0引言(yan)
  用标準(zhǔn)節流裝(zhuang)置測量(liang)氣體流(liu)量，其準(zhǔn)确度影(ying)響因素(su)，包括直(zhí)管段長(zhǎng)度、一次(ci)測量元(yuán)件運行(háng)狀況、現(xian)場♊變送(sòng)器安裝(zhuang)使用、儀(yi)表量程(chéng)合理與(yǔ)否、溫壓(yā)補償參(can)數正确(què)性都是(shì)非常重(zhòng)要的因(yin)🔴素。
  氣體(ti)具有可(kě)壓縮性(xing)，在氣體(tǐ)流量測(ce)量過程(chéng)中，流量(liàng)與氣💛體(ti)密度緊(jǐn)密關聯(lián)；而氣體(tǐ)密度又(you)是溫度(du)和壓力(li)（簡稱溫(wen)壓）的🌈函(han)數。所以(yǐ)🥰要獲取(qǔ)準确的(de)氣體流(liú)量，需要(yao)進行溫(wen)壓補償(chang)。
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(gòu)成
  節流(liu)裝置(孔(kǒng)闆流量(liàng)計)、導壓(yā)管、差壓(yā)變送器(qi)和流量(liàng)二次表(biǎo)（DCS系統）組(zǔ)成了孔(kong)闆式節(jiē)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(pan)的工作(zuo)原理
  充(chōng)滿管道(dào)的流體(tǐ)流經管(guǎn)道内的(de)節流裝(zhuang)置，在節(jie)流件附(fu)近造成(cheng)🔆局部收(shōu)縮，流速(sù)增加，在(zai)其上、下(xià)遊兩側(cè)産生靜(jing)壓🈲力差(chà)。
在已知(zhi)有關參(cān)數的條(tiao)件下，根(gen)據流動(dong)連續性(xing)原理和(he)✊伯努利(lì)方👌程可(kě)以推導(dǎo)出差壓(ya)與流量(liàng)之間的(de)關系而(er)求得㊙️流(liú)量[1]。其基(jī)本公式(shi)如下：

c－流(liú)出系數(shù)無量綱(gang)
qm－質量流(liu)量kg/s
qv－體積(jī)流量m3/s
β－直(zhí)徑比d/D無(wú)量綱
d－工(gong)作條件(jiàn)下節流(liú)件直徑(jing)
D－工作條(tiáo)件下上(shang)遊管道(dào)内徑
ρ流(liu)體的密(mi)度Kg/m3
ε可膨(péng)脹性系(xi)數無量(liang)綱
ΔP差壓(ya)值。
  在以(yi)上公式(shi)中，β和d是(shi)常數，C和(he)ε在一定(ding)流量範(fàn)圍内也(yě)可以看(kan)🤟作是常(chang)數，因此(cǐ)上式可(ke)以簡化(huà)爲：

