0引言
  用标(biao)準節流裝(zhuang)置測量氣(qi)體流量，其(qi)準确度影(ying)響因素，包(bao)括直管段(duan)長度、一次(ci)測量元件(jian)運行狀況(kuang)、現場變送(song)器安裝使(shi)用、儀表量(liang)♻️程合理與(yu)否、溫壓補(bu)償參數正(zheng)确性都是(shi)非常重要(yao)的因素。
  氣(qi)體具有可(ke)壓縮性，在(zai)氣體流量(liang)測量過程(cheng)中，流量與(yu)氣體密度(du)緊密關聯(lian)；而氣體密(mi)度又是溫(wen)度和壓力(li)（簡稱溫☀️壓(ya)）的函數。所(suo)以要獲取(qu)準确的氣(qi)體流量，需(xu)要進行溫(wen)壓補償。
1節(jie)流式差壓(ya)流量計的(de)構成及工(gong)作原理
1.1節(jie)流裝置流(liu)量測量系(xi)統構成
  節(jie)流裝置(孔(kong)闆流量計(ji))、導壓管、差(cha)壓變送器(qi)和流量二(er)次表（DCS系統(tong)）組成了孔(kong)闆式節流(liu)裝置流量(liang)💛測量系🎯統(tong)🥵（簡🌈稱流量(liang)測量系統(tong)）。
1.2節流孔闆(pan)的工作原(yuan)理
  充滿管(guan)道的流體(ti)流經管道(dao)内的節流(liu)裝置，在節(jie)流🧑🏽‍🤝‍🧑🏻件附近(jin)造成💘局部(bu)收縮，流速(su)增加，在其(qi)上、下遊兩(liang)側産生靜(jing)壓力差。
在(zai)已知有關(guan)參數的條(tiao)件下，根據(ju)流動連續(xu)性原理和(he)伯努利🌈方(fang)程可以推(tui)導出差壓(ya)與流量之(zhi)間的關系(xi)而求得🤩流(liu)量☎️[1]。其基本(ben)公式如下(xia)：

c－流出系數(shu)無量綱
qm－質(zhi)量流量kg/s
qv－體(ti)積流量m3/s
β－直(zhi)徑比d/D無量(liang)綱
d－工作條(tiao)件下節流(liu)件直徑
D－工(gong)作條件下(xia)上遊管道(dao)内徑
ρ流體(ti)的密度Kg/m3
ε可(ke)膨脹性系(xi)數無量綱(gang)
ΔP差壓值。
  在(zai)以上公式(shi)中，β和d是常(chang)數，C和ε在一(yi)定流量範(fan)圍内也可(ke)🚶‍♀️以☁️看作是(shi)常數，因此(ci)上式可以(yi)簡化爲：

  在(zai)工況一定(ding)的情況下(xia)，即流體介(jie)質密度不(bu)變時，流體(ti)的‼️流量與(yu)差壓成平(ping)方根關系(xi)。
2氣體流量(liang)測量的溫(wen)壓補償要(yao)求及公式(shi)推導
2.1氣體(ti)流量測量(liang)的溫壓補(bu)償要求
  由(you)于流量測(ce)量裝置的(de)設計過程(cheng)中，提供的(de)設計溫度(du)、壓力與實(shi)際運行的(de)工作溫度(du)、壓力有一(yi)定的差🔴異(yi)，或💛者由♈于(yu)工藝條件(jian)造成流體(ti)溫度、壓力(li)波動較💁大(da)，緻使測出(chu)的♊流量不(bu)能真實反(fan)映其工作(zuo)狀态下的(de)實際流💋量(liang)。當被測介(jie)質爲氣體(ti)時，溫度✔️、壓(ya)力對密度(du)的影響就(jiu)會更大，要(yao)獲得正确(que)的結果則(ze)需要進行(hang)補償。
  通常(chang)測量氣體(ti)的溫度和(he)壓力要比(bi)測量介質(zhi)密度更易(yi)實現，在㊙️高(gao)溫高壓條(tiao)件下，難以(yi)直接測量(liang)出氣體的(de)密度，必須(xu)根據密度(du)與壓力、溫(wen)度的關系(xi)ρ=f(t,p)進行🔅運算(suan)處理，利用(yong)參數壓力(li)P、溫度⭐T來代(dai)替密度ρ的(de)變化量進(jin)行補償，而(er)壓力P、溫度(du)T可以通過(guo)安裝在孔(kong)闆前後的(de)壓力變送(song)器、溫度儀(yi)表檢測取(qu)得。
2.2氣體流(liu)量測量的(de)溫壓補償(chang)公式推導(dao)
  用于過程(cheng)控制的氣(qi)體測量目(mu)前主要采(cai)用孔闆式(shi)節流裝🐕置(zhi)進行流量(liang)測量的方(fang)式[2]。其流量(liang)基本方程(cheng)式爲：

