yòu)是溫度(du)和壓力(lì)（簡稱溫(wēn)壓）的函(hán)數。所以(yǐ)要獲取(qǔ)準确的(de)氣體流(liu)量，需要(yao)進行溫(wēn)壓補償(cháng)。
1節流式(shi)差壓流(liú)量計的(de)構成及(ji)工作原(yuán)理
1.1節流(liu)裝置流(liu)量測量(liàng)系統構(gou)成
  節流(liu)裝置(孔(kǒng)闆流量(liàng)計)、導壓(yā)管、差壓(ya)變送器(qì)和流量(liàng)二次表(biao)（DCS系統）組(zǔ)成了孔(kong)闆式節(jie)流裝置(zhi)流量測(cè)量系統(tong)（簡稱流(liu)量測量(liàng)系統）。
1.2節(jie)流孔闆(pǎn)的工作(zuò)原理
  充(chong)滿管道(dào)的流體(ti)流經管(guan)道内的(de)節流裝(zhuang)置，在節(jie)流件附(fu)近♈造🐆成(cheng)局部收(shou)縮，流速(su)增加，在(zai)其上、下(xia)遊兩側(cè)産生靜(jing)壓力差(chà)。
在已知(zhī)有關參(can)數的條(tiao)件下，根(gēn)據流動(dong)連續性(xing)原理和(hé)伯努利(lì)✍️方程可(ke)以推導(dao)出差壓(yā)與流量(liàng)之間的(de)關🛀系而(er)求得流(liu)量[1]。其基(ji)🎯本公式(shì)如下：

c－流(liú)出系數(shu)無量綱(gāng)
qm－質量流(liú)量kg/s
qv－體積(ji)流量m3/s
β－直(zhí)徑比d/D無(wu)量綱
d－工(gōng)作條件(jiàn)下節流(liú)件直徑(jìng)
D－工作條(tiao)件下上(shang)遊管道(dào)内徑
ρ流(liú)體的密(mì)度Kg/m3
ε可膨(péng)脹性系(xi)數無量(liang)綱
ΔP差壓(ya)值。
  在以(yǐ)上公式(shì)中，β和d是(shì)常數，C和(he)ε在一定(ding)流量範(fan)圍内也(yě)可⛷️以看(kàn)作是常(cháng)數，因此(ci)上式可(ke)以簡化(huà)爲：

  在工(gong)況一定(ding)的情況(kuang)下，即流(liu)體介質(zhì)密度不(bu)變時，流(liú)體的流(liú)量🈲與差(chà)壓成平(píng)方根關(guan)系。
2氣體(ti)流量測(ce)量的溫(wēn)壓補償(chang)要求及(ji)公式推(tui)導
2.1氣體(tǐ)流量測(ce)量的溫(wen)壓補償(cháng)要求
  由(you)于流量(liang)測量裝(zhuang)置的設(shè)計過程(chéng)中，提供(gòng)的設計(ji)溫度🙇‍♀️、壓(yā)力與😄實(shí)際運行(hang)的工作(zuo)溫度、壓(yā)力有一(yi)定的差(chà)異，或者(zhě)由于工(gong)藝條件(jian)造成流(liu)體溫度(du)、壓力波(bo)動較大(da)，緻使測(cè)出的流(liú)量不能(neng)真實反(fan)映其工(gong)作狀态(tai)下的實(shí)際流量(liang)。當被測(ce)介質爲(wèi)氣體時(shí)，溫度、壓(ya)力對密(mi)⛱️度的影(ying)響就🧡會(huì)更大，要(yào)獲🧡得正(zheng)确的結(jie)果則需(xū)要進行(háng)補償。
  通(tong)常測量(liàng)氣體的(de)溫度和(he)壓力要(yào)比測量(liang)介質密(mì)度更易(yì)實現，在(zai)高溫高(gao)壓條件(jian)下，難以(yǐ)直接測(ce)量出氣(qì)體的✂️密(mi)度，必須(xu)根據密(mì)度與壓(ya)力、溫度(du)的關系(xì)ρ=f(t,p)進行運(yun)算處理(li)，利用參(cān)數壓力(lì)P、溫度T來(lai)代替密(mì)度ρ的變(biàn)化量進(jìn)行補㊙️償(cháng)，而壓力(lì)P、溫度T可(ke)以通過(guo)安裝在(zai)孔闆前(qián)後的壓(ya)力變送(song)器、溫度(dù)儀表檢(jiǎn)測取得(de)。
2.2氣體流(liu)量測量(liang)的溫壓(yā)補償公(gōng)式推導(dǎo)
  用于過(guò)程控制(zhi)的氣體(tǐ)測量目(mu)前主要(yào)采用孔(kǒng)闆式節(jiē)流🏒裝置(zhì)進行流(liú)量測量(liàng)的方式(shì)[2]。其流量(liàng)基本方(fang)程式爲(wèi)：