  在工(gōng)況一定(dìng)的情況(kuang)下，即流(liú)體介質(zhì)密度不(bu)變時，流(liu)🆚體的流(liú)量與差(chà)壓成平(ping)方根關(guān)系。
2氣體(tǐ)流量測(cè)量的溫(wēn)壓補償(chang)要求及(jí)公式推(tui)導
2.1氣體(ti)流量測(ce)量的溫(wēn)壓補償(chang)要求
  由(yóu)于流量(liang)測量裝(zhuang)置的設(she)計過程(cheng)中，提供(gòng)的設計(ji)溫度🤞、壓(ya)力與實(shi)際運行(háng)的工作(zuò)溫度、壓(ya)力有一(yī)定的差(cha)異，或者(zhě)由🏃于工(gong)藝條件(jiàn)造成流(liú)體溫度(du)、壓力波(bō)動較大(da)，緻使測(ce)出的流(liú)量不能(néng)真實反(fan)映其工(gōng)作狀态(tài)下的實(shi)際流💘量(liang)。當被測(cè)介質爲(wei)氣體時(shí)，溫度、壓(yā)力對密(mi)度的影(ying)響就💃🏻會(hui)更大，要(yào)獲👄得正(zhèng)确的結(jié)果則需(xū)要進行(hang)補償。
  通(tong)常測量(liàng)氣體的(de)溫度和(he)壓力要(yào)比測量(liàng)介質密(mì)度更易(yì)實現🏃‍♂️，在(zai)高溫高(gao)壓條件(jiàn)下，難以(yǐ)直接測(ce)量出氣(qi)🔞體的密(mì)度，必須(xu)📞根據密(mì)度☀️與壓(yā)力、溫度(dù)的關系(xi)ρ=f(t,p)進行運(yun)算處理(lǐ)，利用參(cān)數壓力(li)P、溫度T來(lai)代替密(mì)度ρ的變(bian)化💯量進(jin)行補償(chang)，而壓力(li)P、溫度T可(ke)以通過(guo)安裝在(zài)孔闆前(qian)後的壓(yā)力變送(sòng)器、溫度(du)儀表檢(jian)測取得(de)。
2.2氣體流(liu)量測量(liàng)的溫壓(ya)補償公(gong)式推導(dǎo)
  用于過(guò)程控制(zhì)的氣體(ti)測量目(mù)前主要(yào)采用孔(kǒng)闆式♻️節(jie)❗流裝置(zhì)進行流(liu)量測量(liàng)的方式(shi)[2]。其流量(liang)基本方(fāng)程式爲(wèi)：

  其中Qm爲(wei)被測流(liu)體的質(zhi)量流量(liang)，Qv爲被測(ce)流體的(de)體積⛹🏻‍♀️流(liu)量，△P爲差(cha)壓變送(song)器輸出(chu)的差壓(ya)值，ρ爲被(bèi)測流體(tǐ)的密度(du)。
在測氣(qi)體的孔(kong)闆計算(suan)書中，設(she)計者一(yi)般提供(gong)孔闆測(cè)量的⁉️最(zuì)大流量(liàng)Qmax（單位一(yī)般是Nm3/h）、最(zuì)大差壓(yā)△Pmax、設計溫(wen)度T0、設計(jì)壓力P0、設(shè)計密度(dù)💰ρ0,假設被(bèi)測介質(zhi)在标準(zhǔn)狀況下(xià)的密度(dù)爲ρN
則有(yǒu)：


  其中：Pf爲(wèi)工況下(xia)的壓力(li)，Tf爲工況(kuang)下的溫(wēn)度。注意(yi)：計算時(shí)需采用(yòng)絕對壓(yā)力，絕對(dui)溫度。
将(jiāng)（7）代入（6）式(shì)：

3氣體流(liu)量測量(liàng)應用舉(jǔ)例
3.1問題(tí)引出的(de)背景
  某(mǒu)廠加氫(qīng)裂化裝(zhuang)置循環(huan)氫機組(zǔ)入口流(liu)量參與(yǔ)機組的(de)喘振🤩控(kòng)制，所以(yǐ)流量測(cè)量正确(què)率顯得(de)尤爲重(zhong)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(shǐ)數據（見(jiàn)表1，修改(gai)前🤟），按ISO5167标(biao)準法蘭(lan)🥵取壓的(de)計算軟(ruǎn)件對孔(kǒng)闆的計(ji)算結果(guo)進行核(hé)算，得到(dào)的差壓(yā)量✨程及(ji)孔徑尺(chǐ)寸與制(zhì)造廠家(jia)提供🤟的(de)數據一(yī)緻，但循(xún)環氫機(jī)組的入(ru)口流量(liang)指🔴示超(chāo)量程情(qíng)況依然(rán)💃未能解(jiě)決。
  再次(ci)對孔闆(pan)計算書(shu)進行複(fú)核，發現(xiàn)機組循(xun)環氫介(jiè)質标💋準(zhǔn)密度設(shè)置爲純(chun)氫的物(wù)性0.0899kg/m3、操作(zuò)密度爲(wei)10.5692kg/m3。即原設(shè)計者把(bǎ)😘純氫密(mi)度替代(dài)循環氫(qing)介質密(mì)度作爲(wei)孔闆計(ji)算💘參數(shu)，造成了(le)差💘壓設(shè)置的偏(piān)差。

