摘要(yao):針對孔(kong)闆流量(liang)計 在蒸(zheng)汽測量(liang)過程中(zhong)，因蒸汽(qi)溫度和(he)壓力的(de)變化導(dao)緻測量(liang)🏃🏻‍♂️誤差大(da)，通過對(dui)蒸汽溫(wen)度和壓(ya)力進行(hang)補償💋修(xiu)正，減少(shao)儀表測(ce)量誤差(cha)。介紹了(le)孔闆流(liu)量計測(ce)量的基(ji)本原理(li)，對蒸汽(qi)進🔞行溫(wen)壓補償(chang)的♊原因(yin)以及溫(wen)壓補償(chang)的處理(li)方法、計(ji)算方式(shi)和注意(yi)事項，并(bing)在DCS程🈲序(xu)中得到(dao)驗證。
　　孔(kong)闆流量(liang)計是一(yi)種差壓(ya)式流量(liang)計，通過(guo)介質流(liu)過标準(zhun)🤞孔闆前(qian)後的差(cha)壓來測(ce)量流量(liang)，常用于(yu)測量蒸(zheng)汽、液體(ti)的流量(liang)，是應🧑🏾‍🤝‍🧑🏼用(yong)最廣泛(fan)的流量(liang)計之一(yi)。孔闆流(liu)量計✂️由(you)标準孔(kong)闆、導壓(ya)管路🛀和(he)變送器(qi)三部分(fen)組🏃🏻‍♂️成，在(zai)使用過(guo)程中介(jie)🤞質溫度(du)、密度、安(an)裝前後(hou)直管段(duan)♉長度和(he)節流裝(zhuang)置精度(du)都會影(ying)響孔闆(pan)🏃‍♂️流量計(ji)的流🏃🏻‍♂️量(liang)測量精(jing)度。本文(wen)通過在(zai)測量🈲蒸(zheng)汽流量(liang)過程，因(yin)實✊際工(gong)況與🥵設(she)計工況(kuang)不一緻(zhi)，而導緻(zhi)蒸汽流(liu)量偏差(cha)過大對(dui)生産運(yun)行帶⁉️來(lai)的影響(xiang)爲例,介(jie)紹了孔(kong)闆流量(liang)計的測(ce)量原理(li)及溫差(cha)補償原(yuan)因,并根(gen)據蒸汽(qi)的性質(zhi)選擇合(he)适的溫(wen)壓補償(chang)函數,并(bing)在DCS程序(xu)中驗證(zheng)了溫壓(ya)補償函(han)數的合(he)理性，提(ti)高了蒸(zheng)汽流量(liang)測量的(de)精度。
1.孔(kong)闆流量(liang)計測量(liang)原理
　　根(gen)據流體(ti)力學，單(dan)位重量(liang)理想流(liu)體機械(xie)能沿流(liu)線不變(bian)，勢能🌈與(yu)動能之(zhi)和守恒(heng)，不随時(shi)間改變(bian)，。
　　理想流(liu)體的伯(bo)努利能(neng)量方程(cheng)爲:
 
　　位重(zhong)量理想(xiang)流體的(de)動能;α爲(wei)流量修(xiu)正系數(shu)
　　位能與(yu)壓能的(de)和爲勢(shi)能，勢能(neng)與動能(neng)的和爲(wei)機械能(neng)，假設蒸(zheng)💃汽💘通過(guo)标準孔(kong)闆前後(hou)機械能(neng)守恒。
根(gen)據斷面(mian)流量方(fang)程:
 
　　式中(zhong):Q爲蒸汽(qi)流量，一(yi)般用質(zhi)量流量(liang)表示，kg/h;ʋ爲(wei)蒸汽流(liu)速，m/s;A爲斷(duan)面面✊積(ji)，m2。
　　當蒸汽(qi)通過标(biao)準孔闆(pan)後，因斷(duan)面面積(ji)縮小流(liu)速會增(zeng)加，流速(su)⛷️的💁增加(jia)又會導(dao)緻斷面(mian)處壓力(li)減少，就(jiu)會在标(biao)準孔闆(pan)前後産(chan)🚩生一個(ge)差壓值(zhi)。差壓值(zhi)與流速(su)成一定(ding)比例關(guan)⛷️系，流速(su)與斷面(mian)面積成(cheng)反比例(li)關系。由(you)式(1)、(2)可知(zhi)，根據前(qian)後差壓(ya)值就🈲可(ke)以計算(suan)出蒸汽(qi)流🏃🏻量。
　　可(ke)求出孔(kong)闆流量(liang)計蒸汽(qi)流量公(gong)式爲:
 

　　式(shi)中:CƐ爲流(liu)出系數(shu)，與可膨(peng)脹系數(shu)、流量系(xi)數等參(can)數有關(guan)，爲一常(chang)💯數,标準(zhun)孔闆計(ji)算說明(ming)書給出(chu);d1爲上遊(you)管道内(nei)徑，d2爲标(biao)㊙️準孔闆(pan)開孔直(zhi)徑,m;△p爲差(cha)壓變送(song)器顯示(shi)的差壓(ya)值，pa;ρ爲蒸(zheng)汽的密(mi)度，kg/m3.