  其中Qm爲(wei)被測流(liu)體的質(zhì)量流量(liang)，Qv爲被測(cè)流體的(de)體積流(liú)量，△P爲差(chà)壓變送(song)器輸出(chu)的差壓(ya)值，ρ爲被(bei)測流體(ti)的密度(du)。
在測氣(qì)體的孔(kong)闆計算(suàn)書中，設(shè)計者一(yī)般提供(gong)孔闆測(ce)量的㊙️最(zui)🙇‍♀️大流量(liàng)Qmax（單位一(yi)般是Nm3/h）、最(zui)大差壓(yā)△Pmax、設計溫(wēn)度T0、設計(ji)⁉️壓力P0、設(she)計密度(dù)ρ0,假設被(bei)測介質(zhi)在标準(zhun)狀況下(xià)的密度(du)爲ρN
則有(you)：


  其中：Pf爲(wei)工況下(xia)的壓力(li)，Tf爲工況(kuàng)下的溫(wen)度。注意(yì)：計算時(shí)需采用(yong)絕對壓(ya)力，絕對(dui)溫度。
将(jiang)（7）代入（6）式(shi)：

3氣體流(liu)量測量(liang)應用舉(jǔ)例
3.1問題(tí)引出的(de)背景
  某(mou)廠加氫(qing)裂化裝(zhuang)置循環(huán)氫機組(zǔ)入口流(liu)量參與(yu)機組的(de)🏒喘🐆振控(kong)制，所以(yǐ)流量測(ce)量正确(què)率顯得(dé)尤爲重(zhòng)要，但開(kāi)工初期(qī)🙇🏻發現循(xun)環氫壓(yā)縮機入(ru)口流量(liàng)指示🧡超(chāo)量程。
  根(gen)據設計(jì)提供的(de)孔闆計(ji)算原始(shi)數據（見(jiàn)表1，修改(gǎi)前），按ISO5167标(biao)準法蘭(lán)取壓的(de)計算軟(ruǎn)件對孔(kong)闆的計(jì)算結果(guo)進行核(hé)算，得到(dao)的差壓(ya)量程及(jí)孔徑尺(chi)寸與制(zhì)造廠家(jiā)提供的(de)數據一(yi)緻，但循(xún)環氫機(ji)組的入(ru)口流量(liàng)指示超(chāo)量程情(qing)況依然(rán)未能解(jiě)決。
  再次(cì)對孔闆(pan)計算書(shu)進行複(fu)核，發現(xian)機組循(xún)環氫介(jiè)質👈标準(zhun)密度設(shè)置爲純(chun)氫的物(wù)性0.0899kg/m3、操作(zuo)密度爲(wèi)10.5692kg/m3。即原🈚設(shè)計者把(ba)純氫密(mi)度替代(dài)循環氫(qing)介質密(mi)度作爲(wèi)孔闆計(jì)算參數(shù)，造成了(le)差🔴壓設(she)置的偏(piān)差。