  其中(zhong)Qm爲被測流(liu)體的質量(liang)流量，Qv爲被(bei)測流體的(de)體積流量(liang)，△P爲差壓變(bian)送器輸出(chu)的差壓值(zhi)，ρ爲被測流(liu)體的密度(du)。
在測氣體(ti)的孔闆計(ji)算書中，設(she)計者一般(ban)提供孔闆(pan)測量的最(zui)大流量Qmax（單(dan)位一般是(shi)Nm3/h）、最大差壓(ya)△Pmax、設計溫度(du)🔞T0、設計壓力(li)🙇‍♀️P0、設計密度(du)ρ0,假設被測(ce)介質在标(biao)準狀況下(xia)的密度爲(wei)ρN
則有：


  其中(zhong)：Pf爲工況下(xia)的壓力，Tf爲(wei)工況下的(de)溫度。注意(yi)：計算🔴時🔞需(xu)采用絕對(dui)壓力，絕對(dui)溫度。
将（7）代(dai)入（6）式：

3氣體(ti)流量測量(liang)應用舉例(li)
3.1問題引出(chu)的背景
  某(mou)廠加氫裂(lie)化裝置循(xun)環氫機組(zu)入口流量(liang)參與機組(zu)🌏的喘振控(kong)制，所以流(liu)量測量正(zheng)确率顯得(de)尤爲重要(yao)，但開工初(chu)期發現循(xun)環氫壓縮(suo)機入口流(liu)量指示超(chao)量程。
  根據(ju)設計提供(gong)的孔闆計(ji)算原始數(shu)據（見表1，修(xiu)改前），按ISO5167标(biao)準👅法蘭㊙️取(qu)壓的計算(suan)軟件對孔(kong)闆的計算(suan)結果進行(hang)核算，得到(dao)的差壓量(liang)程及孔徑(jing)尺寸與制(zhi)造廠家提(ti)供的數據(ju)一緻，但循(xun)環氫機組(zu)的🌈入口流(liu)量指示超(chao)量程情況(kuang)依然未能(neng)解決。
  再次(ci)對孔闆計(ji)算書進行(hang)複核，發現(xian)機組循環(huan)氫介質标(biao)準密度設(she)置爲純氫(qing)的物性0.0899kg/m3、操(cao)作密度爲(wei)10.5692kg/m3。即原設計(ji)者把🏃🏻‍♂️純氫(qing)密度替代(dai)循環氫介(jie)質密度作(zuo)爲孔🈚闆計(ji)算參數，造(zao)成了差壓(ya)設置的偏(pian)差。