2蒸汽(qi)溫壓補(bu)償的原(yuan)理
2.1蒸汽(qi)的特性(xing)
　　蒸汽是(shi)一種氣(qi)體，分爲(wei)飽和蒸(zheng)汽和過(guo)熱蒸汽(qi)。有限密(mi)閉🏃空💘間(jian)内🏃🏻‍♂️的液(ye)體在一(yi)定的壓(ya)力下加(jia)熱至沸(fei)騰，就會(hui)逐漸📞開(kai)始汽化(hua)變爲蒸(zheng)汽。當單(dan)位時間(jian)内進人(ren)密閉空(kong)間的分(fen)子數與(yu)返回液(ye)體中的(de)分子數(shu)相等時(shi)，密閉空(kong)間内的(de)蒸汽分(fen)子密度(du)也不再(zai)發生變(bian)化，此時(shi)蒸發與(yu)凝結會(hui)處于一(yi)種動平(ping)衡狀态(tai)，稱爲飽(bao)和狀态(tai)，産生☁️的(de)🔞蒸汽就(jiu)是飽和(he)蒸汽。飽(bao)和蒸汽(qi)的溫度(du)和壓力(li)一一對(dui)應，兩者(zhe)🌈之間存(cun)在一個(ge)變量關(guan)系。飽📧和(he)蒸汽又(you)分爲幹(gan)飽和蒸(zheng)汽和濕(shi)飽和蒸(zheng)汽，千飽(bao)和蒸汽(qi)不含水(shui)分，但實(shi)際運行(hang)中很難(nan)達到這(zhe)種狀🔞态(tai)。理想飽(bao)和蒸汽(qi)根據溫(wen)度和壓(ya)力值，就(jiu)可以推(tui)導☎️出蒸(zheng)汽密度(du)。對飽和(he)蒸汽進(jin)行溫壓(ya)補償，根(gen)據實際(ji)😘測得☀️的(de)溫度、壓(ya)力值，通(tong)過蒸汽(qi)密度表(biao)推導出(chu)合适的(de)函數關(guan)系式即(ji)可。
　　繼續(xu)加熱飽(bao)和蒸汽(qi)，飽和蒸(zheng)汽中的(de)水分會(hui)逐漸減(jian)少直至(zhi)完全蒸(zheng)發，蒸汽(qi)溫度會(hui)繼續上(shang)升最終(zhong)超過該(gai)壓力對(dui)應的飽(bao)和溫度(du)，成爲過(guo)熱蒸汽(qi)。在工況(kuang)波💋動範(fan)圍🐆較大(da)或管道(dao)保溫效(xiao)果不好(hao)的情況(kuang)下，過熱(re)蒸汽也(ye)會🛀🏻變爲(wei)飽和蒸(zheng)汽形成(cheng)氣液二(er)相流。過(guo)熱蒸汽(qi)性質比(bi)較複雜(za)，溫度與(yu)壓力不(bu)再具有(you)一-對應(ying)關🆚系，并(bing)不服從(cong)🌏理想氣(qi)體公式(shi)，隻👄能看(kan)作實際(ji)氣體。通(tong)常過熱(re)蒸汽密(mi)度與溫(wen)度成反(fan)比,與壓(ya)力成正(zheng)比，過熱(re)蒸汽在(zai)不同溫(wen)度、壓力(li)區間的(de)函數✨關(guan)系也不(bu)同，很難(nan)用-一個(ge)統一的(de)函數關(guan)系式表(biao)達出來(lai)
2.2蒸汽溫(wen)壓補償(chang)的目的(de)
　　在蒸汽(qi)測量中(zhong)，設計工(gong)況與實(shi)際工況(kuang)相對比(bi)往往存(cun)在偏🐕差(cha)，孔闆流(liu)量計的(de)可膨脹(zhang)系數、流(liu)量系數(shu)等🤩參數(shu)都會改(gai)變，蒸汽(qi)密度更(geng)會産生(sheng)較大變(bian)化。如果(guo)不對蒸(zheng)汽進行(hang)溫壓補(bu)償，測量(liang)顯示的(de)流量值(zhi)與實際(ji)值相比(bi)就會有(you)誤差，影(ying)響儀💘表(biao)的正常(chang)使用，需(xu)要🔱采用(yong)溫壓補(bu)償對流(liu)量測量(liang)結果予(yu)以修正(zheng)。