3.2循環(huan)氫系統(tong)的介質(zhi)特征
  加(jia)氫裂化(huà)工藝在(zài)反應過(guo)程中需(xū)要耗氫(qing)，系統中(zhōng)提💚供了(le)過量的(de)氫氣參(can)與反應(ying)，經過反(fan)應後，未(wèi)反應的(de)富裕氫(qīng)氣從反(fǎn)應器出(chū)來，經過(guò)降溫并(bìng)與油分(fen)離後，進(jìn)入循環(huan)氫壓縮(suo)機升壓(yā)。
  循環氫(qīng)實際上(shàng)是富氫(qīng)氣體，除(chu)了氫氣(qi)外，含有(yǒu)碳化合(he)物、硫化(hua)氫等組(zǔ)分，又稱(cheng)混氫，純(chún)氫與混(hùn)氫的密(mì)度有較(jiào)大的差(chà)異。
3.3問題(ti)處置
  由(you)于孔闆(pan)已經安(ān)裝到位(wei)投入使(shi)用，不具(jù)備更換(huan)條件。因(yīn)此💋根據(ju)正常操(cao)作條件(jiàn)下混氫(qīng)密度27.2194kg/m3以(yǐ)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(liàng)程。通過(guò)計算，循(xun)環氫入(ru)口流量(liang)的差♻️壓(yā)量程🛀由(you)原來的(de)8KPa修💔改爲(wèi)16.19KPa。變送器(qì)量程經(jīng)重新設(she)置☂️後流(liú)量指示(shì)在量程(chéng)範圍内(nei)重獲顯(xiǎn)示。
  經過(guò)密度重(zhong)設後盡(jin)管在量(liàng)程範圍(wei)内可顯(xiǎn)示，但數(shu)值的正(zhèng)确性仍(réng)存在較(jiào)大偏差(chà)，究其原(yuan)因是氣(qì)體流量(liang)測量未(wèi)💁進行正(zhèng)确的溫(wēn)壓補償(chang)，程序設(she)定溫壓(yā)補💋償公(gong)式🏒中仍(réng)取用純(chun)氫密度(du)計算得(de)到的補(bǔ)償系數(shù)不準确(què)，流🏃‍♀️量與(yu)實際🧑🏾‍🤝‍🧑🏼工(gōng)況必定(dìng)有較大(da)偏差。
4流(liú)量正确(que)率影響(xiang)分析
4.1初(chu)始密度(du)設置偏(pian)差的影(ying)響分析(xī)
  從加氫(qīng)裂化裝(zhuang)置循環(huán)氫機組(zu)的入口(kou)流量指(zhǐ)示超量(liàng)程問題(tí)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(zuò)密度從(cóng)10.5692kg/m3改爲🈲27.2194kg/m3後(hòu)，計算得(dé)出變送(sòng)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(liang)350000Nm3/h的工程(chéng)量不變(bian)。根據公(gōng)式：