3.2循環氫(qing)系統的介(jie)質特征
  加(jia)氫裂化工(gong)藝在反應(ying)過程中需(xu)要耗氫，系(xi)統中提✉️供(gong)了過♍量的(de)氫氣參與(yu)反應，經過(guo)反應後，未(wei)反應的富(fu)裕氫氣從(cong)反應器出(chu)來，經過降(jiang)溫并與油(you)分離後🔞，進(jin)入循環氫(qing)壓縮機升(sheng)🌈壓。
  循環氫(qing)實際上是(shi)富氫氣體(ti)，除了氫氣(qi)外，含有碳(tan)化合物🤟、硫(liu)化氫等組(zu)分，又稱混(hun)氫，純氫與(yu)混氫的密(mi)度有較大(da)的差異。
3.3問(wen)題處置
  由(you)于孔闆已(yi)經安裝到(dao)位投入使(shi)用，不具備(bei)更換條件(jian)。因♋此根據(ju)正常操作(zuo)條件下混(hun)氫密度27.2194kg/m3以(yi)及實際孔(kong)闆的尺寸(cun)，來反推導(dao)差壓變送(song)器的實際(ji)量程。通過(guo)計算，循環(huan)氫入口流(liu)量的差壓(ya)量程由原(yuan)來的8KPa修改(gai)爲16.19KPa。變送器(qi)量程經重(zhong)新設置‼️後(hou)流量指示(shi)在量程🐉範(fan)圍内重獲(huo)顯示。
  經過(guo)密度重設(she)後盡管在(zai)量程範圍(wei)内可顯示(shi)，但數值🐉的(de)正确性仍(reng)存在較大(da)偏差，究其(qi)原因是氣(qi)體流量測(ce)量未進行(hang)👌正确的溫(wen)壓補償，程(cheng)序設定溫(wen)壓補償公(gong)式中仍取(qu)用純氫密(mi)度計算得(de)到的補償(chang)系數🔴不準(zhun)确，流量與(yu)實際🛀🏻工況(kuang)必定♊有較(jiao)大偏💃🏻差。
4流(liu)量正确率(lü)影響分析(xi)
4.1初始密度(du)設置偏差(cha)的影響分(fen)析
  從加氫(qing)裂化裝置(zhi)循環氫機(ji)組的入口(kou)流量指示(shi)超量程問(wen)題中發現(xian)原設計介(jie)質密度設(she)置偏離。循(xun)環氫介質(zhi)操作密度(du)從✌️10.5692kg/m3改爲27.2194kg/m3後(hou)，計算得出(chu)變送器最(zui)大💃量程由(you)原來的8KPa改(gai)爲16.19KPa，而對應(ying)最大流量(liang)350000Nm3/h的工程量(liang)不變。根據(ju)公式：

  由此(ci)可見，在孔(kong)闆測得同(tong)樣差壓的(de)情況下，8KPa量(liang)程所對應(ying)流量值指(zhi)示值是量(liang)程爲16.19KPa所對(dui)應流量值(zhi)指示的1.422倍(bei)，流量指示(shi)偏大。原始(shi)🥰介質密度(du)設置的不(bu)恰當導緻(zhi)流🌍量計算(suan)出現較大(da)誤差，且因(yin)變送器量(liang)程根據原(yuan)始密度選(xuan)型設置偏(pian)小而不能(neng)滿足🔞實際(ji)測量要求(qiu)。
4.2溫壓補償(chang)C系數偏差(cha)影響分析(xi)
  加氫裂化(hua)循環機機(ji)組入口流(liu)量的溫壓(ya)補償方式(shi)，機組制造(zao)商給出一(yi)個補償系(xi)數C，提供的(de)C值爲518138.53，但未(wei)給出此系(xi)數來源，推(tui)導過程及(ji)設定的邊(bian)界條件。因(yin)此，上例中(zhong)差壓量程(cheng)修改後，流(liu)🍓量指示還(hai)是存在較(jiao)大偏差，必(bi)㊙️須對系數(shu)C進行調整(zheng)，以下爲C系(xi)數調整的(de)推算過程(cheng)。

  溫壓補償(chang)C系數與流(liu)量呈線性(xing)關系，由于(yu)原先C值設(she)置❌錯誤造(zao)⛷️成的流量(liang)誤差達到(dao)30.0%。
4.3介質組分(fen)波動影響(xiang)分析
  采用(yong)溫度、壓力(li)補償方法(fa)測量氣體(ti)體積流量(liang)，是基于介(jie)質組份穩(wen)定或組份(fen)變化很小(xiao)的一般氣(qi)體，可對流(liu)體密度影(ying)響予以忽(hu)略，對測量(liang)示值的影(ying)響也⛷️即可(ke)忽✏️略。但對(dui)于組份波(bo)動變化較(jiao)大的氣體(ti)，流體🔞密度(du)影響⭐将增(zeng)大，如仍将(jiang)某一組分(fen)的流體狀(zhuang)态密度當(dang)作常數來(lai)處理，最大(da)❌測量誤差(cha)就不可忽(hu)視。
  在加氫(qing)裂化循環(huan)氫系統運(yun)行過程中(zhong)，循環氫組(zu)分除🈚氫氣(qi)外，含有碳(tan)化合物、硫(liu)化氫等組(zu)分，混氫組(zu)分😘發生着(zhe)動态變💛化(hua)。表2爲從混(hun)氫組份50個(ge)随機樣本(ben)中選取數(shu)⭐據，通過計(ji)算獲得氫(qing)氣🐪百分含(han)💘量爲最大(da)值、平均值(zhi)、最小值時(shi)所🎯對應的(de)密♍度分别(bie)爲㊙️：19.54kg/m3、26.615kg/m3、34.790kg/m3，密度存(cun)在着較大(da)波動。