　　對蒸汽(qi)進行溫(wen)壓補償(chang)，就是根(gen)據蒸汽(qi)實際運(yun)行工🍓況(kuang)🤞的📐溫度(du)、壓力，通(tong)過相應(ying)的溫壓(ya)補償公(gong)式轉換(huan)出蒸汽(qi)的實際(ji)密👈度，最(zui)✌️後計算(suan)出蒸汽(qi)的實際(ji)流量。由(you)式(3)可知(zhi)，如果實(shi)際工況(kuang)參數與(yu)設計工(gong)況參數(shu)偏差不(bu)大，流出(chu)💛系數CƐ。可(ke)以默認(ren)不變。故(gu)蒸汽進(jin)行溫壓(ya)補償的(de)核心，就(jiu)是對蒸(zheng)汽密度(du)進.行補(bu)償🧡。過熱(re)蒸汽密(mi)度補償(chang)的難點(dian)，就是需(xu)要通過(guo)蒸汽的(de)溫度和(he)壓力🏃,推(tui)導出與(yu)蒸汽密(mi)度的關(guan)❄️系，并能(neng)找到合(he)理的函(han)數公式(shi)表達出(chu)來。
　　在進(jin)行溫壓(ya)補償之(zhi)前，要盡(jin)量減少(shao)孔闆流(liu)量計安(an)裝等問(wen)題帶來(lai)的誤差(cha)。首先是(shi)孔闆流(liu)量計的(de)選型🔆是(shi)否合理(li)🐆，量程應(ying)該适宜(yi);檢查标(biao)準孔闆(pan)有無變(bian)形，安裝(zhuang)方🔴向是(shi)否🏃正确(que);孔闆流(liu)量計前(qian)後🈲直管(guan)段距離(li)是否滿(man)足計算(suan)說明書(shu)要求，需(xu)滿足前(qian)20倍管徑(jing)後10倍管(guan)徑距離(li);孔闆流(liu)量計、導(dao)壓管安(an)裝時，正(zheng)負壓側(ce)冷凝水(shui)罐安裝(zhuang)高度應(ying)一緻,冷(leng)凝水罐(guan)溢流口(kou)位置應(ying)🌈高于取(qu)壓口，水(shui)平導壓(ya)管保持(chi)一定角(jiao)度，避免(mian)高低壓(ya)側導壓(ya)管内殘(can)留🈲冷凝(ning)水産生(sheng)附加差(cha)壓;檢查(cha)孔闆高(gao)低壓側(ce)導壓管(guan)和 三閥(fa)組 有無(wu)異物阻(zu)塞，不定(ding)時打開(kai)排污閥(fa)排污。檢(jian)查DCS程序(xu)回🌈路，各(ge)類🚶‍♀️參數(shu)值設置(zhi)是否與(yu)計算說(shuo)明書--緻(zhi)，公式是(shi)否正确(que)，最後用(yong)信号發(fa)😍生器模(mo)拟差壓(ya)信号，結(jie)合✊計算(suan)說明書(shu)在🌂DCS程序(xu)中驗證(zheng)流量是(shi)否🔴正确(que)。
2.3蒸汽溫(wen)壓補償(chang)的方式(shi)
　　以某工(gong)業造紙(zhi)爲例，由(you)蒸汽流(liu)程圖可(ke)知,從電(dian)站來蒸(zheng)㊙️汽由總(zong)管分爲(wei)兩支管(guan)，高壓側(ce)蒸汽支(zhi)管壓力(li)、溫💋度不(bu)變，另一(yi)蒸汽支(zhi)管經減(jian)溫減壓(ya)裝置後(hou)，蒸汽的(de)🌈壓力和(he)溫度均(jun)有所降(jiang)低，兩蒸(zheng)😘汽分支(zhi)管均安(an)裝有孔(kong)闆流量(liang)計、 溫度(du)變送器(qi) 和 壓力(li)變送器(qi) ,并全部(bu)接人DCS中(zhong)。蒸汽流(liu)程圖如(ru)圖1所示(shi)。
 