  由此(ci)可見，在(zài)孔闆測(ce)得同樣(yàng)差壓的(de)情況下(xia)，8KPa量程所(suo)對應流(liú)量值指(zhǐ)示值是(shi)量程爲(wèi)16.19KPa所對應(yīng)流量值(zhi)指示的(de)1.422倍，流量(liang)🔞指示偏(piān)大。原始(shi)介質密(mì)度設置(zhì)的不恰(qia)當🔞導緻(zhi)流💃量計(ji)算出現(xian)較大誤(wù)差，且因(yin)變送器(qi)量程根(gēn)據原始(shi)密度選(xuan)型設🈚置(zhi)偏小而(er)不能滿(mǎn)足實際(jì)測量✏️要(yao)求。
4.2溫壓(ya)補償C系(xi)數偏差(cha)影響分(fèn)析
  加氫(qīng)裂化循(xún)環機機(jī)組入口(kǒu)流量的(de)溫壓補(bǔ)償方式(shì)🔞，機組制(zhi)♌造🐆商給(gěi)出一個(ge)補償系(xi)數C，提供(gòng)的C值爲(wei)518138.53，但未給(gei)出此系(xì)數來源(yuán)，推導過(guo)程及設(shè)定的邊(bian)界條件(jian)。因此，上(shàng)例中差(chà)壓量程(chéng)修♻️改後(hou)，流量指(zhǐ)示㊙️還是(shi)存在較(jiào)大偏差(chà)，必須對(duì)系數C進(jin)行調整(zhěng)🛀🏻，以下爲(wei)C系數調(diào)整的🌈推(tuī)算過程(chéng)。

  溫壓補(bǔ)償C系數(shu)與流量(liang)呈線性(xìng)關系，由(you)于原先(xian)C值設置(zhì)🚶‍♀️錯誤造(zao)成的流(liu)量誤差(chà)達到30.0%。
4.3介(jiè)質組分(fen)波動影(ying)響分析(xi)
  采用溫(wēn)度、壓力(li)補償方(fāng)法測量(liàng)氣體體(ti)積流量(liàng)，是基于(yu)介🈲質組(zǔ)份穩定(dìng)或組份(fèn)變化很(hen)小的一(yī)般氣體(tǐ)，可對流(liu)體密度(dù)影響予(yu)以忽略(luè)，對測量(liàng)示值的(de)影響也(ye)即可忽(hu)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻略。但對(dui)㊙️于組份(fèn)波動變(biàn)💋化較大(dà)的氣體(ti)，流體密(mì)度影響(xiang)将增大(da)，如仍将(jiang)某一組(zu)分的流(liu)體狀态(tài)密👉度當(dāng)作常數(shù)🏃‍♂️來處理(li)，最大🤞測(ce)量誤差(chà)就不可(kě)忽視。
  在(zài)加氫裂(lie)化循環(huan)氫系統(tǒng)運行過(guo)程中，循(xún)環氫組(zǔ)分🐆除氫(qīng)氣外，含(han)🔅有碳化(huà)合物、硫(liu)化氫等(deng)組分，混(hùn)氫組分(fen)發生着(zhe)動态變(bian)化。表2爲(wèi)從混氫(qīng)組份50個(ge)随機樣(yang)本中選(xuǎn)取數據(jù)，通過⭐計(ji)算獲🏃得(de)氫氣✉️百(bai)分含量(liang)爲最大(dà)值、平均(jun)值、最🏒小(xiao)值時所(suǒ)對應的(de)密✉️度分(fèn)别爲🔞：19.54kg/m3、26.615kg/m3、34.790kg/m3，密(mì)度存在(zài)着較大(da)波動。

  對(dui)50個樣本(ben)數進行(háng)數據統(tǒng)計，結果(guǒ)爲：組分(fen)變化造(zào)成👈密度(dù)變化曲(qǔ)線如圖(tú)1，圖2描述(shu)了±10%密度(du)變化的(de)樣本數(shu)爲66%。
  從圖(tu)1可看出(chū)，密度在(zai)20～40範圍内(nèi)變化。由(you)此引出(chu)新的疑(yí)惑：盡管(guan)🐕對氣體(ti)有溫壓(ya)補償糾(jiū)偏，但氣(qi)體組分(fèn)存在波(bō)動,爲了(le)量化組(zǔ)分波動(dong)的影響(xiang)情況，對(duì)影響的(de)幅🛀🏻度進(jin)行計算(suan)。從設計(ji)提供的(de)孔⛷️闆計(jì)算用密(mi)度爲27.2194kg/m3作(zuò)爲基準(zhǔn)，按最小(xiao)密度19.54kg/m3、最(zuì)大密度(du)🏃🏻34.790kg/m3來計算(suàn)流🔞量的(de)誤差情(qíng)況：