3.2循環(huan)氫系統(tǒng)的介質(zhì)特征
  加(jia)氫裂化(hua)工藝在(zài)反應過(guò)程中需(xu)要耗氫(qing)，系統中(zhong)提供了(le)💘過量的(de)☎️氫氣參(can)與反應(yīng)，經過反(fǎn)應後，未(wèi)反應的(de)富裕🔴氫(qīng)氣從反(fan)應器出(chū)來，經過(guò)降溫并(bing)與油分(fèn)離後，進(jin)入循🌂環(huán)氫壓縮(suō)機升壓(ya)。
  循環氫(qīng)實際上(shang)是富氫(qing)氣體，除(chú)了氫氣(qi)外，含有(you)碳化🈲合(hé)物🧡、硫化(huà)氫等組(zǔ)分，又稱(cheng)混氫，純(chun)氫與混(hun)氫的密(mi)度有較(jiao)大的差(chà)異。
3.3問題(ti)處置
  由(yóu)于孔闆(pǎn)已經安(an)裝到位(wei)投入使(shi)用，不具(jù)備更換(huàn)條🏃🏻件。因(yin)🚩此根據(jù)正常操(cao)作條件(jiàn)下混氫(qing)密度27.2194kg/m3以(yi)及實際(ji)孔闆的(de)尺寸，來(lái)反推導(dǎo)差壓變(biàn)送器的(de)實際量(liang)程。通過(guo)計算，循(xun)環氫入(rù)口流量(liang)的差壓(yā)量程由(yóu)原來的(de)8KPa修改爲(wei)16.19KPa。變送器(qi)量程經(jīng)😍重新設(she)置後流(liu)量指示(shì)在量程(cheng)⛷️範圍内(nèi)重獲顯(xian)示。
  經過(guò)密度重(zhòng)設後盡(jìn)管在量(liang)程範圍(wei)内可顯(xian)示，但數(shù)值的正(zhèng)🐆确🙇🏻性仍(réng)存在較(jiào)大偏差(cha)，究其原(yuan)因是氣(qi)體流量(liang)測量未(wei)📐進行正(zheng)确的溫(wēn)壓補償(cháng)，程序設(shè)定溫壓(ya)補償公(gōng)式中仍(réng)取用純(chun)氫密度(du)計👉算得(de)到的補(bu)償系數(shu)不準确(què)，流量與(yǔ)實際工(gōng)況必定(ding)有較大(dà)偏差。
4流(liú)量正确(que)率影響(xiang)分析
4.1初(chū)始密度(dù)設置偏(pian)差的影(ying)響分析(xi)
  從加氫(qīng)裂化裝(zhuang)置循環(huan)氫機組(zǔ)的入口(kou)流量指(zhi)示超❓量(liang)程問題(ti)中👣發現(xian)原設計(ji)介質密(mi)度設置(zhi)偏離。循(xun)環氫介(jie)💜質操作(zuo)密🥰度從(cong)10.5692kg/m3改爲27.2194kg/m3後(hou)，計算得(de)出變送(song)器最大(dà)量程由(you)原來的(de)8KPa改爲16.19KPa，而(ér)⭐對應最(zui)⛱️大流量(liàng)350000Nm3/h的工程(chéng)量不🎯變(bian)。根據公(gong)式：