　　根據标(biao)準孔闆(pan)計算說(shuo)明書，介(jie)質爲過(guo)熱蒸汽(qi),兩台孔(kong)闆流✉️量(liang)計設計(ji)工況壓(ya)力分别(bie)爲0.85MPa和0.5MPa,工(gong)況溫度(du)分✌️别爲(wei)200℃和172℃，流量(liang)分别爲(wei)0~15Vh和0~50t/h,各類(lei)系數及(ji)蒸汽工(gong)況密度(du)等參數(shu)🏃‍♀️均已在(zai)計算說(shuo)明書中(zhong)給出。
　　實(shi)際運行(hang)時，高壓(ya)側蒸汽(qi)管道壓(ya)力爲0.65~0.7MPa,溫(wen)度爲220℃左(zuo)右。低壓(ya)側蒸汽(qi)管道壓(ya)力爲0.45~0.5MPa,溫(wen)度爲160℃左(zuo)右。可知(zhi)低壓側(ce)蒸汽管(guan)的實際(ji)工況與(yu)設⭕計工(gong)況相比(bi)，壓力和(he)溫度相(xiang)對低，而(er)高壓側(ce)蒸汽⛹🏻‍♀️管(guan)的實際(ji)工況壓(ya)力比設(she)計工況(kuang)偏低，溫(wen)度偏高(gao)。按照孔(kong)闆計算(suan)說明要(yao)求，在DCS程(cheng)序中設(she)置好流(liu)量計算(suan)公💋式，直(zhi)接代人(ren)各項參(can)數，通過(guo) 差壓變(bian)送器 顯(xian)示的差(cha)壓值計(ji)算出過(guo)熱蒸汽(qi)瞬時流(liu)量。按照(zhao)過熱♊蒸(zheng)汽性質(zhi)✔️推.算，低(di)壓側蒸(zheng)汽實際(ji)流量應(ying)該略高(gao)于孔💛闆(pan)流量計(ji)測量流(liu)量，高壓(ya)側蒸汽(qi)實際流(liu)量應該(gai)低于孔(kong)闆流量(liang)計測量(liang)流量。
　　未(wei)進行溫(wen)壓補償(chang)前，兩台(tai)孔闆流(liu)量計流(liu)量運行(hang)曲線圖(tu)如圖2所(suo)示，正常(chang)運行時(shi)高壓側(ce)蒸汽流(liu)量爲10t/h左(zuo)右，低壓(ya)側蒸汽(qi)流量爲(wei)32tV/h左⚽右。
 
　　計(ji)算過熱(re)蒸汽密(mi)度一般(ban)采用工(gong)業用公(gong)式。在IFC-1967公(gong)式的基(ji)礎上，制(zhi)定并通(tong)過了全(quan)新的水(shui)和水蒸(zheng)汽計算(suan)公式🌈，目(mu)前公式(shi)是最♉全(quan)面、準确(que)計算水(shui)蒸汽熱(re)力性質(zhi)公式。但(dan)上述🎯兩(liang)套公式(shi)有大量(liang)的條件(jian)要求，不(bu)同區間(jian)有不同(tong)的密度(du)🌈公式，計(ji)算也十(shi)分複雜(za)。根據公(gong)😘式編制(zhi)了标準(zhun)的蒸汽(qi)密♊度表(biao)，該蒸汽(qi)密度表(biao)數據齊(qi)全适用(yong)性廣，簡(jian)單易查(cha)，而且在(zai)化工生(sheng)産中常(chang)用💛的蒸(zheng)汽溫👣度(du)爲0~600℃，壓力(li)爲0.1~5.0MPa,公式(shi)均能滿(man)💚足使用(yong)要求，是(shi)目前獲(huo)取蒸汽(qi)密度💜最(zui)廣泛的(de)方法之(zhi)一。
　　根據(ju)孔闆流(liu)量計運(yun)行的溫(wen)度、壓力(li)區間，查(cha)詢過熱(re)蒸汽密(mi)♍度表如(ru)表1所示(shi)。
 