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

下的設(she)計體積(ji)流量值(zhi)。
  當實際(ji)密度ρ2爲(wei)19.54kg/m3，設計密(mì)度ρ1爲27.2194kg/m3時(shi)：
Q2=1.18Q1
  同樣，當(dāng)實際密(mi)度ρ2爲34.790kg/m3，設(she)計密度(du)1爲27.2194kg/m3時：
Q2=0.884Q1
  從(cóng)圖2情況(kuàng)看，組分(fèn)變化引(yin)起密度(dù)在設計(jì)基準密(mi)度上下(xià)10%範圍内(nèi)波動的(de)情況占(zhàn)66%，按密度(dù)上下變(bian)化爲10%計(ji)算，分别(bié)是：
Q2=0.954Q1
和Q2=1.054Q1
  當(dāng)實際密(mì)度ρ2比設(shè)計密度(du)ρ1小時，實(shi)際體積(ji)流量比(bi)指💞示😍的(de)流🍉量🔅大(da)。當實際(ji)密度ρ2比(bi)設計密(mì)度ρ1大時(shi)，實際體(ti)積流量(liang)比指示(shì)的流♉量(liang)小。
4.4各因(yīn)素影響(xiǎng)程度的(de)比較
4.4.1影(ying)響程度(du)比較
  由(yóu)于采用(yong)錯誤的(de)介質密(mi)度，造成(cheng)流量測(cè)量誤差(cha)最大達(dá)40%；
  按錯誤(wù)的溫壓(yā)補償系(xi)數計算(suàn)得到的(de)流量與(yǔ)實測值(zhi)之間💃的(de)誤差達(dá)到30%；
  調整(zheng)校正溫(wen)壓補償(chang)系數後(hou)，介質組(zu)分變化(huà)可能造(zào)💘成的✨流(liu)量測㊙️量(liàng)誤差約(yue)達10%~20%；一般(bān)情況下(xià)，組份引(yin)起的測(ce)量誤差(chà)可以控(kòng)制在5%以(yǐ)内。
4.4.2體會(huì)
  現階段(duàn)要做到(dào)在線進(jin)行密度(dù)補償暫(zan)時不具(jù)備條件(jiàn)，但相🐇對(duì)于設置(zhi)偏離導(dao)緻的計(ji)量誤差(cha)，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(ji)提供的(de)數據的(de)合理🚶‍♀️性(xing)進行複(fu)核驗證(zhèng)，類似加(jia)氫裂化(hua)循環氫(qīng)介質密(mì)度取值(zhí)🔆錯誤導(dǎo)緻的流(liú)量指示(shì)誤差完(wan)全可以(yǐ)避免，而(ér)由于組(zǔ)份變化(huà)對🈲流量(liàng)測💯量的(de)誤差目(mu)前沒有(yǒu)合适的(de)解決辦(ban)法，當組(zu)份變化(hua)不大時(shí)，流量誤(wu)差仍🏃‍♂️屬(shǔ)可控。
5結(jié)語
  在氣(qì)體流量(liàng)測量系(xì)統中，溫(wen)壓補償(chang)是其中(zhong)一個不(bu)可缺少(shao)的環節(jie)，在實際(ji)的生産(chan)過程中(zhong)，往往因(yīn)設計參(cān)數的不(bú)确定性(xìng)，提供的(de)孔闆計(jì)算原始(shi)參數與(yu)實際工(gōng)況存在(zài)較大的(de)偏差，學(xue)會計算(suan)調整差(chà)壓，複核(hé)驗證并(bìng)得到正(zheng)确的✏️補(bǔ)償系數(shù)在實際(ji)工作非(fēi)常重要(yao)。

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