差壓式流量計的溫壓補償計算

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行補償。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，在對氣體和蒸汽進行流量測量時，加入溫壓補償計算，有利于測量結(jié)果精準程度的提高[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，分別有標準孔板流量計、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、運行可靠、造價低廉、施工加工標準化等優(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償具體計算進行分析與探討。

1 差壓式流量計測量原理

流量測量在環(huán)境保護、交通運輸、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，而且要準確，因此對于流量計的要求非常嚴格。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)流閥包括標準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準。

因此，本文僅對這類一般氣體的溫度、壓力補償計算方法進行了探討。

2.1 氣體溫壓補償原理

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

式中：P為壓強(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選取的某一裝置，該裝置需要對氮氣流量進行測量。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償法進行調(diào)整，使得誤差變小，從而提高結(jié)果的準確性，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)濟損失[3]。

3 測量蒸汽流量溫壓補償

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行計算補償和修正[4]。

3.1 蒸汽溫壓補償公式

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行控制與減小，需要對密度值進行作用，使得結(jié)果更加準確。

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行獲取。

IFC-67公式與IAPWS-IF97公式。為了達到蒸汽熱力學(xué)性質(zhì)以及數(shù)據(jù)在世界范圍內(nèi)進行統(tǒng)一的目的， IFC機構(gòu)在縝密的分析與討論后，對蒸汽熱力學(xué)性質(zhì)框架進行規(guī)定，以此為基礎(chǔ)，提出了IFC-67公式。20世紀末期，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，對三種方法進行比較驗證后，在利用不同的求解方法對密度進行計算時，需要在實際過程實踐中對誤差的大小進行比較，因此需要對截止的具體工作條件進行前提性的分析，并以此結(jié)果為基礎(chǔ)，對方法進行適當?shù)倪x擇，依次提高結(jié)果的準確性。

4 進行溫壓補償計算需注意的問題

溫壓補償技術(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，需要進行多因素的綜合性考慮后，才可以對計算的準確性進行保證[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行分析，對溫壓補償技術(shù)和公式計算方法進行簡單介紹，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)果擁有更高的精準度，需要在測量完成后加入對測量結(jié)果的溫壓補償計算。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償情況以及相關(guān)原理進行具體分析闡述，用實例說明了計算的詳細過程，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償方法，從而對燃氣和蒸汽流量測量的精準程度進行提高，促進數(shù)據(jù)測量的穩(wěn)定性與高效性。