　　因爲工(gong)況原因(yin)實際上(shang)蒸汽密(mi)度是在(zai)一直變(bian)化中，所(suo)以常用(yong)的查表(biao)法并不(bu)适用于(yu)DCS程序中(zhong)因此需(xu)要采用(yong)相對簡(jian)單的密(mi)度補🍓償(chang)公式，在(zai)一定範(fan)圍内滿(man)足蒸汽(qi)密度表(biao)的要求(qiu)，就可以(yi)快速實(shi)現密度(du)補償提(ti)高測量(liang)精度。實(shi)現密度(du)補償的(de)方法有(you)⭕很多，采(cai)用密度(du)拟合法(fa)❄️對過熱(re)蒸汽進(jin)行溫壓(ya)補償，相(xiang)對比較(jiao)🆚容易輸(shu)人DCS程序(xu)中，在要(yao)求的蒸(zheng)📐汽溫壓(ya)區間内(nei)🏃🏻‍♂️也比較(jiao)符合公(gong)式要求(qiu)，計算精(jing)度也較(jiao)高。
拟合(he)公式爲(wei):
 
　　式中:ρ爲(wei)補償後(hou)的蒸汽(qi)密度，kg/m3;T爲(wei)過熱蒸(zheng)汽溫度(du),℃;p爲過熱(re)蒸汽壓(ya)🏃力，MPa。
　　根據(ju)拟合公(gong)式，參考(kao)孔闆流(liu)量計實(shi)際運行(hang)的溫度(du)、壓力💋區(qu)🌏間，計算(suan)出過熱(re)蒸汽密(mi)度如表(biao)2所示。
 
　　根(gen)據蒸汽(qi)流程圖(tu)1所示，将(jiang)變送器(qi)所測過(guo)熱蒸汽(qi)溫度和(he)壓力數(shu)值，代人(ren)式(4)中，分(fen)别計算(suan)出補償(chang)後的兩(liang)🤟分支🤞管(guan)過熱蒸(zheng)汽密度(du)，最後代(dai)人标準(zhun)孔闆計(ji)算說明(ming)書中💘的(de)流量公(gong)式，求出(chu)補償後(hou)的蒸汽(qi)流量，最(zui)終實現(xian)了對蒸(zheng)汽的溫(wen)🐉壓補償(chang)。
2.4蒸汽溫(wen)壓補償(chang)的結果(guo)
　　以采取(qu)溫壓補(bu)償措施(shi)前後七(qi)天，電站(zhan)總管累(lei)計蒸汽(qi)流量與(yu)🛀🏻進車間(jian)兩分支(zhi)管累計(ji)蒸汽流(liu)量之和(he)數據進(jin)行對比(bi)。期間孔(kong)闆流量(liang)計正常(chang)運行流(liu)量連續(xu)🔱無大波(bo)🐪動，無停(ting)🏃🏻機、檢修(xiu)等事故(gu)🔴。高壓側(ce)🐉蒸汽管(guan)道壓🌏力(li)爲0.65~0.7MPa,溫度(du)爲220℃左右(you)。低🔴壓側(ce)蒸汽管(guan)道壓力(li)爲0.45~0.5MPa,溫度(du)爲160℃左右(you)。記錄數(shu)據如表(biao)3所示。
 
　　蒸(zheng)汽溫壓(ya)補償前(qian)流量的(de)誤差率(lü)爲:(7548.72-6614.28)/6614.28≈14.13%
　　蒸汽(qi)溫壓補(bu)償後流(liu)量的誤(wu)差率爲(wei):(6873.41-6542.56)/6542.56≈5.06%
　　通過對(dui)前後流(liu)量誤差(cha)率對比(bi)可得知(zhi)，對蒸汽(qi)采用合(he)🐆理的💋溫(wen)壓補償(chang)方式後(hou)，流量測(ce)量相對(dui)誤差比(bi)補償前(qian)大大✉️減(jian)少，證明(ming)對蒸汽(qi)進行溫(wen)壓補償(chang)是有效(xiao)的，提高(gao)了孔闆(pan)♌流量計(ji)測量的(de)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼正确性(xing)。