  由此(ci)可見，在(zài)孔闆測(ce)得同樣(yang)差壓的(de)情況下(xià)，8KPa量程所(suo)對應流(liu)量值指(zhǐ)示值是(shi)量程爲(wèi)16.19KPa所對應(ying)流量值(zhí)指示的(de)1.422倍，流量(liang)指示偏(piān)大📞。原始(shi)介質密(mi)度設置(zhì)的不恰(qià)當導緻(zhì)流量計(jì)算出現(xian)較大誤(wù)差，且因(yīn)變送器(qi)量程根(gen)據原始(shi)密度選(xuan)型設置(zhi)偏小而(ér)❤️不能滿(mǎn)足實際(ji)測量要(yào)求。
4.2溫壓(ya)補償C系(xì)數偏差(chà)影響分(fèn)析
  加氫(qīng)裂化循(xun)環機機(jī)組入口(kou)流量的(de)溫壓補(bu)償方式(shi)，機💋組制(zhì)造商給(gěi)出一個(ge)補償系(xì)數C，提供(gong)的C值爲(wei)518138.53，但未給(gei)出💃🏻此系(xì)數來源(yuan)，推❗導過(guo)程及設(she)定的邊(bian)界條件(jian)。因此，上(shàng)例中差(cha)壓量程(cheng)修❌改後(hòu)，流量指(zhi)示還是(shi)存在較(jiao)🔱大偏差(chà)，必須對(dui)系數C進(jìn)行調整(zhěng)，以下爲(wei)C系數調(diao)整的推(tuī)算過程(cheng)。

  溫壓補(bǔ)償C系數(shù)與流量(liàng)呈線性(xìng)關系，由(yóu)于原先(xian)C值設置(zhi)錯🐇誤造(zao)成的流(liú)量誤差(chà)達到30.0%。
4.3介(jiè)質組分(fèn)波動影(yǐng)響分析(xi)
  采用溫(wēn)度、壓力(lì)補償方(fang)法測量(liang)氣體體(tǐ)積流量(liang)，是基于(yú)介質組(zǔ)份穩定(ding)或組份(fèn)變化很(hěn)小的一(yi)般氣體(ti)，可對流(liu)體密度(du)影響予(yǔ)🐕以忽略(luè)，對測量(liang)示值的(de)影響也(yě)即可忽(hū)略。但對(dui)♉于組份(fèn)波動變(bian)化較大(dà)的氣體(tǐ)，流體密(mi)度影響(xiang)将增大(da)，如仍将(jiang)某一組(zǔ)分的流(liu)🏒體狀态(tai)密度當(dang)作常數(shù)來處理(lǐ)，最大測(ce)量誤差(chà)就不可(ke)忽視。
  在(zài)加氫裂(lie)化循環(huán)氫系統(tong)運行過(guò)程中，循(xún)環氫組(zu)分除氫(qīng)氣㊙️外，含(hán)有碳化(hua)合物、硫(liu)化氫等(děng)組分，混(hun)氫組分(fen)🔞發生着(zhe)動态變(biàn)化。表2爲(wei)從🏃🏻混氫(qīng)組份50個(ge)随機樣(yàng)本中選(xuan)取數📐據(ju)，通過🔞計(jì)算獲得(de)氫氣百(bai)分含量(liang)爲最大(dà)值、平均(jun1)值、最小(xiao)值時所(suǒ)🏒對應的(de)密度分(fen)别爲：19.54kg/m3、26.615kg/m3、34.790kg/m3，密(mì)度存在(zai)着較大(dà)波動。

  對(duì)50個樣本(běn)數進行(háng)數據統(tong)計，結果(guo)爲：組分(fen)變化造(zao)成密度(du)變化曲(qu)線如圖(tu)1，圖2描述(shu)了±10%密度(dù)變化的(de)樣本數(shu)爲66%。
  從圖(tu)1可看出(chu)，密度在(zài)20～40範圍内(nèi)變化。由(yóu)此引出(chu)新的疑(yí)惑：盡管(guǎn)對氣📱體(tǐ)有溫壓(ya)補償糾(jiū)偏，但氣(qì)體組分(fen)存在波(bō)動,爲了(le)量化組(zǔ)分波動(dòng)♈的影響(xiǎng)情況，對(duì)影響的(de)幅度進(jìn)行計算(suàn)。從設計(jì)提🛀🏻供的(de)孔闆計(jì)算用密(mi)度爲27.2194kg/m3作(zuo)爲基準(zhun)，按🏃最小(xiao)密度19.54kg/m3、最(zui)大密度(du)34.790kg/m3來計算(suan)流♌量的(de)誤差😍情(qing)況：