  對50個(ge)樣本數進(jin)行數據統(tong)計，結果爲(wei)：組分變化(hua)造成密⛹🏻‍♀️度(du)變化💯曲線(xian)如圖1，圖2描(miao)述了±10%密度(du)變化的樣(yang)本數爲66%。
  從(cong)圖1可看出(chu)，密度在20～40範(fan)圍内變化(hua)。由此引出(chu)新的疑💚惑(huo)：盡管對氣(qi)體有溫壓(ya)補償糾偏(pian)，但氣體組(zu)分存在波(bo)動,爲了😘量(liang)化組分✊波(bo)動的影響(xiang)情況，對影(ying)響的幅度(du)進行計算(suan)。從設計提(ti)供的孔闆(pan)計算用密(mi)度爲27.2194kg/m3作爲(wei)基準，按🈲最(zui)小密度19.54kg/m3、最(zui)大密度34.790kg/m3來(lai)計算流量(liang)的誤差🏃🏻情(qing)況：

  假設除(chu)介質密度(du)變化外，K、△P都(dou)不變
則：

下(xia)的設計體(ti)積流量值(zhi)。
  當實際密(mi)度ρ2爲19.54kg/m3，設計(ji)密度ρ1爲27.2194kg/m3時(shi)：
Q2=1.18Q1
  同樣，當實(shi)際密度ρ2爲(wei)34.790kg/m3，設計密度(du)1爲27.2194kg/m3時：
Q2=0.884Q1
  從圖(tu)2情況看，組(zu)分變化引(yin)起密度在(zai)設計基準(zhun)密度上下(xia)10%範✔️圍内波(bo)動的情況(kuang)占66%，按密度(du)上下變化(hua)爲10%計算，分(fen)别是：
Q2=0.954Q1
和Q2=1.054Q1
  當(dang)實際密度(du)ρ2比設計密(mi)度ρ1小時，實(shi)際體積流(liu)量比指示(shi)㊙️的流🈲量大(da)。當實際密(mi)度ρ2比設計(ji)密度ρ1大時(shi)，實際體積(ji)流量比🥵指(zhi)示的流量(liang)小。
4.4各因素(su)影響程度(du)的比較
4.4.1影(ying)響程度比(bi)較
  由于采(cai)用錯誤的(de)介質密度(du)，造成流量(liang)測量誤差(cha)最大達40%；
  按(an)錯誤的溫(wen)壓補償系(xi)數計算得(de)到的流量(liang)與實測☂️值(zhi)之間🏒的誤(wu)♻️差達到30%；
  調(diao)整校正溫(wen)壓補償系(xi)數後，介質(zhi)組分變化(hua)可能造成(cheng)的⛷️流量測(ce)量誤差約(yue)達10%~20%；一般情(qing)況下，組份(fen)引起的測(ce)量誤差可(ke)以控制在(zai)5%以内。
4.4.2體會(hui)
  現階段要(yao)做到在線(xian)進行密度(du)補償暫時(shi)不具備條(tiao)件，但相對(dui)于設置偏(pian)離導緻的(de)計量誤差(cha)，取平均組(zu)份的密度(du)作爲計量(liang)基準，可較(jiao)大幅度降(jiang)低計量偏(pian)差。
  在實際(ji)工作過程(cheng)中，有必要(yao)對設計提(ti)供的數據(ju)的合理性(xing)進行複核(he)驗證，類似(si)加氫裂化(hua)循環氫介(jie)質密度取(qu)值錯誤導(dao)緻的流量(liang)指示誤差(cha)完全可以(yi)避免，而由(you)于組份變(bian)化對流量(liang)測👅量的誤(wu)差目前沒(mei)有👅合适的(de)解決辦法(fa)，當組份變(bian)化不大時(shi)，流量誤差(cha)仍屬可控(kong)。
5結語
  在氣(qi)體流量測(ce)量系統中(zhong)，溫壓補償(chang)是其中一(yi)個不可缺(que)少的環節(jie)，在實際的(de)生産過程(cheng)中，往往因(yin)設計參數(shu)的不🔴确定(ding)性，提❓供的(de)孔闆計算(suan)原始參數(shu)與實際工(gong)況存在較(jiao)大的偏差(cha)，學會計算(suan)調整差壓(ya)，複核驗證(zheng)并得到正(zheng)确的補償(chang)系數在實(shi)際工作非(fei)常重要。

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