2.5蒸汽溫(wen)壓補償(chang)需注意(yi)的問題(ti)
(1)對蒸汽(qi)進行溫(wen)壓補償(chang)過程中(zhong)，一般的(de)溫壓補(bu)償方🚶式(shi)比較簡(jian)單，可能(neng)存在較(jiao)大的誤(wu)差。特别(bie)是不符(fu)合理想(xiang)氣體狀(zhuang)态的過(guo)⭐熱蒸汽(qi)，或是高(gao)溫高壓(ya)狀态和(he)對蒸汽(qi)流量測(ce)量準确(que)性要求(qiu)✉️比較高(gao)的場合(he)，必須要(yao)有正确(que)的算法(fa)才能保(bao)證數據(ju)的正确(que)性。
(2)選擇(ze)合适的(de)溫壓補(bu)償算法(fa)很重要(yao)，需要滿(man)足蒸汽(qi)的運行(hang)區間，注(zhu)意補償(chang)算法相(xiang)應的限(xian)制條件(jian)，溫度、壓(ya)力等單(dan)位的正(zheng)确選擇(ze)與使用(yong),補償結(jie)果要符(fu)合蒸汽(qi)密度表(biao)要求。
(3)溫(wen)壓補償(chang)要從實(shi)際出發(fa),孔闆流(liu)量計的(de)選型、安(an)裝位置(zhi)㊙️要合理(li)，運行前(qian)要進行(hang)流量校(xiao)正。溫度(du)、壓力變(bian)送器測(ce)量🔅值要(yao)💋準确，這(zhe)是溫壓(ya)補償的(de)前提，不(bu)然對💞溫(wen)壓補💰償(chang)的結果(guo)都會造(zao)成較大(da)影響。
(4)僅(jin)針對差(cha)壓式蒸(zheng)汽流量(liang)測量的(de)溫壓補(bu)償方式(shi)提出探(tan)讨，對于(yu)其他類(lei)型儀表(biao)的溫壓(ya)補償方(fang)式，還需(xu)結合儀(yi)表檢測(ce)原理，具(ju)體📧問題(ti)具體分(fen)析。
3結束(shu)語
　　通過(guo)對蒸汽(qi)進行溫(wen)壓補償(chang)，選擇合(he)适的補(bu)償方法(fa)⭐能減📐少(shao)工況等(deng)原因帶(dai)來的誤(wu)差。但也(ye)要看到(dao)一般的(de)蒸汽溫(wen)壓補償(chang)方法适(shi)用于工(gong)況較穩(wen)定的情(qing)況，如果(guo)各項參(can)數波動(dong)較🔞大還(hai)是難以(yi)保證數(shu)據的正(zheng)确性，既(ji)要保證(zheng)蒸汽測(ce)量的連(lian)🏃🏻續性和(he)穩🚶定性(xing),也要根(gen)據實際(ji)情❌況選(xuan)擇合理(li)的溫壓(ya)補償方(fang)法。通過(guo)介㊙️紹孔(kong)闆流量(liang)計溫壓(ya)補償的(de)原因和(he)方法，并(bing)舉例說(shuo)明采用(yong)溫🏃‍♂️壓補(bu)償的有(you)效性，證(zheng)明選擇(ze)合理的(de)溫壓補(bu)償方法(fa)能提高(gao)蒸汽測(ce)量的準(zhun)确性。此(ci)外蒸汽(qi)傳輸過(guo)程中蒸(zheng)汽濕度(du)、氣液二(er)相流、壓(ya)縮系數(shu)等影響(xiang)流量正(zheng)确的問(wen)題，都值(zhi)得🏃🏻探索(suo)的。

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