  假設(shè)除介質(zhi)密度變(bian)化外，K、△P都(dou)不變
則(ze)：

下的設(she)計體積(jī)流量值(zhí)。
  當實際(ji)密度ρ2爲(wèi)19.54kg/m3，設計密(mi)度ρ1爲27.2194kg/m3時(shi)：
Q2=1.18Q1
  同樣，當(dāng)實際密(mì)度ρ2爲34.790kg/m3，設(shè)計密度(dù)1爲27.2194kg/m3時：
Q2=0.884Q1
  從(cóng)圖2情況(kuang)看，組分(fèn)變化引(yǐn)起密度(du)在設計(ji)基準密(mì)度上下(xià)✊10%範圍内(nèi)波動的(de)情況占(zhan)66%，按密度(du)上下變(bian)化爲10%計(jì)算，分别(bie)是：
Q2=0.954Q1
和Q2=1.054Q1
  當(dang)實際密(mi)度ρ2比設(she)計密度(du)ρ1小時，實(shi)際體積(ji)流量比(bi)指示的(de)流量大(dà)。當實際(jì)密度ρ2比(bǐ)設計密(mi)度ρ1大時(shí)，實際體(ti)✨積流量(liàng)比指示(shi)的流量(liang)小。
4.4各因(yīn)素影響(xiǎng)程度的(de)比較
4.4.1影(yǐng)響程度(du)比較
  由(you)于采用(yong)錯誤的(de)介質密(mì)度，造成(cheng)流量測(cè)量誤差(cha)最大達(da)40%；
  按錯誤(wù)的溫壓(yā)補償系(xì)數計算(suàn)得到的(de)流量與(yǔ)實測值(zhí)之間🏒的(de)誤🙇🏻差達(dá)到30%；
  調整(zheng)校正溫(wēn)壓補償(cháng)系數後(hòu)，介質組(zu)分變化(hua)可能造(zào)成的流(liú)量測量(liang)誤差約(yue)達10%~20%；一般(bān)情況下(xià)，組份引(yǐn)起的✏️測(cè)量誤差(cha)可以控(kong)制在5%以(yi)🈲内。
4.4.2體會(hui)
  現階段(duàn)要做到(dao)在線進(jin)行密度(dù)補償暫(zan)時不具(jù)備條件(jian)，但相對(dui)于設置(zhi)偏離導(dǎo)緻的計(jì)量誤差(chà)，取平均(jun1)組份的(de)密度🙇‍♀️作(zuò)爲🐉計量(liàng)基準，可(kě)較大幅(fú)度降低(di)計量偏(piān)差。
  在實(shi)際工作(zuo)過程中(zhōng)，有必要(yao)對設計(jì)提供的(de)數據的(de)❓合理性(xìng)進♊行複(fu)核驗證(zhèng)，類似加(jiā)氫裂化(hua)循環氫(qing)介質♊密(mì)度取值(zhi)錯誤導(dǎo)緻的流(liu)量指示(shi)誤差完(wán)全可以(yi)避免，而(er)由于組(zǔ)份變化(huà)對流量(liàng)測✊量的(de)誤差目(mù)前沒有(you)合适的(de)解決辦(ban)法，當組(zǔ)份變化(huà)不大時(shí)，流量誤(wù)差仍🌏屬(shǔ)可控。
5結(jié)語
  在氣(qì)體流量(liang)測量系(xi)統中，溫(wen)壓補償(cháng)是其中(zhong)一個不(bú)可缺少(shao)的環節(jiē)，在實際(ji)的生産(chǎn)過程中(zhōng)，往往因(yīn)設計💰參(cān)數的不(bu)确定性(xing)，提供的(de)孔闆計(jì)算原始(shǐ)參數與(yu)實際工(gōng)況存在(zài)較大的(de)偏📐差，學(xué)會計算(suan)調整差(cha)壓，複核(he)驗證并(bing)得☂️到正(zhèng)确的補(bǔ)償系數(shù)在實際(ji)工作非(fei)常重要(yao)。

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